本発明の捕集量検出装置は、捕集容器と� ��捕集容器に電磁波を照射する電磁波照射手� ��と、捕集容器を透過した電磁波の強度を検� ��する電磁波受信手段と、電磁波受信手段で� ��出された強度から粒子状物質の捕集量を演� ��する演算手段と、を含む。

 本発明にいう粒子状物質とは、周波数が� ��10GHz~数THzのミリ波レベルのマイクロ波を吸� ��し、そのエネルギーを最終的には熱エネル� ��ーに変換する物質であれば特に制限なく、� ��ーボンを主とするPM、フェライト粉などの� �性体粉末などが例示される。

 また本発明では、周波数が数10GHz~数THzの� ��リ波レベルのマイクロ波が用いられる。周� ��数がこの範囲より低いと捕集された粒子状� ��質を透過しやすくなり、捕集量の検出精度� ��低下する。また周波数がこの範囲より高く� ��ると、捕集された粒子状物質を透過しにく� ��なり、やはり検出精度が低下する。600GHz近� ��の周波数を用いることが特に好ましい。

 捕集容器は、粒子状物質を含む気体が流� ��する流路中に配置されるものであり、各種� ��ィルタを用いることができる。この捕集容� ��は、周波数が数10GHz~数THzのミリ波レベルの� ��イクロ波を透過するものが用いられる。マ� ��クロ波の一部が吸収されても構わない。排� ��ス浄化装置の場合には、コージェライト、� ��化ケイ素、アルミナなどセラミックス製の� ��ィルタが代表的に用いられる。

 電磁波照射手段は、捕集容器の外部から� ��集容器に周波数が数10GHz~数THzの電磁波を照� ��する手段であり、マグネトロンなどを用い� ��ことができる。捕集容器に電磁波を直接的� ��照射することが望ましいが、排ガス浄化フ� ��ルタなど金属製の収納容器に収納されてい� ��捕集容器の場合には、収納容器に形成され� ��10GHz~数THzの電磁波を透過可能な入射窓を介� ��て電磁波を照射する。この入射窓の材質と� ��ては、コージェライト、窒化ケイ素、アル� ��ナなどのセラミックス、ガラスなどを用い� ��ことができる。

 電磁波受信手段は捕集容器を透過した電� ��波の強度を検出するものであり、マイクロ� ��センサなど公知のものを用いることができ� ��。電磁波受信手段は、捕集容器に対して電� ��波照射手段と反対側に配置され、捕集容器� ��近接して配置することが望ましい。しかし� ��ガス浄化装置の場合には、熱によって電磁� ��受信手段が劣化する恐れがあるので、収納� ��器に形成され数10GHz~数THzの電磁波を透過可� ��な放射窓を介して受信するように構成する� ��この放射窓は、入射窓と同様のもので耐熱� ��を有する材質から形成することができる。

 電磁波照射手段と電磁波受信手段とは、� ��集容器に対して互いに反対側に位置するよ� ��に配置される。例えばハニカムフィルタな� ��円柱形状の捕集容器の場合には、その直径� ��向の両側にそれぞれ配置することができる� ��あるいは排ガス流入側と排ガス流出側で、� ��れぞれ軸を含む平面上で互いに反対側に位� ��するように配置することも好ましい。この� ��うにすれば、排ガス流れ方向の全長におけ� ��PM捕集量を検出することができる。

 演算手段は、電磁波受信手段で検出され� ��電磁波強度から粒子状物質の捕集量を演算� ��る。すなわち予め決められた強度と捕集量� ��の関係式に、電磁波受信手段で検出された� ��磁波強度を代入して粒子状物質の捕集量を� ��算する。

 捕集容器自体が周波数が数10GHz~数THzの電� ��波をある程度吸収する場合が多いので、先� ��ブランクとして粒子状物質が捕集されてい� ��い状態の捕集容器のみの場合の受信強度を� ��定しておく。そうすれば、粒子状物質が捕� ��された状態における受信強度との差から、� ��子状物質の捕集量を算出することができる� ��

 排ガス浄化装置の場合には、演算手段は� ��電磁波受信手段による検出値からPMが捕集� �れたフィルタにおける電磁波の吸収係数を� �出し、予め測定されたPMが捕集されていない フィルタのみにおける電磁波の吸収係数に対 する比からPMの捕集量を演算することが望ま� ��い。電磁波の吸収係数を指標とすることで� ��温度などの各種因子に関わらずPM捕集量と� �収係数との関係が一次式となるので、PM捕集 量の算出を容易にかつ精度高く行うことがで きる。なお吸収係数は透過率の対数で表され 、透過率は放射出力の入射出力に対する割合 である。

 排ガス浄化装置では、フィルタに捕集さ� ��たPMの捕集量が多くなると、圧損が上昇し� �エンジン性能に悪影響を及ぼす。したがっ� �フィルタを交換する、あるいはフィルタを� �熱して捕集されたPMを燃焼する再生処理を行 う、などの対策が必要となる。フィルタの交 換は実用的でないので、一般には再生処理が 行われている。

 そこで本発明の排ガス浄化装置には、フ� ��ルタの上流側で排ガス中に還元剤を供給す� ��還元剤供給手段をさらに備えることが望ま� ��い。排ガス中に還元剤を直接的に供給する� ��段であってもよいし、気筒内に還元剤をポ� ��ト噴射することで排ガス中に還元剤を間接� ��に供給する手段であってもよい。フィルタ� ��温度が還元剤の発火温度より高くなってい� ��ば、還元剤がフィルタ内で燃焼し、その燃� ��熱によってフィルタが例えば 600℃以上の� �温となることでPMを燃焼させフィルタを再生 することができる。この還元剤供給手段とし ては、ポンプ、インジェクタなどがある。

 またフィルタの上流側に酸化触媒を配置� ��たり、フィルタに触媒層を形成することも� ��ましい。このようにすれば、フィルタの温� ��が低温であっても触媒によって還元剤を酸� ��燃焼することができ、その燃焼熱によって� ��ィルタを再生することが可能となる。

 還元剤供給手段を用いた場合には、フィ� ��タに捕集されたPMの捕集量を推定する推定� �段と、推定手段によって推定されたPMの捕集 量に基づいて還元剤供給手段の駆動を制御す る制御手段と、を設けることが望ましい。こ れにより最適なタイミングで還元剤供給手段 を駆動できるので、燃費が向上する。推定手 段は、フィルタの上流側と下流側との差圧、 エンジンの駆動時間、走行条件の記録などか ら、フィルタに捕集されたPM捕集量を推定す� ��ことができる。

 再生処理時には、推定手段はフィルタの� ��流側と下流側との差圧を検出する差圧検出� ��段及びフィルタの温度を検出する温度セン� ��の少なくとも一方の検出値に基づいてフィ� ��タ内に残存するPM量を推定することも好ま� �い。差圧検出手段の検出値に基づいて残存� �るPM量を推定すれば、無駄に再生処理を行う ことが防止され、燃費がさらに向上する。ま た温度センサの検出値に基づいて残存するPM� ��を推定すれば、フィルタが過度に高温とな� ��のが抑制され溶損を防止することができる� ��

 なお、水も電磁波吸収体であり、フィル� ��内の水分量が検出値に影響を及ぼすので、� ��分センサなどを用いて検出された水分量も� ��味してフィルタに捕集されたPM捕集量を推� �することが望ましい。