JP2011075538A - 微粒子濃度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】微粒子検出フィルタを通過した排ガスが、滞留したり流れを阻止されたりすることなく排出され、その結果、正確な差圧測定が可能となり、正確な微粒子濃度の測定が可能な微粒子濃度測定装置を提供する。
【解決手段】微粒子濃度測定装置は、前記排気ラインから分岐され、前記排気ラインの流路断面積よりも小さい流路断面積を有する排ガス採取ラインと、前記排ガス採取ラインに設置された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に生じる差圧を検知する差圧検知部と、排ガスを微粒子検出フィルタ下流へ導くように配置される通路壁と、前記通路壁内において前記排ガスが前記微粒子検出フィルタへ流れる流入側通路と、前記排ガスが前記微粒子検出フィルタから流出する流出側通路と、を備え、前記流出側通路は、前記微粒子検出フィルタの軸に垂直な断面において、前記流入側通路がなす面積の１．０倍以上の面積となる空間を画成する。
【選択図】図５

Description

本発明は内燃エンジンの排ガス浄化技術に係り、特にディーゼルエンジンの排ガス中に含まれる微粒子（ＰＭ）の濃度を測定する微粒子濃度測定装置に関する。

従来、ディーゼルエンジンの排ガス中のＣ（炭素）を主とする微粒子（ＰＭ：particulate matter）の濃度を検出する装置として、図１に示す特許文献１の微粒子濃度測定装置２０ＰＭ（PMセンサ）が知られている。この微粒子濃度測定装置２０ＰＭは、排気ライン２１から分岐された副排気ライン２１Ａと、副排気ライン２１Ａに設置された微粒子検出フィルタ２２Ａと、微粒子検出フィルタ２２Ａの入り口と出口の間に生じる差圧を測定する差圧測定部２２Ｂとを含み、さらに副排気ライン２１Ａには、流量測定部２４および温度測定部Ｔ１が設けられ、微粒子検出フィルタ２２Ａにはヒータ２２Ｈが設けられている。

特許文献１による微粒子濃度測定装置２０ＰＭでは、微粒子検出フィルタ２２Ａの前後における差圧ΔＰと、副排気ライン２１Ａにおける排ガスの温度Ｔと、副排気ライン２１Ａにおける排ガスの流量Ｑ２とが測定される。測定された差圧ΔＰと排ガス温度Ｔと排ガス流量Ｑ２とから、単位時間あたりに微粒子検出フィルタに捕捉される微粒子の質量ＰＭ［ｇ／ｈ］が算出される。この微粒子（ＰＭ）の質量ＰＭ［ｇ／ｈ］から、排ガス中の微粒子の濃度ＰＭ_conc［ｇ／ｍ³］が算出される。このとき、微粒子検出フィルタ２２Ａに微粒子が大量に蓄積すると、差圧ΔＰの検出精度が低下してしまう。特許文献１の微粒子測定は、ある程度の微粒子（ＰＭ）が微粒子検出フィルタ２２Ａに蓄積した場合にヒータ２２Ｈによって、蓄積した微粒子（ＰＭ）を燃焼除去している。

また特許文献１には、排ガス浄化装置２０として、排気ライン２１に設けられ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）２２が開示されている。微粒子濃度測定装置２０ＰＭの上記副排気ライン２１Ａは、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２の排ガス流れ上流側に接続され、求められた排ガス中の微粒子（ＰＭ）の濃度ＰＭ_conc［ｇ／ｍ³］と、エンジン運転状況もしくは排気ライン２１の微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２に流入するガス流量Ｑ１とから、微粒子捕捉フィルタ２２に流入する微粒子（ＰＭ）の質量ＰＭ_{enter full filter}［ｇ／ｈ］を算出している。

ところで、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２においても、上記した微粒子検出フィルタ２２Ａと同様に、継続的な使用に伴って捕捉した微粒子（ＰＭ）が徐々に堆積する。微粒子捕捉フィルタ２２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。 このため、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２を使った排ガス浄化装置２０においては、堆積した微粒子（ＰＭ）を微粒子捕捉フィルタ２２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（ＤＰＦ）２２を再生することが行われている。

このような微粒子捕捉フィルタ２２の再生は、高温の排ガスを微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２に流入させることによって行う。これにより、堆積している微粒子（ＰＭ）が燃焼除去される。

特許文献１によれば、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２に捕捉された微粒子（ＰＭ）の質量ＰＭ_{enter full filter}［ｇ／ｈ］を求めることによって、微粒子捕捉フィルタ２２に実際に捕捉された微粒子量が、再生が必要な予め定められた閾値を超えているか否かを精確に判断できると記載されている。

ＥＰ１９１６３９４Ａ１号公報

本発明は、微粒子濃度測定装置の測定精度を向上させることを課題とする。

一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を流れる排ガス中の微粒子濃度を測定する微粒子濃度測定装置であって、上記排気ラインから分岐され、上記排気ラインの流路断面積よりも小さい流路断面積を有する排ガス採取ラインと、上記排ガス採取ラインに設置された微粒子検出フィルタと、上記微粒子検出フィルタの入口と出口の間に生じる差圧を検知する差圧検知部と、排ガスを微粒子検出フィルタ下流へ導くように配置される通路壁と、前記通路壁内において排ガスが検出フィルタへ流れる流入側通路と、前記排ガスが微粒子検出フィルタから流出する流出側通路と、を備え、上記流入側通路は、上記微粒子検出フィルタの軸に垂直な断面において、上記流出側通路がなす面積の１．０倍以上の面積となる空間を画成することを特徴とする微粒子濃度測定装置、を提供する。

本発明によれば、上記微粒子検出フィルタを通過した排ガスが、下流側へと、滞留したり流れを阻止されたりすることなく排出され、その結果、正確な差圧測定が可能となり、正確な微粒子濃度の測定が可能になる。

従来の排ガス浄化装置の構成を示す図である。 第１の実施形態による微粒子濃度測定装置を使った排ガス浄化装置の構成を示す図である。 第１の実施形態による微粒子濃度測定装置における微粒子検出フィルタの作用を説明する図である。 第１の実施形態による微粒子濃度測定装置における微粒子検出フィルタの変形例を示す図である。 第１の実施形態による微粒子濃度測定装置の構成をより詳細に示す図である。 図５の微粒子濃度測定装置のＡ−Ａ'断面を示す図である。 第１の実施形態の課題を説明する図である。 第１の実施形態の課題を説明する図である。 第１の実施形態の濃度測定装置におけるパラメータを定義する図である。 本発明の第１の実施形態における微粒子濃度の真値を求める実験を説明する図である。 第１の実施形態の濃度測定装置における面積比と測定誤差の関係を示すグラフである。 第１の実施形態の一変形例を示す図である。 第１の実施形態の他の変形例を示す図である。 第１の実施形態のさらに別の変形例を示す図である。 第１の実施形態による微粒子濃度測定装置の全体を示す図である。 第１の実施形態による微粒子濃度測定装置の一変形例を示す図である。 第２の実施形態による微粒子濃度測定装置を使った排ガス浄化装置の構成を示す図である。 本発明の第１実施形態の微粒子検出フィルタの一変形例を示す図である。

［第１の実施形態］
図２は、本発明の第１の実施形態による微粒子濃度測定装置４０ＰＭの構成を示す。ただし図２中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。図２の微粒子濃度測定装置４０ＰＭ（ＰＭセンサ）は、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２に異常が発生し、微粒子（ＰＭ）が排ガスライン２１中を微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２の下流側に閾値以上に漏れ出した場合に、これを検出し、アラームやランプの点滅、点灯等を発するために使うことができる。

図２の本発明の第１の実施形態を参照するに、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２が形成されたディーゼルエンジンの排気ライン２１には、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２の下流側において、一端に排ガス採取部４１ａを有する排ガス採取ライン４１Ａが接続されており、排ガス採取ライン４１Ａには、図３に示す微粒子検出フィルタ４２Ａと流量計４４とが直列に接続されている。さらに排ガス採取ライン４１Ａは、下流側の端部が、負圧タンクや、エアインテーク部などの微粒子検出フィルタ４１Ａの入口よりも圧力の低い部分に接続され、排気ライン２１中の排ガスが、微粒子検出フィルタ４２Ａに吸引される。これは、排ガス採取ライン４１Ａの下流側に吸引ポンプを接続したのと同じであり、微粒子検出フィルタ４２Ａに排ガスを確実に供給することが可能となる。

また、微粒子検出フィルタ４２Ａには、微粒子検出フィルタ４２Ａの温度を測定する温度測定部Ｔ１が設けられ、また差圧測定部４２Ｂが設けられ、差圧測定部４２Ｂにより、微粒子検出フィルタ４２Ａの前後の差圧ΔＰが測定される。排ガス採取部４１ａは、排ガスライン２１の流路断面積よりも小さな流路断面積を有している。

なお先に説明した差圧測定部４２Ｂとしてはダイヤフラム圧力計や、例えばゲージ式、ベローズ式、熱式などの公知の圧力計を使うことができ、また流量測定部４４としては、ホットワイヤ流量計やベンチュリ流量計など、公知の流量計を使うことができる。

図３は本発明の第１の実施形態における微粒子検出フィルタ４２Ａの例を示す。ただし図３の例では、微粒子検出フィルタ４２Ａ中に単一のセル４２ｂのみが形成されているが、図１７に示すように微粒子検出フィルタ４２Ａは、複数のセル４２ｂが積層されて形成されたものであってもよい。

本実施形態では、微粒子検出フィルタ４２Ａは、全体として、微粒子捕捉フィルタ２２（ＤＰＦ）中における排ガス通路の総容積の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０．１〜１０００ｃｍ^２の濾過面積（好ましくは１〜１０ｃｍ^２の濾過面積）を有する一または複数のガス通路４２ａ（図３参照）が、例えば矩形断面形状で、またいずれか一端が閉じられた状態（図３の右側では後方が閉じられた状態）で、形成されている。

図３及び図１７の本発明の第１の実施形態を参照するに、多孔質セラミックよりなる各々のセル４２ｂは一端が開放され他端が閉じられた流入側ガス通路４２ａを形成し、流入側ガス通路４２ａに導入された排ガスは、多孔質セラミックよりなるセル壁を通過して隣接する流入側ガス通路４２ａへと移動する。その際、セル４２ｂの内壁面に、微粒子（ＰＭ）が捕捉され、微粒子層４２ｃが形成される。

図４は、図３の本発明の第１の実施形態におけるセル４２ｂの一変形例を示す。図４の本発明の第１の実施形態におけるセルでは、図３とは異なり、排ガスはセル外部の流入側通路からセル壁を通過して、セル内部の流出側ガス通路４２ａへと流れ、その際前記セル４２ｂの外面に前記微粒子層４２ｃの堆積が生じる。前記図１７のフィルタでは、図２のセルと図４のセルが交互に隣接（積層）して形成されている。

なお、同様なセル（図１７参照）は図１で説明した微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２にも形成されているが、ガス通路４２ａおよびセル４２ｂの外形は、必ずしも主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２中のガス通路と同一サイズあるいは同一の断面形状で形成される必要はなく、円形、四角形、八角形、だ円等の任意の形状にしてもよい。また微粒子検出フィルタ４２Ａ（セル４２ｂ）を構成する多孔質セラミックの材質が、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もなく、セラミックでなくてもよいことに注意すべきである。ガス通路４２ａの総容積を、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２中における排ガス通路の総容積の５％以下、あるいは６５ｍｌ以下の容積、あるいは０．１〜１０００ｃｍ^２の濾過面積（好ましくは１〜１０ｃｍ^２の濾過面積）を有するように形成することにより、セル４２ｂには微粒子層４２ｃの一様な堆積が生じるため、以下に説明するように、主微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２における微粒子堆積量を、簡単かつ正確に測定することが可能になる。

図２の本発明の第１の実施形態における微粒子濃度測定装置４０ＰＭでは、微粒子検出フィルタ４２Ａに捕捉された微粒子（ＰＭ）のスートロード量が、以下の形の式により算出される。

（式１）
ただしΔＰは［Ｐａ］単位で表した差圧を、μは［Ｐａ・ｓ］単位で表した動粘性係数を、Ｑは［m³／ｈ］単位で表した排ガス流量を、αは［ｍ］単位で表したセルの一辺の長さを、ρ［ｇ／ｍ^３］単位で表した排ガス密度を、Ｖtrapは［ｍ³］単位で表したフィルタ体積を、Ｗsは［ｍ］単位で表した壁厚を、Ｋｗは［ｍ^−１］単位で表した壁のガス透過率（パーマビリティ）を、Ｋsootは［ｍ^−１］単位で表した捕捉微粒子層のガス透過率（パーマビリティ）を、Ｗは［ｍ］単位で表した捕捉微粒子層の厚さを、Ｆは係数（＝２８．４５４）を、Ｌは［ｍ］単位で表した有効フィルタ長さを、βは［ｍ^−１］単位で表した多孔質壁のフォルヒハイマー係数を、ζは［Ｐａ］単位で表したフィルタ通過による差圧を表す。

次に、微粒子検出フィルタ２２Ａ（セル４２ｂ）に捕捉された微粒子（ＰＭ）の質量ｍ_sootが、式

（式２）
により求められる。ただしｍ_sootは、捕捉された微粒子（ＰＭ）の質量［ｇ］、Ｎcellsは、入口側セルの開口数、ρ_sootは、捕捉された微粒子（ＰＭ）の密度である。

そして、ｍ_sootを、微粒子検出フィルタ２２Ａの前回の再生からの経過時間［ｓ］で割れば、単位時間あたりの捕捉量ＰＭ［ｇ／ｓ］が得られる。

このようにして単位時間当たりで堆積する微粒子（ＰＭ）の質量ＰＭ［ｇ／ｓ］が求められると、排ガス中の微粒子濃度ＰＭconc［ｇ／ｍ^３］が、微粒子検出フィルタ２２Ａを通過する排ガス流量Ｑ２［m³／ｓ］を使って、
ＰＭ［ｇ／ｓ］＝ＰＭconc［ｇ／ｍ^３］×Ｑ２［ｍ³／ｓ］ （式３）
により求められる。

図２の本発明の第１の実施形態に示すように、このような微粒子濃度測定装置４０ＰＭを微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２の下流側に配設することにより、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２に異常が生じ微粒子が排気ライン２１中を微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２の下流側に閾値以上に漏れ出した場合、本実施形態によればこのような異常を直ちに検出してアラームやランプの点滅、点灯を発することができる。

さてこのような微粒子濃度測定装置４０ＰＭにおいても、その測定精度を向上させることができる。

図５は、図２の本発明の第１の実施形態の微粒子濃度測定装置４０ＰＭの構成をより詳細に示す図である。

図５の本発明の第１の実施形態を参照するに、微粒子検出フィルタ４２Ａは、一端が排ガス採取部４１ａを構成し、排ガス採取ライン４１Ａに連続するハウジング４２Ｅ中に格納されており、差圧検知部４２Ｂを構成するダイヤフラム圧力計は、微粒子検出フィルタの下流側に形成されている。差圧検知部４２Ｂの一端は、微粒子検出フィルタ４２Ａの上流側に接続され、また他端は微粒子検出フィルタ４２Ａの下流側において排ガス採取ライン４１Ａに接続されており、その結果、差圧検知部４２Ｂは微粒子検出フィルタ４２Ａを構成するセル４２ｂの前後の差圧を測定することができる。

図６は、図５中、線Ａ−Ａ'に沿ったハウジング４２Ｅを含む微粒子濃度測定装置４０ＰＭの断面図を示す。

図６の本発明の第１の実施形態を参照するに、ガス通路４２ａに導入された排ガスは、微粒子検出フィルタ４２Ａを構成するセル４２ｂを通過して、微粒子検出フィルタ４２Ａとハウジング４２Ｅとの間の空間４２ｓへと流れ、さらに排ガス採取ライン４１Ａに沿って下流側へと流れる。

このような微粒子濃度測定装置４０ＰＭでは、ハウジング４２Ｅの外径を縮小すると、これに伴って一般に内径も縮小し、例えば図７Ａに示すようにセル４２ｂの外側空間、すなわちセル４２ｂの外周とハウジング４２Eの内周、すなわちセル４２ｂに対向しセル４２ｂを通過した排ガスの通路を画成する通路壁との間の空間４２ｓが狭くなるという状況が生じる。このような状況では、図７Ｂに示すように自由空間中にセル４２ｂを配設した場合に比べ、外側空間４２ｓの総断面積が減少してしまうため、差圧計が検出する値が、フィルタに堆積したスス以外の影響を受ける。その結果、先の式（１）〜（３）で求めた微粒子濃度ＰＭconcに測定誤差が生じる可能性があることを示している。

そこで本発明の発明者は、本実施形態の基礎となる研究において、図８に定義するハウジング４２Ｅの内径ｄ₀と、セル４２ｂの流入側の矩形断面における一辺の長さａ₀、さらにセル４２ｂの壁厚ｔを変化させ、上記式（１）〜（３）で求めた排ガス中の微粒子濃度を真値と比較し、生じている測定誤差について検討した。

具体的に測定誤差は、図２の本発明の第１の実施形態の構成において排気ライン２１中の微粒子（ＰＭ）の実測値（後述）を真値とし、式（１）〜（３）で求めた微粒子濃度のこの真値に対するずれを測定誤差として求めている。

図９の本発明の第１の実施形態に示すようにディーゼルエンジン１１から排気ライン２１に排出された排ガスを、清浄な空気が導入される希釈トンネル１１１に導き、これを５２℃以下の温度まで希釈および冷却し、１次捕集フィルタ１１５および２次捕集フィルタ１１６上に採取し、その質量をマイクロ天秤で測定することにより、排ガス中の微粒子量を直接に実測し、これを、排気ライン２１の濃度に換算しこれを真値とした。同じ排気ライン２１に設けられた微粒子濃度検出装置４０ＰＭ（ディーセルエンジンＥ／Ｇと微粒子濃度検出装置４０ＰＭの距離１．５〜２．０ｍ）の算出値（ＰＭconc）と真値とを比較することにより測定誤差を求めている。なお図９の本発明の第１の実施形態の構成では、ダイリューショントンネル１１１を通過した後、排ガスは熱交換機１１２および臨界流ベンチュリ管１１３を介してブロワ１１４により吸引される。また１次捕集フィルタ１１５および２次捕集フィルタの下流側にもブロワ１１７が設けられ、排ガスを吸引している。

以下の表１は、このようにして得られた微粒子濃度の算出値と真値との測定誤差を、様々な実施例１〜７および比較例１〜３について示す。ただし、表１において「面積比」とあるのは、ハウジング４２Ｅ中、外周空間４２ｓ、つまり流出側通路の断面積Ａ１に対するセル４２ｂの流入側通路の断面積Ａ２（＝ａ₀ ²）の比（＝Ａ１／Ａ２）を示している。また表１では、測定誤差が１０％を超える実施例は、比較例としている。

図１０は、表１の測定誤差と面積比の関係を示すグラフである。

図１０のグラフを参照するに、微粒子濃度測定装置４０ＰＭの測定誤差は主として面積比に依存して変化し、面積比が１．０を切ると１０％を超えて急激に増大することがわかる。これは、ハウジング４２Ｅとセル４２ｂとの間の容積が減少し、微粒子検出フィルタ４２Ａに堆積するスス以外の要因が差圧に影響を与えるためと考えられる。

図１０のグラフの結果から本実施形態では、図２，図５の微粒子検出装置４０ＰＭにおいて、中心軸Ｃ（例えば、図１２に示すようにセル４２ｂの長手方向に垂直断面の中心でセル４２ｂの長手に延びている）に垂直な断面における面積比を１．０以上、好ましくは１．５以上に設定することが望ましい。

特に本実施形態では、セル４２ｂの中心軸Ｃをハウジング４２Ｅの中心軸Ｃと実質的に一致させている。このような構成では、面積比を１．０以上、好ましくは１．５以上とすることにより、差圧計４２Ｂが検出する値が微粒子検出フィルタ４２Ａに堆積するスス以外から影響を受けるという問題を回避することができる。

本実施形態では、微粒子検出フィルタ４２Ａを、中央部に中心軸Ｃに沿った矩形断面形状の開口部４１ａを有する矩形断面形状のセル４２ｂとして形成し、またハウジング４２Ｅ内周の断面形状を略円形にした。ハウジング４２Ｅの外周は、微粒子濃度測定装置４０ＰＭが使われる車両の設計に応じた任意形状とすることができる。

ただし、矩形断面形状のセル４２ｂが、極端に示した図１１の本発明の第１の実施形態のように中心軸Ｃがハウジング４２Ｅの中心軸Ｃからずれており、セル４２ｂの一部がハウジング４２Ｅの内周に当接するような場合でも、面積比が１．０以上、好ましくは１．５以上あれば、十分な精度で微粒子濃度測定が可能であり、従って本発明は図１１のような場合を排除するものではない。図１２中の点線４２Ｖは、セル４２ｂと同軸かつ相似形状の仮想的な空間を示している。

さらに本実施形態においてセル４２ｂの断面形状を五角形、六角形など、多角形形状とすることも可能である。このような場合には、ハウジング４２Ｅの内周も、十分な外周空間４２ｓが確保できるように図１３に示すようにセル４２ｂの形状に対応した相似形状としてもよい。また、円滑なガス流れを実現する円形形状とするのが好ましい。ただし図１２，１３中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

一方、面積比の上限について考察すると、セル４２ｂを通過した排ガスのガス流れの観点からは、面積比に上限が課せられることはないが、セル４２ｂの外周には、後の実施形態で説明するが、セル４２ｂの再生のため、ヒータ４２ｈが形成されることがあり、面積比が大きすぎると再生のためヒータ４２ｈを駆動しても、熱が外周空間４２ｓに逃げてしまい、所望のセル４２ｂの昇温が十分に生じなくなるおそれがある。このような観点から、面積比は１０．０を超えないのが好ましい。

なお、図１４に示す本実施形態の微粒子濃度測定装置４０ＰＭは、図２に示す排気ライン２１に微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２の下流側において差し込まれ、固定されるヘッド部４２ｅを形成された例えばステンレスなどの耐熱金属よりなるパイプ形状のハウジング４２Ｅを含み、ハウジング４２Ｅ中には微粒子検出フィルタ４２Ａが、好ましくはＳｉＣ（炭化珪素）などの多孔質セラミックにより構成され配設されている。ここでヘッド部４２ｅは、排気ライン２１に挿入される排ガス採取ラインの一部を構成する。

図１４の本発明の第１の実施形態に示すようにハウジング４２Ｅからは排ガスが通る可撓性ホース４２Ｆが延在し、可撓性ホース４２Ｆの下流側端には、差圧測定部４２Ｂおよび流量測定部４４を格納した制御ユニット４２Ｇが形成されている。制御ユニット４２Ｇを通過した排ガスは、排気管４２ｇへと排出される。

このような構成によれば、所望の微粒子濃度測定装置を小型に構成でき、その結果、微粒子濃度測定装置を車両の任意の部位に、必要に応じて取り付けることが可能となる。

なお本実施形態において、図１５の本発明の第１の実施形態に示すように、図１４の構成において流量制御ユニット４２Ｇから排ガスを排出する排気管４２ｇにポンプ４２Ｐを接続し、排ガスを強制的に排気するように構成することもできる。かかる構成では、ヘッド部４２ｅが静止した、すなわち流れのない排ガス雰囲気中に設けられても、排ガスが、ポンプ４２Ｐが発生する負圧により吸い込まれ、所望の微粒子濃度測定を行うことが可能となる。
［第２の実施形態］
図１６は、本発明の第２の実施形態による微粒子濃度検出装置６０ＰＭ（ＰＭセンサ）を有するディーゼルエンジンの排ガス浄化装置６０の構成を示す。

図１６の本発明の第２の実験形態を参照するに、排ガス浄化装置６０は図１の排ガス浄化装置２０と類似した構成を有し、排気ライン２１から微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２の上流側に配設された排ガス採取部４１ａにおいて分岐した採取排ガスライン４１Ａを有している。

図１６の本発明の第２の実施形態の構成では、本発明の第２の微粒子加速機構微粒子捕捉フィルタ２２を通過していない排ガスが微粒子検出フィルタ４２Ａに捕捉され、微粒子検出フィルタ４２Ａに捕捉された微粒子（ＰＭ）の量をもとに、先の式（１）〜（３）に加えて、以下の処理を行っている。

排ガス中の微粒子濃度ＰＭconcは、排ガス採取ライン４１Ａ中においても排ガスライン２１中においても同じであり、従って、排ガスライン２１を通過する微粒子（ＰＭ）の量（ＰＭ enter full filter ［ｇ／ｈ］）は、
ＰＭ enter full filter ［ｇ/ｈ］＝ＰＭconc［ｇ／ｍ^３］×Ｑ１［ｍ³／ｈ］
（式４）
により求められる。ここでＱ１は排ガスライン２１の排ガス流量を表す。

これにより、微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２中に蓄積した微粒子（ＰＭ）の量を推定することができる。ただしＱ１は微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ）２２を通過する排ガスの流量である。Ｑ１は、実測して求めてもよいし、エンジンの運転状態から見積もってもよい。

図１６の本発明の第２の実施形態の構成では、さらに排ガス採取ライン４１Ａ中にバルブ４３が設けられ、バルブ４３は、図１の従来の排ガス浄化装置２０のバルブ２３の場合と同様に、流量計４４により制御され、採取排ガス流路４１Ａ中の排ガス流量が所定値Ｑ２に制御される。

一方、かかる構成では、経時的に微粒子捕捉フィルタ４２Ａ中に微粒子（ＰＭ）の堆積が生じるため、微粒子検出フィルタ４２Ａの再生を行っている。

このため本実施形態では微粒子検出フィルタ４２Ａ（セル４２ｂ）上にヒータ４２ｈが形成されており、ヒータ４２ｈを駆動ラインからの電力により必要に応じて駆動することにより、セル４２ｂに捕捉されたカーボン（Ｃ）を主とする微粒子を燃焼させ、微粒子検出フィルタ４２Ａを再生する。

本実施形態においても、本発明の第１の実施形態と同様の効果を発揮することができる。

以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。たとえば、上記実施形態における流量測定部４４は、予め排ガス採取ライン４１Ａを流れる流量が判っていれば、無くすことができる。また、温度測定部Ｔ１は排ガスの特性を一定と考えれば無くしてもよい。さらに、本発明の第２の実施形態におけるヒータ４２ｈは、再生処理の必要が無ければ、廃止してもよい。さらにまた、流量を精確に測定していれば、バルブ４３を無くすことができる。また、本発明の第１実施形態の微粒子濃度測定装置に、本発明の第２実施形態で説明したヒータを配置してもよい。

以上、本発明を好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。

１１ ディーゼルエンジン
２０ 排ガス浄化装置
２０PM 微粒子濃度測定装置
２１ 排気ライン
２１Ａ 副排気ライン
２２ 微粒子捕捉フィルタ
２２Ａ，４２Ａ 微粒子検出フィルタ
２２Ｂ，４２Ｂ 差圧測定部
４２Ｈ，４２ｈ ヒータ
２３，４３ 流量調整バルブ
２４，４４ 流量測定部
４１Ａ 排ガス採取ライン
４１ａ 排ガス採取部
４２Ｅ ハウジング
４２Ｆ 可撓性ホース
４２Ｇ 制御ユニット
４２Ｐ ポンプ
４２Ｖ 仮想的空間
４２ａ 排ガス通路
４２ｂ セル
４２ｃ 微粒子層
４２ｅ ヘッド部
４２ｇ 排気管
４２ｓ 空間
６０ＰＭ 微粒子濃度検出装置
１１１ 希釈トンネル
１１２ 熱交換器
１１３ 臨界流ベンチュリ管
１１４，１１７ ブロワ
１１５ １次捕集フィルタ
１１６ ２次捕集フィルタ
Ｃ 中心軸

Claims (8)

1. ディーゼルエンジンの排気ラインを流れる排ガス中の微粒子濃度を測定する微粒子濃度測定装置であって、
   前記排気ラインから分岐され、前記排気ラインの流路断面積よりも小さい流路断面積を有する排ガス採取ラインと、
   前記排ガス採取ラインに設置された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に生じる差圧を検知する差圧検知部と、
   排ガスを微粒子検出フィルタ下流へ導くように配置される通路壁と、
   前記通路壁内において前記排ガスが前記微粒子検出フィルタへ流れる流入側通路と、
   前記排ガスが前記微粒子検出フィルタから流出する流出側通路と、
   を備え、
   前記流出側通路は、前記微粒子検出フィルタの軸に垂直な断面において、前記流入側通路がなす面積の１．０倍以上の面積となる空間を画成することを特徴とする微粒子濃度測定装置。
2. 前記流出側通路は、前記微粒子検出フィルタの軸方向に垂直な断面において、前記流入側通路がなす面積の１．５倍以上の面積となる空間を画成することを特徴とする請求項１記載の微粒子濃度測定装置。
3. 前記通路壁は、前記微粒子検出フィルタの軸方向に垂直な断面において、前記微粒子検出フィルタと同軸でかつ相似形状の仮想的な空間上、またはその外側に位置し、
   前記仮想的な空間が、前記微粒子フィルタの外形がなす面積の１．０倍以上の面積を有することを特徴とする請求項１または２記載の微粒子濃度測定装置。
4. 前記通路壁が画成する空間は、前記微粒子検出フィルタに対し、同軸的に設けられることを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか一項記載の微粒子濃度測定装置。
5. 前記微粒子検出フィルタは、前記軸方向に延在する円筒形状または多角形断面を有する筒状形状を有し、前記通路壁は、前記軸方向に延在する円筒形状または多角形断面を有する筒状形状の空間を画成することを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか一項記載の微粒子濃度測定装置。
6. 前記排気ラインに前記微粒子検出フィルタよりもフィルタ容積が大きい微粒子捕捉フィルタが配置される請求項１〜５のうち、いずれか一項記載の微粒子濃度測定装置。
7. 前記排気ラインにおいて、前記排ガス採取ラインが前記微粒子捕捉フィルタの下流側に接続されることを特徴とする請求項６記載の微粒子濃度測定装置。
8. 前記排気ラインにおいて、前記排ガス採取ラインが前記微粒子捕捉フィルタの上流側に接続されることを特徴とする請求項６記載の微粒子濃度測定装置。

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