(57)【要約】【課題】  運行中の車両において連続的にスート量を監視し続けるのに適したスート測定装置を提供することである。【解決手段】  内燃機関から排出されるガスに含まれるスートを測定するための装置を提供する。装置６は、平板状の陰極３Ｂ、陰極３Ｂと対向して設けられている平板状の陽極３Ａ、陰極３Ｂと陽極３Ａとの間の空間４に電界を生じさせるための電圧印加手段５、および陰極３Ｂおよび陽極３Ａを加熱する加熱手段１を備えている。陰極３Ｂと陽極３Ａとの間に電圧を印加したときの陰極と陽極との間の電流値の変化に基づいてスートを測定する。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出されるガスに含まれるスートを測定するための装置であって、
平板状の陰極、前記陰極と対向して設けられている平板状の陽極、前記陰極と陽極との間の空間に電界を生じさせるための電圧印加手段、および前記陰極および前記陽極を加熱する加熱手段を備えており、前記陰極と前記陽極との間に電圧を印加したときの前記陰極と前記陽極との間の電流値の変化に基づいて前記スートを測定することを特徴とする、スート測定装置。
【請求項２】
ＥＤＭ法によって前記スート量を測定することを特徴とする、請求項１記載の装置。
【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内燃機関から排出されるガス中に含まれるスートを測定する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばディーゼル機関から排出される粒子状物質（ＰＭ）は、有機溶媒に可溶性の物質（Soluble organic
fraction：SOF)と有機溶媒に不溶性の物質(dry soot：スート)とに分離できる。スートは、結晶構造を持つ球状粒子が鎖状に凝集したものであり、排出されると黒色となる。ＳＯＦは、スート生成過程における準安定中間生成物である凝集炭化水素液滴および潤滑油が排出されたものである。ＳＯＦおよびスートの排出特性は、負荷や回転速度等の運転条件によって著しく異なる。
【０００３】
排気ガス中のＰＭは、フィルタ重量法によって、次のように定義されている。エンジン排ガスを希釈トンネルを用いて空気で５２℃以下まで希釈、冷却し、０．３μｍの標準粒子を９５％以上捕集できる炭化フッ素被膜ガラス繊維フィルタやメンブランフィルタなどによってフィルタ上に捕集された固形または液状の粒子の総和をＰＭという。そして、捕集後、気温２５℃、湿度６０％の雰囲気中に８時間以上放置した後の重量をＰＭの重量とする。
【０００４】
ここで、スートを連続的に測定する方法としては、特許文献１、非特許文献１記載の方法を例示できる。特許文献１においては、内燃機関から排出されるガスに含まれるＳｏｏｔを水素炎イオン化検出器によって測定する。
【特許文献１】特許第３１９５７２５号
【０００５】
非特許文献１においては、いわゆるＥＤＭ法によってスートを測定している。即ち、ＳＯＦや空気に比べてスートの導電率は著しく高い。そこで、図６に示すように、デバイス２０の円筒形状の絶縁体２１の内側に陽極２２を形成し、筒内空間２４の中央に細長い陰極２３を固定する。そして陽極２２と陰極２３との間に直流電源２５によって電圧を印加する。空間２４内にディーゼル機関の排気ガスを流したときに、ディーゼル排気ガスの導電率の変化はスートによって決定され、空気（既燃ガス）やＳＯＦの影響は無視できる。この排気ガスの導電率の変化は、陽極２２と陰極２３との間の微弱電流の変化として検出される。詳しくは、スート粒子が陽極２２に衝突し、帯電する。この帯電したスート粒子が他のスート粒子と衝突し、電荷が拡散し、帯電したスート粒子が増加する。最終的には、帯電したスート粒子が陰極２３に衝突し、微弱電流が流れる。微弱電流の大きさは、スート数の指数乗に比例する。
【非特許文献１】「ディーゼル排出粒子中の黒煙の連続測定」（自動車技術会論文集、Ｎｏ．２７，１９８３年第４２〜４７頁、竹内  貴一郎、石田  耕三、吉原  福全）
【発明の開示】
【０００６】
最近、ディーゼルパーティキュレート規制の法制化が検討されており、車両においてディーゼル機関からの排出スートをリアルタイムで測定するセンサーが要望される。しかし、運行中の車両において連続的にスート量を監視し続けるのに適したセンサーは未だ知られていない。
【０００７】
本発明の課題は、運行中の車両において連続的にスート量を監視し続けるのに適したスート測定装置を提供することである。
【０００８】
本発明は、内燃機関から排出されるガスに含まれるスートを測定するための装置であって、平板状の陰極、陰極と対向して設けられている平板状の陽極、陰極と陽極との間の空間に電界を生じさせるための電圧印加手段、および陰極および陽極を加熱する加熱手段を備えており、陰極と陽極との間に電圧を印加したときの陰極と陽極との間の電流値の変化に基づいてスートを測定することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、平行平板型の陰極と陽極との間の空間に電界を生じさせ、陰極と陽極との間に電圧を印加したときの陰極と陽極との間の電流値の変化に基づいてスートを測定する。これと共に、陰極および陽極を加熱する加熱手段を設けることによって、陰極および陽極の表面に付着したスートを清浄化することができる。この際、従来のＥＤＭ法で使用した円筒形状のデバイスとは異なり、陰極および陽極の全体を均一に加熱し、清浄化することが容易である。この結果、車両の運行中において、スートを測定しつつ、一定時ごと、あるいは測定修了ごとに陰極および陽極表面を清浄化することができ、これによって車両を運行しながら継続的に所望の測定を行うことが可能になる。
【００１０】
本発明においては、陰極と陽極との間の微弱電流を測定し、微弱電流をスートの重量と関連づける検量線を設けることによって、スートの重量を測定することができる。しかし、スートの重量を正確に測定することまでは必要ではない。例えば、ディーゼルパーティキュレートフィルターが破損したり、パーティキュレートの捕集効率が著しく低下すると、排気ガス中のスートの割合が増大し、微弱電流が上昇する。これによってフィルターの破損や効率低下を検出することができる。
【００１１】
以下、図面を参照しつつ、本発明を更に詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るスート測定装置６を概略的に示す正面図であり、図２は、図１の装置６を概略的に示す斜視図である。本例の装置６は、平板状のシート状ヒーター１、シート状ヒーター１上に載置された一対の基体２Ａ、２Ｂ、基体２Ａの表面に設けられた陰極３Ｂ、および基体２Ｂの表面に設けられた陽極３Ａを備えている。各基体２Ａ、２Ｂは、図２に示すように細長く延びている。陰極３Ｂと陽極３Ａとは、細長く延びる空間４をはさむように、互いに対向している。またシート状ヒーター１には電源１０が接続されている。
【００１２】
スート検出モードにおいては、陰極３Ｂと陽極３Ａとの間に所定の直流電圧を電源５から印加する。この状態で、図２に示すように、空間４内に矢印Ｆのように排気ガスを流し、矢印Ｇのように排出させる。空間４内に排気ガスを流したとき、排気ガスの導電率の変化はスートによって決定され、空気（既燃ガス）やＳＯＦの影響は無視できる。排気ガスの導電率の変化は、陽極３Ａと陰極３Ｂとの間の微弱電流の変化として検出される。即ち、図３に示すように、スート粒子が陰極３Ｂに衝突すると、陰極３Ｂ内の電子７が矢印Ａのように結合し、粒子８Ａが帯電する。この帯電したスート粒子８Ａが、陽極３Ａへと向かって矢印Ｂのように移動する過程において、帯電していない他のスート粒子８と矢印Ｃのように衝突し、電荷７が拡散し、帯電したスート粒子８Ａの数が増加する。最終的には、帯電したスート粒子８Ａが矢印Ｄのように陽極３Ａに衝突し、矢印Ｅのように電子７を陽極３Ａ内に放出する。これによって陰極と陽極との間に微弱電流が流れる。微弱電流の大きさは、スート数の指数乗に比例する。
【００１３】
次いで、スートの測定が一旦終了すると、電源１０をオンにし、シート状ヒーター１から発熱させ、基体２Ａ、２Ｂ、陽極３Ａ、陰極３Ｂを加熱する。これによって、陽極３Ａ、陰極３Ｂの各表面に付着したスートを燃焼し、飛散させる。これによって、次のスート測定に迅速に移行することができる。
【００１４】
ここで、図６に示すような形態の、ＥＤＭ原理による従来のスート測定装置の場合には、電極２２、２３の各表面に付着したスート等の粒子状物質を、スート測定を継続しながらリアルタイムで除去して清浄化する機構がなく、特に中心電極２３の表面を清浄化することが困難である。本発明においては、平行平板型電極を使用しているので、各電極３Ａ、３Ｂの各表面を加熱によって清浄化することが容易であり、車載用途に優れている。
【００１５】
本発明において、内燃機関は特に限定されないが、ディーゼル機関が特に好ましい。また、陰極や陽極の材質は特に限定されないが、タングステン、モリブデン、チタン、マンガン、クロム、ジルコニア、ニッケル、鉄、銀、銅、白金、及びパラジウムからなる群から選ばれる少なくとも一種の金属を含む電極を例示できる。また、加熱手段も特に限定されない。しかし、加熱手段をシート状ヒーターとし、シート状ヒーターを陰極および陽極と一体化することによって、陽極および陰極を迅速に高効率で加熱し、スートを除去することができる。シート状ヒーターの材質は限定されないが、厚膜印刷・焼成技術による白金ヒータを例示できる。
【００１６】
好適な実施形態においては、上述したようにＥＤＭ法によってスートを測定することができる。しかし、陽極と陰極との間の空間における抵抗値の変化を測定できる限り、その具体的手法は限定されない。例えば、陽極と陰極との間の空間において、スートが凝集してブリッジを形成することを利用できる。陽極と陰極との間でスートが凝集してブリッジを形成すると、陽極と陰極との間の抵抗値が著しく低下し、微弱電流値が増大する。
【００１７】
図４は、この実施形態に係るスート測定装置１９を概略的に示す斜視図であり、図５は、図４の装置１９を概略的に示す平面図である。
本例の装置１９は、シート状ヒーターからなる基板１１上に一対の細長い電極供給部１５、１６が互いに略平行に設けられている。電極供給部１６からは、これと直交する方向へと向かって細長い陽極１３Ａが複数本設けられている。電極供給部１５からは、これと直交する方向へと向かって細長い陰極１３Ｂが複数本設けられている。陽極１３Ａと陰極１３Ｂとは入れ子状に交互に形成されている。電極供給部１５と１６との間の空間１４は、特に図５に示すように曲折しており、対向する一対の陽極１３Ａと陰極１３Ｂとの間にそれぞれ空隙１４ａが形成されている。
【００１８】
スート検出モードにおいては、陽極１３Ａと陰極１３Ｂとの間に所定の直流電圧を電源５から印加する。この状態で、図５に示すように、空間４内に矢印Ｆのように排気ガスを流し、矢印Ｇのように排出させる。空間４内に排気ガスを流したとき、排気ガス中のスートが多いと、スートが凝集してブリッジ１８を形成し、陽極と陰極との間の抵抗値が低下する。この結果、陰極と陽極との間に微弱電流が流れる。微弱電流の大きさは、スート数の指数乗に比例する。
【００１９】
次いで、スートの測定が一旦終了すると、電源１０をオンにし、シート状ヒーター１１から発熱させ、陽極１３Ａ、陰極１３Ｂを加熱する。これによって、陽極１３Ａ、陰極１３Ｂの各表面に付着したスートを燃焼し、飛散させる。これによって、次のスート測定に迅速に移行することができる。
【００２０】
以上述べたように、本発明によれば、運行中の車両において連続的にスート量を監視し続けるのに適したスート測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係るスート測定装置６を概略的に示す正面図である。
【図２】図１のスート測定装置６を概略的に示す斜視図である。
【図３】図１の測定装置において、ＥＤＭ法による測定原理を説明するための模式図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係るスート測定装置１９を概略的に示す斜視図である。
【図５】図４のスート測定装置１９を概略的に示す平面図である。
【図６】ＥＤＭ法に基づく従来のスート測定装置２０を概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  シート状ヒーター（加熱手段）        ２Ａ、２Ｂ  基体        ３Ａ、１３Ａ  陽極        ３Ｂ、１３Ｂ  陰極        ４、１４，１４ａ  空間        ５  直流電源        ６、１９  スート測定装置        ７  電荷        ８  帯電していないスート粒子        ８Ａ  帯電したスート粒子        １０  交流電源        １５、１６  電力供給部        １８  凝集したスート粒子          Ｆ、Ｇ  排気ガスの流れ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2005114557.tif 000005
【図４】
2005114557.tif 000006
【図５】
2005114557.tif 000007
【図６】
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