(57)【要約】排気フィルタ（３２）内の粒子状物質を検出することには、捕捉された粒子状物質を通って伝播する電磁エネルギーの送信と受信との間の時間遅延を示すデータを受け取ることと、そのデータに対応する、捕捉された粒子状物質の量を示す信号を出力することとが含まれる。
2015501940.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１８）用の排気フィルタ（３２）内の粒子状物質を検出する方法であって、
排気フィルタ（３２）のフィルタ媒体（４０）内に捕捉された粒子状物質を通って伝播する電磁エネルギーの送信と受信との間の時間遅延を示すデータを受信するステップと、
データに対応する、捕捉された粒子状物質の量を示す信号を出力するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
排気フィルタ（３２）の排気出口（３８）に進む、濾過された排気ガスの流れの中で、フィルタ媒体（４０）の下流に配置されたプローブ（４４）から電磁エネルギーを送信するステップと、
送信された電磁エネルギーをプローブ（４４）で受信するステップと、
をさらに含み、
送信するステップは、約１μ秒未満のパルス持続時間を有する電磁エネルギーのパルスを送信することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
送信するステップは、約７００ＭＨｚ〜約３０００ＭＨｚの電磁周波数をパルスの形で送信することをさらに含み、
方法は、電磁エネルギーを送信するために、スパークインダクタ（７０）およびサイラトロン（７０）の１つを有するアナログ回路によって、プローブ（４４）に電圧を加えるステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
出力するステップは、フィルタ媒体（４０）内に捕捉された煤の相対量を示す信号を出力することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
内燃機関（１８）用の排気フィルタシステム（３０）であって、
排気入口（３６）と、排気出口（３８）と、ハウジング（３４）の内部に配置され、排気入口（３６）から排気出口（３８）に進む排気ガス内の微粒子を捕捉するように構成されたフィルタ媒体（４０）とを有するハウジング（３４）を含む排気フィルタ（３２）と、
排気フィルタ（３０）と連結された微粒子検出機構（４２）であって、ハウジング（３４）内に電磁エネルギーを送信し、フィルタ媒体（４０）内に捕捉された粒子状物質を通って伝播した、送信された電磁エネルギーを受信するように構成された少なくとも１つのプローブ（４４）を含む微粒子検出機構（４２）と、
を含み、
微粒子検出機構（４２）は、少なくとも１つのプローブ（４４）に接続され、電磁エネルギーの送信と受信との間の時間遅延に対応する、捕捉された粒子状物質の量を示す値を求めるように構成された電子制御ユニット（４６）をさらに含む、システム（３０）。
【請求項６】
再生開始機構（５２）をさらに含み、電子制御ユニット（４６）は、求めた値に応じて、制御コマンドを再生開始機構（５２）に出力するようにさらに構成され、
求めた値はフィルタ媒体（４０）内の捕捉された煤の相対量を示し、
少なくとも１つのプローブ（４４）は、総計１つのプローブ（４４）を含み、排気出口（３８）に進む、濾過された排気ガスの経路で、フィルタ媒体（４０）の下流に配置される、請求項５に記載のシステム（３０）。
【請求項７】
少なくとも１つのプローブ（４４）は、約１μ秒未満のパルス持続時間を有する電磁エネルギーのパルスを送信するように構成され、
電磁エネルギーのパルスは、約７００ＭＨｚ〜約３００ＭＨｚの複数の電磁周波数を含み、
少なくとも１つのプローブ（４４）の瞬間的な出力は、パルスを送信中に約１ｋＷである、請求項５に記載のシステム（３０）。
【請求項８】
排気フィルタシステム（３０）を動作させる方法であって、
捕捉された粒子状物質を内包するフィルタ媒体（４０）を有する排気フィルタ（３２）に電磁エネルギーを送信するステップと、
捕捉された粒子状物質を通って伝播した、送信された電磁エネルギーを受信するステップと、
電磁エネルギーの送信と受信との間の時間遅延に応じて、排気フィルタ（３２）の再生を命令するステップと、
を含む方法。
【請求項９】
送信するステップおよび受信するステップは、排気フィルタ（３２）の排気出口（３８）に進む、濾過された排気ガスの流れの中で、フィルタ媒体（４０）の下流に配置された単一のプローブ（４４）によって行われ、
命令するステップは、時間遅延によって示される、捕捉された粒子状物質の相対量に応じて、再生開始コマンドを出力することを含み、
送信するステップは、パルス持続時間を有する電磁エネルギーのパルスを送信することを含み、受信するステップは、送信からの時間遅延がパルス持続時間よりも長い、反射した電磁エネルギーを受信することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
送信した電磁エネルギーの初期反射ピークを検出するステップと、初期反射ピークの検出に応じて時間遅延を求めるステップとをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概略的には、排気フィルタ内の粒子状物質の検出に関し、より詳細には、排気フィルタ内に捕捉された粒子状物質を通って伝播する電磁エネルギーの送信と受信との間の時間遅延に応じた粒子状物質の検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
非常に多くの異なるタイプの後処理システムが、数十年にわたって内燃機関と併用されてきた。多くの場合、内燃機関からの排気中の微粒子を除去することが望ましく、このために、排気微粒子フィルタまたは「トラップ」が広く使用されている。多くの排気微粒子フィルタは、煤の捕捉においてかなり有効であるが、最終的に、捕捉された煤の量は、エンジンの連続動作が問題になる、または効率が低下する、または排気微粒子フィルタが損傷を受ける危険が生じる段階に達する。「再生」とは、通常、煤を捕捉した排気微粒子フィルタを浄化するプロセスについて説明するために使用される用語である。１つの典型的な手法として、フィルタ内の温度を、捕捉された煤が燃焼するのに十分な点まで上げて、その煤を有害度が低い、または処理がより容易な排出物に変えるものがある。
【０００３】
いくつかの異なる再生技術が公知であり、広く使用されている。とりわけ、排気微粒子フィルタ内にある、またはエンジン燃料に含まれる触媒を使用するものがある。触媒は、それ以外の方法で必要とされるよりも比較的低い温度で、煤が燃焼するのを支援することができる。他の再生技術は、排気ガス中への燃料の注入を利用し、その後、排気ガスは、排気微粒子フィルタの上流で点火するか、または排気微粒子フィルタに流入したときに点火して、排気微粒子フィルタの温度を上げる。さらに別の技術は、実際に点火することなく、発熱反応を用いてフィルタ温度を上げる燃料を送達するために、シリンダ内ドージング（ｄｏｓｉｎｇ）、またはエンジンの下流かつフィルタの上流でのドージングを利用する。電気式ヒータおよび同種のもの、従来と異なるエンジンタイミングおよび／または燃料供給技術、ならびに背圧発生流抑制装置も使用される。触媒を利用する再生技術は、かなり高価になりやすく、電気ヒータまたは特殊なエンジン動作方法を採用する技術は、エンジンからのエネルギーを流用することがある。燃料を排気ガスに供給することで、燃料が直接消費され、それに対して、背圧が発生することで、排気ガスがエンジンから出る際の容易性が損なわれ得る。したがって、すべてではないとしても、ほとんどの再生方法は、コストまたは効率の面である種の不利益をもたらすことが容易に分かる。
【０００４】
したがって、多くの再生方法では、比較的高精度かつ的確に、フィルタ内の捕捉された煤の量を検出することが望ましい。一方で、フィルタが過度に詰め込まれた状態でエンジンシステムを作動させないようにするのが一般的に望ましく、他方で、エネルギーおよび／または反応物消費型再生方法の乱用を回避するのが望ましい。これらの理由から、技術者は、再生の利用不足および乱用を回避することができるように、捕捉された煤の実際の量をより的確かつ高精度に検出する技術を常に求めている。煤負荷の、ひいては適切な再生状態の検出におけるきわめて小さいと思える改良でさえ、実世界における大きな効率向上につながる。
【０００５】
１つの一般的クラスの煤検出技術は、排気微粒子フィルタを通って伝達され、捕捉された煤によって一部が吸収されるために強度が低下する電磁エネルギーを採用している。これらの技術は、長年にわたり公知であるが、まだその理論的潜在能力を完全に引き出していない。これらの方法の一部は、捕捉された煤を通って伝達される電磁エネルギーの、周波数シフトなどの現象または他の信号属性の観測に基づいて、煤を検出しようとしている。他のものは、信号強度の低下度を煤の量に結びつけようとしている。これらの公知の技術は、計算が困難な傾向があり、比較的高価で複雑なハードウェアを必要としたり、または他の欠点があったりする。さらに、実験室では許容可能な状態で機能するように見える方法が、実際の環境条件に十分に適していないと分かることがよくある。
【０００６】
微粒子フィルタおよび微粒子フィルタ内に捕捉された物質の電磁エネルギーに対する応答を利用する１つの例示的な方法が、Ｎａｇｙらへの（特許文献１）に記載されている。Ｎａｇｙらは、フィルタ内の煤含有量を測定するために、マイクロ波エネルギーを用いてマイクロ波共振空洞を励起し、空洞の応答を観測して、空洞内の材料の実行誘電率を検出することを提案している。他の特定の従来の設計と同様に、Ｎａｇｙらは、誘導したチャンバの共振を利用していると思われ、この共振は、フィルタ缶の幾何形状および他の要因にかなり感応する可能性があり、上記の他の欠点のいくつかを有することがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第４，４７７，７７１号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
１つの態様では、内燃機関用の排気フィルタ内の粒子状物質を検出する方法は、排気フィルタのフィルタ媒体内に捕捉された粒子状物質を通って伝播する電磁エネルギーの送信と受信との間の時間遅延を示すデータを受け取ることを含む。方法は、そのデータに対応する、捕捉された粒子状物質の量を示す信号を出力することをさらに含む。
【０００９】
別の態様では、内燃機関用の排気フィルタシステムは、排気入口と、排気出口と、ハウジングの内部に配置され、排気入口から排気出口に進む排気ガス中の微粒子を捕捉するように構成されたフィルタ媒体とを有するハウジングを含む排気フィルタを含む。システムは、排気フィルタと連結された微粒子検出機構であって、ハウジング内に電磁エネルギーを送信し、フィルタ媒体内に捕捉された粒子状物質を通って伝播した、送信された電磁エネルギーを受信するように構成された少なくとも１つのプローブを有する微粒子検出機構をさらに含む。微粒子検出機構は、少なくとも１つのプローブに接続され、電磁エネルギーの送信と受信との間の時間遅延に対応する、捕捉された粒子状物質の量を示す値を求めるように構成された電子制御ユニットをさらに含む。
【００１０】
さらに別の態様では、排気フィルタシステムを動作させる方法は、捕捉された粒子状物質を内包するフィルタ媒体を有する排気フィルタに電磁エネルギーを送信することを含む。方法は、捕捉された粒子状物質を通って伝播した、送信された電磁エネルギーを受信し、電磁エネルギーの送信と受信との間の時間遅延に応じて、排気フィルタの再生を命令することをさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態による機械の概略的な側面図である。
【図２】一実施形態による、内燃機関と接続された排気システムの概略図である。
【図３】図２の排気システムの一部分の概略図である。
【図４】相対煤量と、電磁エネルギーの送信と受信との間の時間遅延との関係を示すグラフである。
【図５】送信および受信した電磁エネルギーの信号値のグラフである。
【図６】一実施形態による制御方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１を参照すると、一実施形態による機械１０が示されている。機械１０は、フレーム１２と、フレーム１２に連結された地面係合推進ホイール１４とを有するオフハイウェイトラックに即して示されている。他の実施形態では、機械１０には、推進ホイールではなくて地面係合無限軌道を有する無限軌道タイプの機械、または、モータグレーダ、バックホー、ホイールローダ、スクレーパ、もしくは場合によっては船舶などの、さらに別のタイプの機械があり得る。機械１０として、発電機、コンプレッサ、またはポンプなどの静止機械もあり得る。機械１０は、地面係合ホイール１４に原動力を供給する、圧縮点火ディーゼルエンジンなどの内燃機関１８を装備することができる。吸気マニホルド１６は、従来からの態様でエンジン１８と接続され、さらに、排気マニホルド２２を有する排気システム２０と接続されている。システム２０は、エンジン１８と流体的に接続され、エンジン排気に含まれる煤および灰などの粒子状物質を捕捉するように構成された排気微粒子フィルタ３２を有する排気微粒子フィルタシステム３０を含む。以下の説明からさらに明らかになるように、システム３０は、フィルタ３２に捕捉された粒子状物質を検出し、それに応じてフィルタの再生を制御するように独自に構成することができる。
【００１３】
フィルタ３２は、従来の態様で、エンジン１８と接続された排気管２３と流体的に接続された排気入口３６と、排気筒または排気管などの出口導管２６に流体的に接続された排気出口３８とを有するキャニスタあるいはハウジング３４を含むことができる。再生機構２４は、本明細書でさらに説明する態様および環境下で、フィルタ３２の再生を可能にするように、エンジン１８とフィルタ３２との間に流体接続して配置することができる。フィルタ媒体４０は、対象となる粒子状物質を捕捉するように、ハウジング３４内に配置されている。フィルタ媒体４０には、一体構造の、またはカートリッジタイプのセラミックフィルタ媒体、あるいは他の任意の適切なタイプのフィルタ媒体があり得る。微粒子検出機構４２は、フィルタ３２と連結され、本明細書でさらに説明するように、適切な時間にフィルタ３２を再生するために、媒体４０内に捕捉された粒子状物質を検出するように動作可能である。
【００１４】
さらにここで図２を参照すると、排気システム２０の特定の構成要素および特徴部がより詳細に示されている。上記のように、再生機構２４は、例えば、フィルタ２２内の煤などの捕捉された粒子状物質の量が望ましい閾値を超えた場合に、フィルタ３２を再生するように構成することができる。フィルタ媒体４０は、内在する触媒材料を含むことができ、触媒は、捕捉された煤の燃焼を支援するために、フィルタ３２に進む排気ガス流に別途供給することができる。いずれにしても、一実施形態では、再生機構２４は、フィルタ３２に進む排気ガス中に空気を供給するための空気導入口２７を含むことができる。再生機構２４はまた、フィルタ３２に進む排気ガスを燃焼させ、それにより、その排気ガスの温度を上げて、捕捉された煤の燃焼を開始し、かつ／または維持するために、排気ガス中に液体ディーゼル留出油などの燃料を供給する電気駆動式燃料ノズル２５などの燃料送出装置を含むことができる。ドージングシステムまたはフィルタ３２の下流の背圧発生流抑制装置などの他の任意の適切な再生技術を使用することができる。選択的触媒還元（「ＳＣＲ」）モジュールなどのＮＯｘ還元機構５０もまた、フィルタ３２の下流に配置して、ガスを周囲に排出する前に、排気ガス中のＮＯｘを還元することができる。電気駆動式噴射装置５２または他の還元剤送出装置は、機構５０の一部とすることができる。
【００１５】
フィルタシステム３０は、各装置２５、５２と制御通信する制御システム３９をさらに含むことができる。制御システム３９はまた、フィルタ３２と連結された微粒子検出機構４２であって、ハウジング３４内に配置された、またはハウジング３４の中に延びる少なくとも１つのプローブ４４を有する微粒子検出機構４２を含むことができる。プローブ４４は、排気出口３８に進む、濾過された排気ガスの経路内でフィルタ媒体６０の下流に配置することができる。実用的な実施方法において、システム３９は、総計１つのプローブを含むことができる。ここで説明した通りにプローブ４４を配置することで、本来ならプローブの動作を妨害する恐れのある粒子状物質、特に、煤のプローブ上への集積が防止される。プローブ４４は、ハウジング３４内に電磁エネルギーを送信するように構成されていて、送信した電磁エネルギーは、フィルタ媒体４０内に捕捉された粒子状物質を通って伝播する。プローブ４４はまた、捕捉された粒子状物質を通って伝播した、送信された電磁エネルギーを受信するように構成することができる。第１および第２の金属遮蔽物３１をフィルタ媒体４０の上流およびプローブ４４の下流に配置して、当業者には周知である態様で、電磁エネルギーをハウジング３４内に封じ込めることができる。制御システム３９は、プローブ４４と、さらにデータプロセッサ４６とに接続された発生器６２をさらに含むことができる。機構４２は、制御システム３９の一部であり、データプロセッサ４６は、機構４２の一部であるとみなすことができるが、データプロセッサ４６は、単に粒子状物質を検出する以外の役目があり得る。電子制御ユニットである、またはその一部であるデータプロセッサ４６は、本明細書で説明される様々な観測および制御機能を実行するためのソフトウェアを格納したコンピュータ可読メモリ４８と接続することができる。「データプロセッサ」および「電子制御ユニット」という用語は、本明細書では区別なく使用される。メモリ４８はまた、電磁エネルギーの送信および受信のタイミングに対応して煤を検出するために、やはり本明細書でさらに説明されるそのタイミングに関するデータを格納することができる。
【００１６】
ここでさらに図３を参照すると、システム３０、３９の特定の特徴部がさらに詳細に示されている。上記のように、電子制御ユニット４６は、プローブ４４および発生器６２と接続することができ、それにより、フィルタ３２内の捕捉された粒子状物質を通って伝播する電磁エネルギーの送信と受信との間の時間遅延を示すデータを受け取るように構成することができる。電子制御ユニット４６は、フィルタ３２内の煤負荷を観測すること、および適切な時間にフィルタを再生することなどを目的として、そのデータに対応する、捕捉された粒子状物質の量を示す値を求めることができる。１つの実用的な実施方法では、電子制御ユニット４６は、微粒子を捕捉するシステム３０の動作中に、粒子状物質の量がフィルタ１８から検出された各複数の時間ごとに信号を出力することができ、それによって、経時的な微粒子負荷の履歴がメモリ４８に格納されるようになる。各出力される信号は、検出時のフィルタ媒体４０内の捕捉された粒子状物質の相対量などの量を示す、求めた値を符合化したものとすることができる。電子制御ユニット４６、または他のデータプロセッサは、再生に適切な煤量を示す、求めた値に応じて、制御コマンドを装置２５に出力するなどして、フィルタ３２の再生を命令することができる。当然のことながら、信号の出力に関する本明細書の説明は、単に次の処理のために信号を内部で生成することでその対象事項が満たされるので、電子制御ユニット４６が、必ず信号を別の装置に送ることを意味すると解釈すべきでない。
【００１７】
図３に示すように、発生器６２は、いくつかの従属部品、すなわち、ＤＣ電源６４、コンデンサ６８、スイッチ７０、コンデンサ６８を充電するように構成された第１の抵抗６６、および第２の抵抗７２、さらには接地７４を含むことができる。これらの従属部品は、全体として、スイッチ７０を閉じたのに呼応してコンデンサ６８が放電したときに、振動電圧を発生させるためのアナログ回路を構成することができる。振動電圧により、プローブ４４は、ハウジング３４内に送信され、特に、フィルタ媒体４０内に捕捉された粒子状物質を通って伝播する電磁エネルギーを放射する。スイッチ７０は、サイラトロンまたはスパークインダクタ、あるいは別の適切な発振器を含むことができる。フィルタ３２は、本明細書でさらに説明するように、ハウジング３４、フィルタ媒体２０、および捕捉された粒子状物質の誘電特性に少なくとも部分的に従う電磁波伝播特性を有する空洞として機能することができる。ハウジング３４からなる対象空洞にフィルタ媒体４０および捕捉された粒子状物質を加えたものの等価回路は、ＬＣ回路と解釈することができる。それに応じて、プローブ４４からの電磁エネルギーの放射を誘導するのに適した振動を発生させるために、上記のスパークインダクタ、サイラトロン、または他のスイッチなどのインダクタンスに影響を及ぼす機構は、実用的な実施方法を提供する。
【００１８】
プローブ４４から送信した電磁エネルギーは、約１μ秒未満の、特定の実施形態では、約５０ｎ秒〜約３００ｎ秒のパルス持続時間を有するパルスを含むことができる。当業者は、電磁送信のそのような持続時間を、信号の減衰またはＱ係数を使用して煤量を検出するものなど、電磁エネルギーを使用するほとんどの粒子状物質検出方法と比較してかなり短いと認識するであろう。複数の電磁周波数は、約７００ＭＨｚ〜約３０００ＭＨｚの範囲でパルスとして送信することができる。本開示はそれに限定されるものではないが、そのような周波数範囲は、許容可能な信号対雑音比を有する、容易に検出可能な反射信号をもたらすと考えられ、ハウジング３４内の電磁エネルギーの電場の分散を促進する。様々な容量の排気フィルタにおいて、または実験室での研究において、本開示の範囲内の他の周波数を使用することができる。複数の周波数はまた、様々な周波数における、送信した電磁エネルギーと粒子状物質との間の任意の異なる相互作用をなくす傾向がある。本明細書において、「約」という用語は、一貫した有効桁数に丸めることであると理解されたい。したがって、「約７００ＭＨｚ」とは、６５０〜７４９ＭＨｚを意味し、「約５０ｎ秒」とは、４５ｎ秒〜５４ｎ秒を意味し、以下同様である。上記のように、プローブ４４はまた、送信した電磁エネルギーを、捕捉された粒子状物質を通って伝播し、反射されてプローブ４４に戻った後に検出することができる。実用的な実施方法において、発生器６２は、パルス持続時間が、そのパルスの電磁エネルギーの送信と受信との間の時間遅延未満であるように、電磁エネルギーのパルスを送信する形でプローブ４４を誘導することができる。この方法は、単一のプローブを使用する場合に、電磁エネルギーの送信および受信間の時間の重なりを回避することができる。プローブ４４の瞬間的な出力は約１ｋＷとすることができるので、機構４２の全電力消費は、特定の公知の設計と比較してかなり低い。信号線７６は、発生器６２とプローブ４４との間に延び、電圧センサ４１は、信号線７６に接続され、さらに、電子制御ユニット４６にデータを送るか、または電子制御ユニット４６から問い合わせを受けるために、電子制御ユニット４６に接続されている。したがって、電子制御ユニット４６は、通信線７６の電圧を観測して、電磁エネルギーの送信時間および受信時間をともに検出することができ、それにより、電子制御ユニット４６は、送信時間と受信時間との間の時間遅延を求めることができる。対象となる送信時間および受信時間は、複数の周波数に対する平均時間とすることができる。発生器６２は、極小束の重畳振動である電磁エネルギーを送信できるので、平均送信および受信時間を求めるための電子制御ユニット４６による解析は、比較的簡単であり得るが、本開示は、それによって限定されるものではない。
【００１９】
ここで図４を参照すると、Ｘ軸で相対煤量（ｇ／リットル）を示し、Ｙ軸で時間遅延（ｎ秒）を示すグラフが示されている。図示した例では、時間遅延は、本明細書で説明したように、捕捉された粒子状物質を通って伝播する電磁エネルギーの送信と受信との間とされる。したがって、図４にＹ軸で示す時間遅延は、電磁エネルギーの送信に対応する電圧パルスの検出と、送信した電磁エネルギーの受信に対応するその後の電圧パルスの検出、または、より詳細には、送信した電磁エネルギーの一部は、通常、伝播中に吸収されるので、その後の電圧パルスの一部の検出との間の時間に一致することができる。時間遅延と相対煤量との間にほぼ線形の関係が見られると図４から分かる。煤が約６（ｇ／リットル）の位置に再生点９０が示されている。再生を開始するのに使用される共通の煤負荷状態である、約６ｇ／リットルの煤に達するまで、機構４２を使用して、フィルタ３２内の煤負荷を連続的に、または間欠的に観測することができる。他の例では、早期のフィルタ再生を望ましくする機械１０またはエンジン１６に関連する様々なパラメータが存在し得る。このために、例えば、機械１０が駐車しているか、またはエンジン１８がローアイドルの状態にあること、および再生が機械１０またはエンジン１８の動作を妨害しそうにない、または損ねそうにないことが状況から分かるために、煤の相対量が少ない状態でフィルタ再生を命令することがある。
【００２０】
ここで図５を参照すると、長期にわたる第１の信号軌跡９７および第２の信号軌跡９９を示す別のグラフが示されている。信号値はＹ軸で示され、Ｘ軸は時間を表している。図示した例では、信号軌跡９９は、発生器６２からの信号に対応し、それに対して、信号軌跡９７は、受信した信号を表している。信号軌跡９７、９９は、測定されて観測装置の２つの異なるチャネルに出現したときに示されている。第１の時間ｔ１で、信号軌跡９９は、プローブ４４を介して電磁エネルギーを送信したときに検出できるような値の変化を示していると分かる。その後の時間ｔ２で、信号軌跡９７は、反射された電磁エネルギーがどこで検出されたかを推測できるような値の変化を示している。言い換えると、送信は、ほぼ時間ｔ１で行われ、最初の反射ピークの検出は、ほぼ時間ｔ２で行われている。本明細書で説明したように、時間ｔ１、ｔ２間の時間遅延９５を使用して、煤を含む、捕捉された粒子状物質の相対量を示すことができる。したがって、当業者には、相対的に量が少ない方の煤は、相対的に前の方の時間ｔ２に対応し、相対的に量が多い方の煤は、相対的に後の方の時間ｔ２に対応すると分かるであろう。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
当業者は、誘電材料と、疑似誘電体と、内燃機関用の排気フィルタ内の粒子状物質の検出への誘電特性の理論的および実用的応用とを熟知しているであろう。上記に説明したＮａｇｙらのものは、排気微粒子フィルタの誘電特性が煤の検出に利用された一例である。本開示は、空洞内の電磁波の伝播速度に基づく様々な洞察と、粒子状物質を検出するためにこれらの洞察を活用するのに十分に迅速かつ頑強に動作できるハードウェアの実装とを示している。特に、空洞内の電磁波の伝播速度ｖは、式によって表すことができる。
ｖ＝ｃ／√εａｖｅｒａｇｅ（ＤＰＦ＋ｓｏｏｔ）・μ
上式で、ｃは真空中の光の速度であり、εは電気的定数であり、μは磁気的定数である。排気微粒子フィルタ（ＤＰＦ）を、誘電材料、または、煤の場合は、有効もしくは疑似誘電材料を含む空洞とみなすと、煤負荷が増大するにつれてεは大きくなる。この現象の別の解釈の仕方は、送信した電磁エネルギーの電場に対する空洞の誘電率が低くなると、電磁波の伝播速度が遅くなるということである。εは、排気微粒子フィルタ自体の材料と、煤、ならびに水および灰などの他の材料との両方の平均に基づくので、εの変化は、煤負荷の増大とともに時間遅延の増加を伴い、これが、本明細書で説明した態様で、相対煤量を表すのに利用される。
【００２２】
ここで図６を参照すると、本開示による例示的な制御方法が、流れ図１００を用いて示されている。流れ図１００の方法は、ステップ１０５から始めて、ＥＭ（電磁エネルギー）をフィルタに送信するステップ１１０に進むことができる。方法は、ステップ１１０から、送信したＥＭを受信するステップ１１５に進み、その後、送信と受信との間の時間遅延を求めるステップ１２０に進むことができる。方法は、ステップ１２０から、捕捉された煤量を示す信号を出力するステップ１２５に進むことができる。電子制御ユニット４６に関連して説明した通りに値を求めるのは、ステップ１２５で、またはその直前に行うことができる。ステップ１２５で、電子制御ユニット４６は、時間遅延座標および相対煤量座標を含む、格納されたテーブルなどを参照するか、計算を行うか、またはその他の方法で求めて、求めた値を符合化した信号を出力することができる。方法は、ステップ１２５から、再生が適切であるかどうかを問い合わせるステップ１３０に進むことができる。適切ではない場合、方法は折り返して戻り、再度ステップ１１０からステップ１３０まで実行することができる。適切である場合、方法は、前にステップ１３５まで進んで再生コマンドを出力することができる。方法は、ステップ１３５から進んで、ステップ１４０で終わることができる。
【００２３】
当業者は、電磁エネルギーの、煤を通る伝播に対応した減衰を熟知しているであろう。本明細書で説明した時間遅延の観測に加えて、本開示は、粒子状物質の検出における時間遅延の使用の正当性を確認するための方法として、送信された電磁エネルギーの強度の低下を観測することを企図している。信号線７６で検出された電圧は、送信した電磁エネルギーの強度と、受信した電磁エネルギーの強度とを示すことができる。それに応じて、電子制御ユニット４６は、信号減衰値に対応させた煤量値を格納したテーブルまたはマップを参照し、時間遅延に基づいて求めた煤量を、求めた受信電磁エネルギーの強度低下に対応する推測煤量と比較する。電磁エネルギーの減衰に基づいて煤を検出する特定の方法は、相対量ではなくて、フィルタ内の煤の実際の量を計算することを可能にする。灰はフィルタ内の空間を占有するので、捕捉された煤の相対量は、捕捉された灰の量によって決まり得る。このため、灰負荷モデルに基づいて灰の量を考察して、または独立した灰検出方法を使用して、時間遅延に基づく相対煤量と比較するための、減衰に基づく推測した相対煤量を得ることができる。
【００２４】
本明細書は、例示することのみを目的としており、決して本開示の範囲を狭めると解釈してはならない。したがって、本開示の最大限かつ適切な範囲および趣旨から逸脱することなく、現在開示した実施形態に対して様々な修正を行うことができると当業者には分かるであろう。添付図面および添付の特許請求の範囲を考察したときに、他の態様、特徴、および利点が明らかになるであろう。
【図１】
2015501940.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
2015501940.tif 000009
2015501940.tif 000010