(57)【要約】【課題】  ディーゼルエンジンの排ガス浄化装置において、燃費を悪化させることなく、安定に排ガス浄化を行う。【解決手段】  排ガス浄化装置は、ディーゼルエンジンの排気ラインに設置された主微粒子捕捉フィルタと、前記主微粒子捕捉フィルタから上流側において前記排気ラインから分岐された副排気ラインと、前記副排気ラインに設置された、前記主微粒子捕捉フィルタのスートストレージ容量よりも小さいスートストレージ容量を有する副微粒子捕捉フィルタと、前記副微粒子捕捉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よりなる。【選択図】      図６
2008101602.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーセルエンジンの排気ラインに設置された主微粒子捕捉フィルタと、
前記主微粒子捕捉フィルタから上流側において前記排気ラインから分岐された副排気ラインと、
前記副排気ラインに設置された、前記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副微粒子捕捉フィルタと、
前記副微粒子捕捉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、を備えた排ガス浄化装置。
【請求項２】
前記副排気ラインには、さらに流量計または同等なメータが設置されている請求項１記載の排ガス浄化装置。
【請求項３】
前記副排気ラインには、さらに温度測定部が設置されている請求項１または２記載の排ガス浄化装置。
【請求項４】
前記副微粒子捕捉フィルタには、ヒータが設置されている請求項１〜３のいずれか一項記載の排ガス浄化装置。 
【請求項５】
前記副排気ラインには、前記排ガスの流量を所定値に維持するバルブが設置されている請求項１〜４のうち、いずれか一項記載の排ガス浄化装置。
【請求項６】
ディーゼルエンジンの排気ラインに設置された主微粒子捕捉フィルタと、前記主微粒子捕捉フィルタから上流側において前記排気ラインから分岐された副排気ラインと、前記副排気ラインに設置された、前記主微粒子捕捉フィルタのスートストレージ容量よりも小さいスートストレージ容量を有する副微粒子捕捉フィルタと、前記副微粒子捕捉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よりなる排ガス浄化装置を使った排ガス浄化方法であって、
（Ａ）前記副微粒子捕捉フィルタの前後における差圧と、前記副排気ラインにおける排ガスの温度と、前記排気ラインにおける流量とを測定する手順と、
（Ｂ）前記手順（Ａ）において得られた、前記排ガスの差圧と温度と流量とから、前記副微粒子捕捉フィルタに単位時間に捕捉される微粒子の質量を求める手順と、
（Ｃ）前記手順（Ｂ）において得られた、単位時間に前記副微粒子捕捉フィルタにより捕捉される微粒子の質量から、前記排ガス中の微粒子の濃度を求める手順と、
（Ｄ）前記手順（Ｃ）において求められた前記排ガス中の前記微粒子の濃度と、さらにエンジンの運転状況もしくは前記主微粒子捕捉フィルタに流入するガス流量から、前記主微粒子捕捉フィルタに流入する微粒子の質量を求める手順と、
（Ｅ）前記手順（Ｄ）において求められた前記主微粒子捕捉フィルタに捕捉された前記微粒子の前記質量と、前記主微粒子捕捉フィルタの捕捉効率とから、前記主微粒子捕捉フィルタに捕捉された微粒子の質量が、所定の閾値を超えたか否かを判断する手順と、
（Ｆ）前記主微粒子捕捉フィルタに捕捉された前記微粒子の質量が前記所定閾値を超えている場合、前記主微粒子捕捉フィルタの再生を実行する手順と、よりなる排ガス浄化方法。
【請求項７】
さらに前記副微粒子捕捉フィルタを再生する手順を含み、前記副微粒子捕捉フィルタの再生は、前記副微粒子捕捉フィルタに捕捉された微粒子の質量が所定値を超えた場合に、前記主微粒子捕捉フィルタの再生とは独立に実行される請求項６記載の排ガス浄化方法。
【請求項８】
前記副微粒子捕捉フィルタを再生する手順は、前記手順（Ａ）の後、前記手順（Ｂ）を含む第１のプロセスにより実行され、前記主微粒子捕捉フィルタを再生する工程は、前記第１のプロセスにおける前記手順（Ｂ）の後、前記手順（Ｃ），（Ｄ）を含む第２のプロセスにより実行される請求項７記載の排ガス浄化方法。
【請求項９】
前記副微粒子捕捉フィルタを再生する手順は、前記手順（Ａ）の後、前記手順（Ｂ）を含む第１のプロセスにより実行され、前記主微粒子捕捉フィルタを再生する工程は、前記第１のプロセスにおける前記手順（Ａ）の後、前記手順（Ｂ）〜（Ｄ）を含む第２のプロセスにより実行され、前記第１のプロセスと第２のプロセスとは並行して実行される請求項７記載の排ガス浄化方法。
【請求項１０】
前記手順（Ｂ）は、前記副微粒子捕捉フィルタに捕捉された微粒子層の厚さＷ［ｍ］を、ΔＰを差圧［Ｐａ］、μを動粘性係数、Ｑを［ｍ3／ｈ］の単位で表した、前記副微粒子フィルタ中における排ガスの流量、αを前記副微粒子捕捉フィルタ中のセルの一辺の長さ、ρを排ガスの比重、Ｖtrapを前記副微粒子フィルタのフィルタ体積、Ｗｓを前記副微粒子捕捉フィルタの壁厚、Ｋｗを前記副微粒子捕捉フィルタの壁の透過率、Ｋsootを前記副微粒子捕捉フィルタ中に捕捉された微粒子層の透過率、Fを係数（＝２８．４５４）、Lを前記副微粒子捕捉フィルタの有効フィルタ長さ、βを前記副微粒子捕捉フィルタにおける多孔質壁のフォルヒハイマー係数、ζを前記副微粒子捕捉フィルタに入り、出ていく排ガスの内部損失係数として、式
【数１】
2008101602.tif 000009
により求め、さらに、前記副微粒子捕捉フィルタに捕捉された微粒子の質量ｍsoot［ｇ］を、Ｎcellｓを入口側におけるセルの開口数、ρsootを前記捕捉された微粒子の密度として、
【数２】
2008101602.tif 000010
の式により求めることを特徴とする請求項６〜９のうち、いずれか一項記載の排ガス浄化方法。
【請求項１１】
前記手順（Ｃ）は、前記排ガス中の微粒子の濃度ＰＭconc［ｇ／ｍ3］を、Ｑ２［ｍ3／ｈ］を、前記副微粒子捕捉フィルタを通過する排ガスの流量、ＰＭ［ｇ／ｈ］を単位時間に前記副微粒子捕捉フィルタに堆積した微粒子の質量として、式
ＰＭ［ｇ／ｈ］＝ＰＭconc［ｇ／ｍ3］×Ｑ２［ｍ3／ｈ］
により求める請求項１０記載の排ガス浄化方法。
【請求項１２】
前記手順（Ｄ）は、前記主微粒子捕捉フィルタに流入した前記微粒子の量（ＰＭenter  full  filter［ｇ／ｈ］）を、ＰＭconc［ｇ／ｍ3］を前記排ガス中の微粒子濃度として、式
ＰＭenter  full  filter［ｇ／ｈ］＝ＰＭconc［ｇ／ｍ3］×Ｑ１［ｍ3／ｈ］
により求めることを特徴とする請求項１１記載の排ガス浄化方法。
【請求項１３】
ディーセルエンジンの排気ラインに設置された微粒子捕捉フィルタから上流側において前記排気ラインから分岐された副排気ラインに設置された、前記微粒子捕捉フィルタ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を有する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含む微粒子センサを使った微粒子測定方法であって、
（Ａ）前記微粒子検出フィルタの前後における差圧と前記副排気ラインにおける排ガスの温度と前記副排気ラインにおける前記排ガス流量を測定する手順と、
（Ｂ）前記手順（Ａ）において得られた、前記排ガスの差圧と温度と流量とから、前記微粒子検出フィルタに単位時間に捕捉される微粒子の質量を求める手順と、
（Ｃ）前記手順（Ｂ）において得られた、単位時間に前記微粒子検出フィルタにより捕捉される微粒子の質量から、前記排ガス中の微粒子の濃度を求める手順と、
（Ｄ）前記手順（Ｃ）において求められた前記排ガス中の前記微粒子の濃度と、さらにエンジンの運転状況もしくは前記主微粒子捕捉フィルタに流入するガス流量とから、前記主微粒子捕捉フィルタに流入する微粒子の質量を求める手順と、よりなる微粒子測定方法。 
【請求項１４】
前記微粒子検出フィルタにより捕捉された前記微粒子の質量を求める手順は、前記手順（Ａ）の後、前記手順（Ｂ）を含む第１のプロセスにより実行され、前記微粒子捕捉フィルタに流入した微粒子の質量を求める手順は、前記第１のプロセスにおける前記手順（Ｂ）の後、前記手順（Ｃ），（Ｄ）を含む第２のプロセスにより実行される請求項１３記載の微粒子測定方法。
【請求項１５】
前記微粒子検出フィルタにより捕捉された前記微粒子の質量を求める手順は、前記手順（Ａ）の後、前記手順（Ｂ）を含む第１のプロセスにより実行され、前記微粒子捕捉フィルタに流入した微粒子の質量を求める手順は、前記第１のプロセスにおける前記手順（Ａ）の後、前記手順（Ｂ）〜（Ｄ）を含む第２のプロセスにより実行され、前記第１のプロセスと第２のプロセスは並行して実行される請求項１３記載の微粒子測定方法。
【請求項１６】
前記手順（Ｂ）は、前記微粒子検出フィルタに捕捉された微粒子層の厚さＷ［ｍ］を、ΔＰを差圧［Ｐａ］、μを動粘性係数、Ｑを［ｍ3／ｈ］の単位で表した、前記微粒子検出フィルタ中における排ガスの流量、αを前記微粒子検出フィルタ中のセルの一辺の長さ、ρを排ガスの比重、Ｖtrapを前記微粒子検出フィルタのフィルタ体積、Ｗｓを前記微粒子検出フィルタの壁厚、Ｋｗを前記微粒子検出フィルタの壁の透過率、Ｋsootを前記微粒子検出フィルタ中に捕捉された微粒子層の透過率、Fを係数（＝２８．４５４）、Lを前記微粒子検出フィルタの有効フィルタ長さ、βを前記微粒子検出フィルタにおける多孔質壁のフォルヒハイマー係数、ζを前記微粒子検出捕捉フィルタに入り、出ていく排ガスの内部損失係数として、式
【数３】
2008101602.tif 000011
より求め、
さらに、前記微粒子検出フィルタに捕捉された微粒子の質量ｍsoot［ｇ］を、Ｎcellｓを入口側におけるセルの開口数を、ρsootを前記捕捉された微粒子の密度をとして、式
【数４】
2008101602.tif 000012
により求める請求項１３〜１５のうち、いずれか一項記載の微粒子測定方法。
【請求項１７】
前記手順（Ｃ）は、前記排ガス中の微粒子の濃度ＰＭconc［ｇ／ｍ3］を、Ｑ２［ｍ3／ｈ］を前記微粒子検出フィルタを通過する排ガスの流量、ＰＭ［ｇ／ｈ］を単位時間に前記微粒子検出フィルタに堆積した微粒子の質量として、式
ＰＭ［ｇ／ｈ］＝ＰＭconc［ｇ／ｍ3］×Ｑ２［ｍ3／ｈ］
により求める請求項１６記載の微粒子測定方法。
【請求項１８】
前記手順（Ｄ）は、前記主微粒子捕捉フィルタに流入した前記微粒子の量（ＰＭenter  full  filter［ｇ／ｈ］）を、ＰＭconc［ｇ／ｍ3］を排ガス中の微粒子濃度として、式
ＰＭenter  full  filter［ｇ／ｈ］＝ＰＭconc［ｇ／ｍ3］×Ｑ１［ｍ3／ｈ］
により求めることを請求項１７記載の微粒子測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃エンジンの排ガス浄化装置、排ガス浄化方法、および微粒子測定方法に係り、特に微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）を備え、ディーゼルエンジンの排ガス中に含まれる微粒子（ＰＭ）を除去する排ガス浄化装置および方法、ディーゼルエンジンの排ガス中に含まれる微粒子（ＰＭ）の測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、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。
【０００３】
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。
【特許文献１】米国特許第６９５２９２０号
【特許文献２】米国特許第５６５１２４８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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の外周部が、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。
【０００９】
図２Ｃは、微粒子捕捉フィルタ１２Ｂの原理を示す。
【００１０】
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。
【００１１】
このように、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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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、±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、従来の図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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、構成が複雑になるという問題があり、さらに微粒子捕捉フィルタの再生に電力が消費されるという問題がある。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。
【００２０】
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。
【００２１】
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、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。
【００２２】
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。
【００２３】
さらに特許文献２の技術は、（ａ）アッシュ検出、（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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
一の側面によれば、本発明は上記の課題を、
ディーセルエンジンの排気ラインに設置された主微粒子捕捉フィルタと、
前記主微粒子捕捉フィルタから上流側において前記排気ラインから分岐された副排気ラインと、
前記副排気ラインに設置された、前記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副微粒子捕捉フィルタと、
前記副微粒子捕捉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、を備えた排ガス浄化装置により、解決する。
【００３０】
他の側面によれば本発明は、ディーゼルエンジンの排気ラインに設置された主微粒子捕捉フィルタと、前記主微粒子捕捉フィルタから上流側において前記排気ラインから分岐された副排気ラインと、前記副排気ラインに設置された、前記主微粒子捕捉フィルタのスートストレージ容量よりも小さいスートストレージ容量を有する副微粒子捕捉フィルタと、前記副微粒子捕捉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た排ガス浄化装置を使った排ガス浄化方法であって、
（Ａ）前記副微粒子捕捉フィルタの前後における差圧と、前記副排気ラインにおける排ガスの温度と、前記排気ラインにおける流量とを測定する手順と、
（Ｂ）前記手順（Ａ）において得られた、前記排ガスの差圧と温度と流量とから、前記副微粒子捕捉フィルタに単位時間に捕捉される微粒子の質量を求める手順と、
（Ｃ）前記手順（Ｂ）において得られた、単位時間に前記副微粒子捕捉フィルタにより捕捉される微粒子の質量から、前記排ガス中の微粒子の濃度を求める手順と、
（Ｄ）前記手順（Ｃ）において求められた前記排ガス中の前記微粒子の濃度と、さらにエンジンの運転状況もしくは前記主微粒子捕捉フィルタに流入するガス流量とから、前記主微粒子捕捉フィルタに流入する微粒子の質量を求める手順と、
（Ｅ）前記手順（Ｄ）において求められた前記主微粒子捕捉フィルタに捕捉された前記微粒子の前記質量と、前記主微粒子捕捉フィルタの捕捉効率とから、前記主微粒子捕捉フィルタに捕捉された微粒子の質量が、所定の閾値を超えたか否かを判断する手順と、
（Ｆ）前記主微粒子捕捉フィルタに捕捉された前記微粒子の質量が前記所定閾値を超えている場合、前記主微粒子捕捉フィルタの再生を実行する手順と、よりなる排ガス浄化方法を提供する。
【００３１】
本発明は他の側面において、ディーセルエンジンの排気ラインに設置された微粒子捕捉フィルタから上流側において前記排気ラインから分岐された副排気ラインに設置された、前記微粒子捕捉フィルタ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を有する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た微粒子センサを使った微粒子測定方法であって、
（Ａ）前記微粒子検出フィルタの前後における差圧と前記副排気ラインにおける排ガスの温度と前記副排気ラインにおける前記排ガス流量を測定する手順と、
（Ｂ）前記手順（Ａ）において得られた、前記排ガスの差圧と温度と流量とから、前記微粒子検出フィルタに単位時間に捕捉される微粒子の質量を求める手順と、
（Ｃ）前記手順（Ｂ）において得られた、単位時間に前記微粒子検出フィルタにより捕捉される微粒子の質量から、前記排ガス中の微粒子の濃度を求める手順と、
（Ｄ）前記手順（Ｃ）において求められた前記排ガス中の前記微粒子の濃度と、さらにエンジンの運転状況もしくは前記主微粒子捕捉フィルタに流入するガス流量とから、前記主微粒子捕捉フィルタに流入する微粒子の質量を求める手順と、よりなる微粒子測定方法を提供する。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、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が小さく、従って不均一な微粒子堆積の生じにくい副微粒子捕捉フィルタを使い、かかる副微粒子捕捉フィルタに生じる差圧を測定することにより、主微粒子捕捉フィルタにおける微粒子の堆積量を、簡単かつ容易に測定することが可能となる。そのため、ポストインジェクションによる燃費の悪化を抑制することが可能となる。さらに本発明によれば、副微粒子捕捉フィルタの再生を主微粒子捕捉フィルタと独立に実行することが可能となり、主微粒子捕捉フィルタ中における微粒子の堆積量を、副微粒子捕捉フィルタを使って常に、正確に測定することが可能となる。さらに、アッシュ堆積やフィルタや電極の劣化を受けにくく、正確な測定を行うことが可能となる。
【００３３】
さらに本発明によれば、副排気ライン中の排ガスが副微粒子捕捉フィルタの再生に伴い、副排気ラインの通気抵抗が、前記副微粒子捕捉フィルタの再生により減少することで、副排気ラインに集中する問題を、副排気ラインにバルブを設け、その流量を一定に制御することで回避することが可能である。すなわち、主微粒子捕捉フィルタにおける微粒子の捕捉は、副微粒子捕捉フィルタと同様になされ、その結果、副微粒子捕捉フィルタの差圧測定により求めた主微粒子捕捉フィルタへの微粒子堆積量の推定値が、実際に主微粒子捕捉フィルタにおける微粒子量からずれる問題が回避される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明の排ガス浄化装置の実施形態は、ディーゼルエンジンの排気ラインに設置された主微粒子捕捉フィルタと、前記主微粒子捕捉フィルタから上流側において前記排気ラインから分岐された副排気ラインと、前記副排気ラインに設置された、前記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副微粒子捕捉フィルタと、前記副微粒子捕捉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たことを特徴とする。
【００３５】
上記排ガス浄化装置において、前記第２の排気ラインには、さらに流量計あるいは同等のメータ（例えばガス流速計）が設置されていることが好ましい。
【００３６】
また、前記第２の排気ラインには、さらに温度測定部が設置されていることが好ましい。
【００３７】
また、前記第２の微粒子フィルタには、ヒータが設置されていることが好ましい。
【００３８】
また、前記排ガス浄化装置には、さらに前記第２の排気ライン中の排ガス流量を一定に維持するバルブが設置されていることが好ましい。
【００３９】
本発明の排ガス浄化方法の実施形態は、ディーゼルエンジンの排気ラインに設置された主微粒子捕捉フィルタと、前記主微粒子捕捉フィルタから上流側において前記排気ラインから分岐された副排気ラインと、前記副排気ラインに設置された、前記主微粒子捕捉フィルタのスートストレージ容量よりも小さいスートストレージ容量を有する副微粒子捕捉フィルタと、前記副微粒子捕捉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よりなる排ガス浄化装置を使った排ガス浄化方法であって、（Ａ）前記副微粒子フィルタの前後の差圧と、前記副排気ライン中の排ガス温度と、前記排ガスの流量とを測定する手順と、（Ｂ）前記手順（Ａ）で得られた前記差圧、温度および前記排ガス流量から、前記副微粒子フィルタに捕捉された微粒子の単位時間当たりの微粒子の質量を求める手順と、（Ｃ）前記手順（Ｂ）で得られた、前記副微粒子捕捉フィルタに単位時間に捕捉された微粒子の質量から、前記排ガス中の微粒子の濃度を求める手順と、（Ｄ）前記手順（Ｃ）で得られた排ガス中の微粒子濃度およびエンジンの運転状態あるいは前記主微粒子フィルタに流入するガス流量から、前記主微粒子フィルタに流入する微粒子の質量を求める手順と、（Ｅ）前記手順（Ｄ）で求められた前記主微粒子捕捉フィルタに捕捉された微粒子の質量とから、前記主微粒子捕捉フィルタの捕捉効率とから、前記主微粒子捕捉フィルタに捕捉された微粒子の質量が所定の閾値を超えたか否かを判定する手順と、（Ｆ）前記主微粒子捕捉フィルタに捕捉された前記微粒子の質量が前記所定閾値を超えている場合、前記主微粒子捕捉フィルタの再生を実行することを特徴とする。
【００４０】
上記排ガス浄化方法において、さらに前記副微粒子捕捉フィルタを再生する手順を含み、前記副微粒子捕捉フィルタの再生は、前記副微粒子捕捉フィルタに捕捉された微粒子の質量が所定値を超えた場合に、前記主微粒子捕捉フィルタの再生とは独立に実行されることが好ましい。
【００４１】
また、前記副微粒子捕捉フィルタを再生する手順は、前記手順（Ａ）の後、前記手順（Ｂ）を含む第１のプロセスにより実行され、前記主微粒子捕捉フィルタを再生する工程は、前記第１のプロセスにおける前記手順（Ｂ）の後、前記手順（Ｃ），（Ｄ）を含む第２のプロセスにより実行されることが好ましい。
【００４２】
また、前記副微粒子捕捉フィルタを再生する手順は、前記手順（Ａ）の後、前記手順（Ｂ）を含む第１のプロセスにより実行され、前記主微粒子捕捉フィルタを再生する工程は、前記第１のプロセスにおける前記手順（Ａ）の後、前記手順（Ｂ）〜（Ｄ）を含む第２のプロセスにより実行され、前記第１のプロセスと第２のプロセスが並行して実行されることが好ましい。
【００４３】
また、前記手順（Ｂ）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、以下の形の式
ΔＰ＝function（流量，温度，スートロード，形状）
により、算出されることが好ましい。
【００４４】
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の厚さＷ［ｍ］が、以下の式により計算される。
【００４５】
【数５】
2008101602.tif 000003
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］の単位で表した、前記副微粒子フィルタ中における排ガスの流量を示し、αは前記副微粒子捕捉フィルタ中のセルの一辺の長さを、ρは排ガスの比重を、Ｖtrapは前記副微粒子捕捉フィルタのフィルタ体積を表し、Ｗｓは前記副微粒子捕捉フィルタの壁厚を表し、Ｋｗは前記副微粒子捕捉フィルタの壁の透過率を表し、Ｋsootは前記副微粒子捕捉フィルタ中に捕捉された微粒子層の透過率を表し、Fは係数（＝２８．４５４）であり、Lは前記副微粒子捕捉フィルタの有効フィルタ長さを表し、βは前記副微粒子捕捉フィルタにおける多孔質壁のフォルヒハイマー係数を表し、ζは前記副微粒子捕捉フィルタに入り、出ていく排ガスの内部損失係数を、表す。さらに、前記副微粒子捕捉フィルタに捕捉された微粒子の質量ｍsoot［ｇ］が、以下の式により、求められる。
【００４６】
【数６】
2008101602.tif 000004
ここで、Ｎcellｓは入口側における開口数を表し、ρsootは前記捕捉された微粒子の密度を表す。
【００４７】
また、前記手順（C）は、排ガス中の微粒子の濃度PMconc［ｇ／ｃｍ3］が、式
ＰＭ［ｇ／ｈ］＝ＰＭconc［ｇ／ｍ3］×Ｑ２［ｍ3／ｈ］
により求められることが好ましい。ここでＱ２［ｍ3／ｈ］は、前記副微粒子捕捉フィルタを通過する排ガスの流量を表し、ＰＭ［ｇ／ｈ］は単位時間に堆積した微粒子の質量を表す。
【００４８】
また、前記手順（Ｄ）は、前記主微粒子捕捉フィルタに流入した微粒子の量（ＰＭenter  full  filter）が、式
ＰＭenter  full  filter［ｇ／ｈ］＝ＰＭconc［ｇ／ｍ3］×Ｑ１［ｍ3／ｈ］
により求められることが好ましい。ここでＰＭconc［ｇ／ｍ3］は、排ガス中の微粒子濃度を表す。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。
【００４９】
本発明の微粒子測定方法の実施形態は、ディーセルエンジンの排気ラインに設置された微粒子捕捉フィルタから上流側において前記排気ラインから分岐された副排気ラインに設置され、前記微粒子捕捉フィルタ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を有する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、を含む微粒子センサを使った微粒子測定方法であって、（Ａ）前記微粒子検出フィルタの前後における差圧と前記副排気ラインにおける排ガス温度と前記副排気ラインにおける前記排ガス流量を測定する手順と、（Ｂ）前記手順（Ａ）において得られた前記排ガスの差圧と温度と流量から、前記微粒子検出フィルタに単位時間に捕捉される微粒子の質量を求める手順と、（Ｃ）前記手順（Ｂ）において得られた単位時間に前記微粒子検出フィルタにより捕捉される微粒子の質量から、前記排ガス中の微粒子の濃度を求める手順と、（Ｄ）前記手順（Ｃ）において求められた前記排ガス中の微粒子の濃度と、さらにエンジンの動作状況もしくは前記主微粒子捕捉フィルタに流入するガス流量とから、前記主微粒子捕捉フィルタに流入する微粒子の質量を求める手順と、よりなることを特徴とする。
【００５０】
上記微粒子測定方法において、前記微粒子検出フィルタにより捕捉された前記微粒子の質量を求める手順は、前記手順（Ａ）の後、前記手順（Ｂ）を含む第１のプロセスにより実行され、前記微粒子捕捉フィルタに流入した微粒子の質量を求める手順は、前記第１のプロセスにおける前記手順（Ｂ）の後、前記手順（Ｃ），（Ｄ）を含む第２のプロセスにより実行されることが好ましい。
【００５１】
また、前記微粒子検出フィルタにより捕捉された前記微粒子の質量を求める手順は、前記手順（Ａ）の後、前記手順（Ｂ）を含む第１のプロセスにより実行され、前記微粒子捕捉フィルタに流入した微粒子の質量を求める手順は、前記第１のプロセスにおける前記手順（Ａ）の後、前記手順（Ｂ）〜（Ｄ）を含む第２のプロセスにより実行され、前記第１のプロセスと第２のプロセスは並行して実行されることが好ましい。
【００５２】
好ましくは、前記手順（Ｂ）では、前記微粒子検出フィルタに捕捉された微粒子のスートロード量が、以下の形の式
ΔＰ＝function（流量，温度，スートロード，形状）
により、算出される。
【００５３】
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、前記微粒子検出フィルタに捕捉された微粒子層の厚さＷ［ｍ］が、以下の式により算出される。
【００５４】
【数７】
2008101602.tif 000005
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］の単位で表した、前記微粒子検出フィルタ中における排ガスの流量を示し、αは前記微粒子検出フィルタ中のセルの一辺の長さを、ρは排ガスの比重を、Ｖtrapは前記微粒子検出フィルタのフィルタ体積を表し、Ｗｓは前記微粒子検出フィルタの壁厚を表し、Ｋｗは前記微粒子検出フィルタの壁の透過率を表し、Ｋsootは前記微粒子検出フィルタ中に捕捉された微粒子層の透過率を表し、Fは係数（＝２８．４５４）であり、Lは前記微粒子検出フィルタの有効フィルタ長さを、βは前記微粒子検出フィルタにおける多孔質壁のフォルヒハイマー係数を、ζは前記微粒子検出捕捉フィルタに入り、出ていく排ガスの内部損失係数を、表す。さらに、前記微粒子検出フィルタに捕捉された微粒子の質量ｍsoot［ｇ］が、以下の式により求められる。
【００５５】
【数８】
2008101602.tif 000006
ここで、Ｎcellｓは入口側におけるセルの開口数を表し、ρsootは前記捕捉された微粒子の密度を表す。
【００５６】
また、前記手順（C）は、排ガス中の微粒子の濃度PMconc［ｇ／ｃｍ3］が、以下の式により求められることが好ましい。
【００５７】
ＰＭ［ｇ／ｈ］＝ＰＭconc［ｇ／ｍ3］×Ｑ２［ｍ3／ｈ］
ここでＱ２［ｍ3／ｈ］は、前記微粒子検出フィルタを通過する排ガスの流量を表し、ＰＭ［ｇ／ｈ］は単位時間に堆積した微粒子の質量を表す。
【００５８】
また、前記手順（Ｄ）は、前記主微粒子捕捉フィルタに流入した微粒子の量（ＰＭenter  full  filter）が、以下の式により求められることが好ましい。
【００５９】
ＰＭenter  full  filter［ｇ／ｈ］＝ＰＭconc［ｇ／ｍ3］×Ｑ１［ｍ3／ｈ］
ここでＰＭconc［ｇ／ｍ3］は、排ガス中の微粒子濃度を表す。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。
［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。
【００６０】
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、排気ライン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。
【００６１】
さらに図６の構成では、前記主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２の上流側において、副排気ライン２１Ａが前記排気ライン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６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）センサを構成する。前記微粒子（ＰＭ）センサは、温度測定部（Ｔ１）を含むように構成されてもよい。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。
【００６２】
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１６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、ハニカム構造体を形成するが、前記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。
【００６３】
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。
【００６４】
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、矩形形状の副微粒子捕捉フィルタ２２Ａ（セル２２ｂ）を含むことが好ましい。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、前記副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、セラミック以外の材料で形成されていてもよい。
【００６５】
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。
【００６６】
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中の排ガスが前記圧力計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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
【数９】
2008101602.tif 000007
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。
【００７３】
次に、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。
【００７４】
【数１０】
2008101602.tif 000008
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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のがわかる。
【００８１】
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ことがわかる。
【００８２】
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。
【００８３】
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、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。
【００８４】
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。
【００８５】
さらに前記差圧を測定するに当たり、前記流量計、流速計などを、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、流速計などの読み取り値から、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。
【００８６】
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。
［第２の実施形態］
図１０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。
【００８７】
図１０を参照するに、前記副排気ライン２１Ａ中の流量は、ステップ１において、前記流量計２４を使うことにより、また場合によってはバルブ２３を使うことにより、５０〜６０００ｍｌ／分の範囲に設定され、前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａ前後の差圧ΔＰが、前記差圧計２２Ｂにより検出される。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。
【００８８】
ステップ１において、バルブ２３により、前記副排気ライン２１Ａ中の流量が、５０〜６００ｍｌ／分の所定量に設定することができる。
【００８９】
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、式（１）に従って求められる。ここで、前記排ガスの温度Ｔは、本例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の温度を測定してもよい。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
一方、図１０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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
図１０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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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）。
【０１００】
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１１に示すように変形することもできる。
【０１０１】
図１０において、また以下に説明する図１１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。
【０１０２】
すなわち、図１１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１２は、本発明の第３の実施形態による、図６の微粒子センサを使った微粒子測定方法を示すフローチャートである。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。
【０１０３】
図１２を参照するに、前記副排気ライン２１Ａ中の流量は、前記ステップ１に対応するステップ２１において、前記流量計を使うことにより、また場合によってはバルブ２３を使うことにより、５０〜６０００ｍｌ／分の範囲に設定され、前記副微粒子捕捉フィルタ２２Ａ前後の差圧ΔＰが、前記差圧計２２Ｂにより検出される。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。
【０１０４】
次にステップ前記ステップ２に対応するステップ２２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２１で求められた差圧ΔＰから、式（１）に従って求められる。なお現在の例において、前記排ガスの温度Ｔは、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は、前記副微粒子フィルタ２２Ａの温度測定部Ｔ１を使うのが好ましい。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。さらに排気パイプ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の温度を測定することも可能である。
【０１０５】
さらにステップ２２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２１で検出された層厚Wから、前記式（２）により求められる。
【０１０６】
さらに、図１２のプロセスでは、前記ステップ１１に対応するステップ３１において、前記ステップ２２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）により求められ、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。
【０１０７】
このように、本発明の第３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２１）、前記第２の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）、（２）を使って求められ（ステップ２２）、さらに前記主微粒子捕捉フィルタに捕捉された微粒子の量が、前記副微粒子捕捉フィルタに捕捉された微粒子量から、前記式（３）、（４）および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３１）。
【０１０８】
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１３に示すように変形することもできる。
【０１０９】
図１２において、また以下に説明する１３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。
【０１１０】
すなわち、図１３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３１）は、前記ステップ２１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２２）と並行して行われる。
【０１１１】
さらに、以上の説明では、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品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。
【０１１２】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】従来の排ガス上か装置を使ったエンジンの全体図である。
【図２Ａ】微粒子捕捉フィルタの概略的構成を示す図である。
【図２Ｂ】微粒子捕捉フィルタの構成要素を示す図である。
【図２Ｃ】微粒子捕捉フィルタの動作原理を示す図である。
【図２Ｄ】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。
【図３】本発明の関連技術による排ガス上か装置を使った従来のエンジンシステムの全体構成を示す図である。
【図４】図３の排ガス上か装置の問題点を説明する図である。
【図５】図３の排ガス上か装置の問題点を説明する別の図である。
【図６】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７Ａ】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７Ｂ】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８】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。
【図９】本発明の効果を説明する図である。
【図１０】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。
【図１１】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。
【図１２】図１０の手順Ａ〜Ｄによる微粒子測定方法を示すフローチャートである。
【図１３】図１１の手順Ａ〜Ｄによる微粒子測定方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１１４】
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      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
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図６】
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【図７Ａ】
2008101602.tif 000019
【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図２Ｄ】
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【図４】
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【図５】
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