CN1097039A - 内燃机过滤器的再生装置和方法 - Google Patents

Abstract

内燃机过滤器再生装置，包括：加热室；一个收集 从内燃机中排出的颗粒的过滤器；产生微波供入加热 室中的微波发生装置；检测供入加热室的微波的能量 的微波检测装置；根据检测出的能量输出一个检测信 号；还有用于根据检测信号控制微波发生装置产生微 波的控制装置，其中加热室带有一个没有废气流经的 空间，过滤器通过带有绝热元件的支撑部分在加热室 的壁上，支撑部分位于没有废气流过的空间中，而微 波检测装置的检测部分则位于该支撑部分中。

Description

本发明涉及一种内燃机过滤器再生装置和方法，它可以将柴油机废气中的颗粒（或颗粒物）收集起来，用微波使颗粒加热并燃烧，从而去除被过滤器所收集的颗粒。具体来说，本发明涉及一种过滤器再生装置和方法，它可根据颗粒加热和燃烧期间过滤器内的颗粒量控制加热和燃烧装置。

柴油机与汽油机相比具有燃烧效率高、寿命长的优点，但另一方面它却存在着排出空气污染物的不利之处。柴油机中排出的废气里含有氧化氮和据信会导致呼吸系统病的颗粒。因此，有关排放的标准日趋严格。为满足这些严格的标准，目前采用了一些如改进燃烧（即推迟燃料喷射定时等）和使用硫化作用小的轻油等项措施。从技术角度上讲，降低氧化氮和减少颗粒是很难两全其美的，因此，只有那种即降低发动机周围氧化氮含量又减少废气中颗粒含量的方法才是最有效的。废气中所含的颗粒主要有三种，即可溶的有机颗粒SOF、炭烟和硫代物。作为将颗粒从废气中排出的方法目前已研制出了一些，如用氧化催化法来减少SOF，用过滤器来收集颗粒等。由于氧化催化法不能减少炭烟，所以采用过滤器是比较好的办法。

但是，一旦被收集的颗粒充满了过滤器的整个空间，过滤器马上就会被堵塞，从而使过滤器的收集能力下降，且无法使废气均匀平稳地流过，其结果是导致发动机的输出功率明显下降，在最坏的情况下，甚至可以使发动机停机。因此，使过滤器再生成了一个世界性的课题。在收集到的颗粒量较少且加热不够充分的情况下，热的颗粒便无法完成燃烧，从而使再生不够完全。而当收集到的颗粒较多且加热过量时，过多热量导致的非正常高温燃烧会对过滤器造成机械损坏，由此可以看出，在实践当中，如何确保过滤器收集能力的持久性是一个很重要的问题。

为解决这一问题，需要根据颗粒的加热和燃烧的条件对加热装置的操作和用于燃烧加热了的颗粒的气体的供给进行控制。

已知颗粒的燃烧温度是600℃或更高，现在已有多种方法，可以产生能量将颗粒加热到这样高的温度。在上述各方法中，由于微波能够对颗粒进行有选择地加热，因此它能大大地降低能耗。

在日本专利公报NO.61-11416中公开了一种用微波作为加热源以便将颗粒去除的过滤器再生装置和方法。如图12所示，该装置具有发动机1，排气管2，过滤器3，微波加热腔4，产生微波的磁控管5，用于限定微波加热空间的微波防护装置6，将磁控管5产生的微波送至微波加热腔6的微波输送装置7，分别设置在微波输送通道中对送至加热腔4且由此反射的微波进行检测的检测装置8和9，以及一个控制装置10，该装置10根据送至加热腔4且由此反射的微波的检测信号，以及表示发动机工况的信号来控制磁控管5的操作。该装置还包括一个动力驱动源11和一个消声器12。

在上述结构中，由发动机排出的废气中的颗粒随着废气流经过滤器3被该过滤器收集。一段时间过后，过滤器3中收集到的颗粒总量增多，在此过程中，磁控管5根据控制装置10输出的信号在一段预定的时期内工作。磁控管5产生的微波供向加热腔4，微波首先供至加热腔4，且通过过滤器3的内部到达加热腔4的腔壁，随后微波从加热腔4的腔壁反射回磁控管5。在微波传输期间，要对进入加热腔4的入射波和射出加热腔的反射波的信号加以检测，按照这些检测信号对加于加热腔4上的微波特性随电压驻波比的变化进行测量。

如果过滤器3收集到的颗粒过多，则发动机的负荷将增加，在最严重的情况下，发动机可能会停机，因此适时地去除颗粒是很有必要的。控制装置10中储存着对应一定的颗粒收集量（即适当时间）的电压驻波比下限。

当由检测信号确定的电压驻波比等于或低于储存在控制装置10中的该值的下限时，磁控管5的输出增加，从而电介加热被过滤器3收集的颗粒，并用废气中所携的氧使这些颗粒燃烧且去除。此外，若在过滤器再生期间，电压驻波比达到或超过该值的上限，则表明过滤器3中捕集的颗粒的燃烧和去除已完成，因此磁控管5可停止工作。该文中还披露，电压驻波比要根据过滤器的温度加以修正。

在上述现有的装置中公开了一种确定过滤器再生时刻的方法，或一种确定过滤器再生停止时刻的方法。然而，现有的装置在控制颗粒的加热、燃烧和去除方法中存在如下的缺陷。

其中的问题是确定过滤器再生停止的检测信号通常不准确，从而影响确定下一次过滤器再生开始时间的准确性。产生这个问题的原因是由于在微波进行电介加热期间由过滤器的温度对电压驻波比加以修正表明在过滤器再生期间废气过滤器收集的颗粒量是固定的。在使定量的颗粒燃烧和去除的方法中，若过滤器温度较低，则颗粒要同时承受微波的加热和废气的冷却，如此一来，在过滤器中位于排气上游附近的颗粒便无法被加热到燃烧温度，以致无法去除。滞留在过滤器上游处的颗粒使反射波无法升高到预定值，这样电压驻波比也无法升高到该比值的预定上限值，因而也就难于准确确定微波加热的停止时间。过滤器温度高（即废气温度高，且有大量颗粒排出），则便于过滤器废气上游处的加热，且该部分中的颗粒进入燃烧状态。在这种情况下，燃烧程度只取决于废气流量。因此要避免非正常的燃烧高温的发生几乎是不可能的，同样也就无法避免由此对过滤器造成的机械损害。

在国际申请公开WO 90/01618中指出，在以微波对颗粒进行电介加热期间，通过过滤器废气量应降低。根据WO 90/01618中所公开的装置，若颗粒预先被加热，则废气的冷却作用便会被降低，从而便于微波对过滤器上游处的颗粒进行加热。

此外，在该国际申请公开WO 90/01618中还指出，由二次空气预先加热的颗粒产生了燃烧。但如上所述，对加热腔辐射的微波往往经过滤器到达与过滤器相对的加热腔的腔壁，这是由于过滤器的固定区域中的颗粒无法吸收所有辐射的微波而造成的。同样，根据电磁场的特性，加热腔可分成不同的区域，如温度显著升高的颗粒收集区，温度略有升高的颗粒收集区和温度保持不变的区域。但是一般很难以上述的方法确定在温度显著升高区域内颗粒的温度，特别是过滤器上游处颗粒的温度。上述的方法就是根据电压驻波比或由施加在加热腔上的电磁特性确定的反射系数来确定颗粒的温度。

因此，该方案也就很难适时控制颗粒的预热，并且无法避免因废气或二次空气的供给而造成的非正常燃烧高温的发生，从而影响燃烧的稳定性。

在因供给二次空气致使颗粒燃烧的情况下，对于该二次空气供给的中止的控制就显得重要了，但现有技术中的控制措施不够可靠，同时，它还可能造成低温的废气流经因颗粒燃烧而处于较高温度的过滤器。低温废气流过过滤器而产生的热应力可能对过滤器造成机械损坏。

在美国专利5，195，317中提供了一种检测装置，该装置可检测出随着收集到的颗粒量的增加，过滤器有效电介常数和电介损失的变化所导致的加热腔中电磁分布的变化。

上述装置检测部分的结构是这样的：在加热腔的控壁上开有一个切口，用一个信号检测线检测通过该切口的微波，因此，切口的形状也构成了检测部分。这意味着，此种检测部分的结构略显复杂且尺寸较大，此外，若设置多个检测部分，则因这些部分不能彼此靠得太近而产生出一系列问题。

本发明的内燃机过滤器再生装置包括：一个具有一第一开口部分和一第二开口部分的加热室;一个收集包含在从内燃机中排出并通过第一开口部分流入加热室的废气中的颗粒物质的过滤器;产生微波供入加热室中的微波发生装置;具有一检测部分用来检测供入加热室的微波的能量的微波检测装置，该微波检测装置根据检测出的能量输出一个检测信号;还有用于根据检测信号控制微波发生装置产生微波的控制装置，其中加热室带有一个没有废气流经的空间，过滤器通过带有绝热元件的支撑部分支撑在加热室的壁上，支撑部分位于没有废气流过的空间中，而微波检测装置的检测部分则位于该支撑部分中。

在本发明的一个实施例中，过滤器再生装置还包括将含氧气体通过第二开口部分供入加热室中的空气供给装置，其中控制装置根据检测信号控制空气供给装置向加热室中供应气体。

在本发明的另一实施例中，由空气供给装置供应的气体是从内燃机中排出的废气。

在本发明的另一实施例中，由空气供给装置供应的空气是处于装置之外的大气，空气供给装置不通过内燃机而向加热室供入大气。

在本发明的另一实施例中，微波检测装置在空气供给装置开始工作之前以及微波发生装置产生微波的时候输出几次检测信号，其中控制装置在检测信号大致与预定值相一致时起动空气供给装置。

在本发明的另一实施例中，控制装置储存至少一个预定值，而微波检测装置在检测信号缩短到接近预定值的时段检测微波的能量。

在本发明的另一实施例中，控制装置确定出一个检测信号与根据检测信号的预定值基本一致的时刻，并且在该时刻起动空气供给装置。

在本发明的另一实施例中，过滤器再生装置还包括产生警告信号的异常情况警报装置，其中异常情况警报装置在检测信号没有落在预定范围时在控制装置的控制下产生警告信号。

在本发明的另一实施例中，微波检测装置具有一同轴线路，而检测部分则由该同轴线路的中心导体构成。

根据本发明的另一个方面，它还提供一种将颗粒从过滤器中除去的方法。该方法用于内燃机过滤器再生装置中，它包括：一个收集包含在从内燃机中排出的废气中的颗粒物质的过滤器;产生微波加热过滤器的微波发生装置;用来检测根据由过滤器收集到的颗粒量而变化的微波能量的微波检测装置;还有控制微波发生装置产生微波的控制装置，该方法包括：第一阶段，通过微波电介加热收集在过滤器中的微粒;第二阶段，在过滤器由微波加热时，通过将含氧气体供入过滤器中使微粒燃烧;第三阶段，停止由微波对过滤器的加热，然后向过滤器中供入含氧空气。

在本发明的一个实施例中，控制装置根据由第一阶段中的微波检测装置测得的微波能量开始第二阶段。

在本发明的一个实施例中，控制装置根据由第二阶段中的微波检测装置测得的微波能量开始第三阶段。

因此，本发明具有如下的优点：

（1）提供用于内燃机的过滤器再生的装置和方法，它能在过滤器的收集和加热期间准确测量颗粒量，并且根据表示收集到的颗粒量的信号控制加热和气体供给装置的操作。从而将颗粒去除，进而确保了过滤器收集能力再生的可靠性;

（2）提供一种使检测装置组装效率得以提高的装置，且该检测装置制造成本低廉。

本发明的过滤器再生装置可达到如下效果。

（1）微波检测装置的检测部分空间周围设有绝热元件，废气无法穿过该绝热元件，这样，检测部分就不会被废气污染，且免受废气中热量的影响，因此，检测部分始终能根据过滤器收集的颗粒量精确地测量微波能量，控制装置也可适当地控制微波发生装置、空气供给装置和多个阀机构。

（2）由于检测微波能量的周期是可以变化的，特别是随着该检测信号接近贮存在控制装置中的预定值，则该周期可以缩短，微波的分布和变化可经过检测信号准确地传输到控制装置上，由此，控制装置能够根据对过滤器内的颗粒量、燃烧状态和燃烧区域的准确测量，在适当的时刻对微波发生装置、空气供给装置和多个阀门进行控制。

（3）由于微波可以在多个不同时间加以检测，因此，加热腔内微波的分布和变化可以经由检测信号准确地传输到控制装置中。这样控制装置能够根据对过滤器内的颗粒量、燃烧状态和燃烧区域的准确测量，在适当的时刻对微波发生装置、空气供给装置和多个阀门进行控制。

（4）由于微波检测装置为同轴线的，其检测部分为该同轴线的中心导体，故该装置易于设置在加热腔上，从而使再生装置结构简单，成本低廉。

基于上述各项原因，本发明的过滤器再生装置能够适时地将被过滤器收集的废气中的颗粒等物完全、有效地去除。此外，本发明的过滤器再生装置可以防止在过滤器再生期间产生破坏性燃烧和非正常的燃烧高温，因此，也就可以避免对装置造成的机械损坏、以及发动机功率的降低，甚至停机。另外，本发明的过滤器再生装置可以使过滤器有效地再生，从而降低了该再生过程中的电能消耗，本发明的过滤器再生装置结构简单，所以装置的组装和维修都很便捷，并且降低了制造成本，故此，本发明的装置适于安装在汽车上使用。再者，由于本发明的装置可对尚未燃烧和去除的颗粒量进行判断，所以，一旦颗粒燃烧出现问题，则该装置能够立即警告使用者发生了非正常情况，这样使用者可适时地维修该装置。

参照如下附图及其说明，本领域技术人员可清楚理解本发明的上述及其它优点。

图1是本发明用于内燃机的过滤器再生装置的第一实施例的结构图。

图2是图1所示装置的主要部分的横截面图。

图3是图1所示的加热腔中的微波电场分布特性。

图4是对应于过滤器内颗粒收集量，在不同检测位置测出的微波特性。

图5是对应于过滤器的温度，在图3所示的检测位置F1处测出的微波的特性。

图6表示了在过滤器再生期间，在各微波检测处，微波随时间轴的变化特性。

图7是本发明第一实施例的用于内燃机的过滤器的收集和再生的控制方法的时序图。

图8A和8B为本发明第一实施例的用于内燃机的过滤器的收集和再生的控制程序的流程图。

图9是本发明用于内燃机的过滤器再生装置的第二实施例的结构。

图10表示了本发明用于内燃机的过滤器再生控制方法，和在本发明第二实施例中微波检测信号的特性。

图11是在第二实施例中本发明用于内燃机的过滤器再生控制程序的流程图。

图12为现有的用于内燃机的过滤器再生装置的结构。

下面，参照附图对本发明内燃机过滤器再生装置的第一实施例进行说明。

如图1、2所示，本发明的第一实施例包括一个具有第一开口60和第二开口61的加热室15，和一个设置在加热室中收集包含在废气中的颗粒的过滤器16。加热室15与一根排气管13相连，用以排出来自内燃机14经开口60和61的废气。本发明的第一实施例包括一台微波发生装置17、一台微波检测装置29、和一台控制装置33。微波发生装置17发生微波，供入加热室15，用以使过滤器16收集的颗粒燃烧。微波检测装置29包括一个用以检测因过滤器16收集到的颗粒的量不同而变化的微波强度的检测部分31。微波检测装置29产生一个相应于由检测部分31测得的微波强度的检测信号。控制装置33根据检测信号控制来自微波发生装置17的微波输出。

加热室15包括一个位于加热室15和过滤器16的壁34之间的空间30。没有任何废气穿过该空间30。微波检测装置29的检测部分31位于该空间30中。过滤器16具有蜂巢状结构。微波检测装置29具有一个同轴结构的同轴线部分32。检测部分31由一个尖端构成，而该尖端具有伸入不流通废气的空间30中的同轴结构部分32的中心导线的预定长度。由检测部分31测得的信号通过检测装置29传递给控制装置33。

由微波发生装置17产生的微波能量通过同轴传导线18、导波管19和连接孔20及21供给加热室15。

从内燃机14中排出的废气通常可通过第一开口60流向过滤器16。当过滤器16被再生时，由控制装置33控制一转换阀门23，从而可使废气通过一旁通管道24。在排气管13的排气口附近设置有一消音器25。在过滤器16的再生期间，由控制装置33控制阀门26和27的开度，以使促进由过滤器16收集到的微粒燃烧的含氧（O₂）气体通过第二开口61进入加热室15。在第一实施例中，废气则用作促进微粒燃烧的气体。在过滤器16的再生期间，进入加热室15中的气体通过一根排气管28排出。

过滤器16以绝热的方式通过不透气地设置在空间30的支撑部分35支撑在壁上。流入加热室15的废气不通过过滤器16就不能到达消音器25。即，废气不会流入空间30。加热室15的壁34通过带有绝热部分的支撑部分35将热量与过滤器16隔绝开。相应地，壁34和检测部分31不能被加热到由其再生期间产生于过滤器16中的高温引起的那种异常的温度。因而，位于支撑部分35上的检测部分31并不暴露在废气中，从而防止了废气的温度变化及过滤器16传来的高温。支撑部分35可由具有热膨胀的层压网状材料，例如INTERAM（商标，由3M公司制造）或者层压热绝缘材料，例如填塞式MICROTHERM（商标，由日本微热公司制造）。

在加热室15中的微波的特性是随着过滤器16所收集到的颗粒量而变化的。微波特性的这种变化是由微波检测装置29的检测部分31检测的。包括检测部分31在内的微波检测装置29均不暴露在废气中，而且防止了废气的温度变化及从过滤器16传来的高温。通过这种结构，微波检测装置29可以精确地测量微波的特性。这样，微波检测装置29便以很高的精确度测量出了过滤器16上的颗粒量、颗粒燃烧的区域以及颗粒未燃烧且留在过滤器16上的区域。

供入加热室15中的微波是通过具有蜂窝状结构的微波屏蔽装置36限制在加热室15内的。微波屏蔽装置36可以是具有很多孔的另一种结构，例如多孔结构。

微波发生装置17由驱动动力源37驱动。控制装置33接收表示内燃机14的转动速率的信号。

控制装置33预先储存一个相应于由过滤器16收集的颗粒的适当量的微波功率值。控制装置33在内燃机14工作期间可让微波发生装置17以适当的时间间隔工作。在微波发生装置17的工作中，控制装置33比较这些信号，包括由带有参考信号值的，微波检测装置29测得的颗粒量的信息。这种比较由于更接近于参考的信号值，因而与从微波检测装置29上输出的信号值相比更容易施行。这样，再生过滤器16的时刻可以精确地被调整到由过滤器16收集的颗粒到达极为接近相应于参考信号值的量的时刻。

从天线22发出的微波通过设置在加热室15的壁上的导波板19的连接孔20和21供入加热室15中。连接孔20和21是以让微波以180°的相位差供入加热室15中的方式设置的。

从内燃机14中排出废气通常通过排气管13和第一开口60流入过滤器16中。过滤器16具有一个壁流式蜂窝状结构，且能够收集含在废气中的颗粒。当由过滤器16收集到的颗粒量增加时，加热室15和排气管13中的压力也被升高，而使内燃机14的负载增加。在最坏情况下，发动机会停止工作。因此，需要在一个适当的时间里将由过滤器16收集到的颗粒清除掉。适当的时间通过基于测得的信号与预先储存于控制装置33中的参考信号值之间的比较而工作的控制装置33来确定。通过这样的确定。在测得的信号值到达参考信号值时，微波从微波发生装置17中送到加热室15中，从而加热并烧掉附着在过滤器16上的颗粒。烧掉颗粒从而将其除去的过程被看作是过滤器的再生。

下面，参见图3、4、5和6，用于检测加热室15中的微波能量的微波检测装置29的检测部分31将在下面进行详细描述。

图3中的曲线39、40和41显示了加热室15中微波的电场分布。加热室15中的微波被激发成TE（横向电场）状态。在有过滤器16的空间内，由于过滤器材料和由过滤器收集的颗粒的电介质特性，与不带有过滤器的空间相比其微波的波长变短了。相应于某一收集颗粒量的微波电场分布由实曲线39表示。之后，收集的颗粒量增加，过滤器16中的微波波长进一步变短，微波的电场分布则由虚曲线40表示。而后收集的微粒再增加，微波再在过滤器中被吸收，微波的电场分布则由点划曲线41来表示。

图4显示出了当由图3所示表示电场分布的微波的能量值在加热室15中的三个检测位置检测时从微波检测装置29输出的检测信号值（F1、F2和F3）。当收集到的颗粒量增加时，过滤器16的电介质效应系数便增加。因此，微波的波长变短，而微波的特性则表现出相应于检测位置的不同变化。

如图4所示，由过滤器16收集到的颗粒的量超过8G/L，在相应检测位置检测到的所有微波能量值均在减小。由于过滤器16中的微波能量的聚集和吸收因过滤器16中的电介质系数和电介质损失的增加而增加，因而空间30包括设置在过滤器16外表面上的支撑部分35中的微波能量值便被减小。如图4所示，在检测位置F2和F3处测得的能量值特点是具有相应的峰值。在检测位置F1测得的能量值则随着收集到的颗粒的量的增加而继续减小。这证明，为了精确地确定由过滤器16收集到的颗粒量，需要选择检测位置F1。

检测位置F1可以通过产生于加热室15中的微波的电场分布来确定。如图3所示，检测位置F1的位置在由箭头42所示的方向上偏离分布于加热室15中的驻波波节位置一个适当的距离。然而，检测位置F1的位置不与驻波的波腹相交。如上所述，检测位置F1的位置即使在由过滤器16收集到的微粒量产生各种变化的情况下也不会与驻波的波节和波腹相重合。箭头42表示从消音器25到截止阀23的方向。检测位置F1偏离于驻波波节的最佳值可通过过滤材料的电介质特性和过滤器容积L来确定。

接着，图5显示了由位于与过滤器16的温度相应的检测位置F1处的检测部分31所测得的微波的能量特性。在图5中，温度特性由显示出了过滤器收集到的颗粒的不同量的五种情况。特性通过让具有不同温度的空气与每一定量的颗粒一道供入过滤器中的方式改变整个过滤器的温度来测量。作为过滤器材料的陶瓷材料的电介质损失在过滤器的温度达到350℃或者更高时会增加，这样由检测部分31测得的微波能量值便被减小。废气的温度在100℃到几百度（℃）之间变化。因而，当废气的温度高时，在检测位置F1处测得的检测信号显示出一个较由过滤器收集到的颗粒实际量要大的量的信号。然而，考虑到实际情况，废气的温度在200℃左右。通过图5所示的微波能量的温度特性来判断，在废气温度在100℃到200℃之间时，收集到的颗粒量的测量精度大约是2G/L。当发动机在高负载下工作时，废气的温度有300℃或者更高。如此高的温度的废气长时间排出的情况是很少的。因此，通过在适当时间使用微波检测信号，收集到的微粒量可以根据检测信号的变化来修正。另外，既使在废气温度200℃的情况下，在收集到的微粒量大约有7G/L或更多时，检测的精度也会降低。为了修正上述检测精度的降低，本实施例中的装置将能在收集到的微粒量增加时缩短检测时间。

在一实施例中，微波检测装置29的检测部分31位于以上述方式确定出的检测位置F1处，这样，由过滤器16收集到的微粒的量可以在很大的量值范围内精确测定。

图6显示了过滤器再生期间在图3所示的检测位置F1和F2处检测到的微波能量随时间轴的变化。由于过滤器16收集到的微粒通过连续工作的微波发生装置17电介加热，因而，在每一检测位置测得的微波能量均如图6所示在减小。图6显示了再生前的过滤器温度为200℃收集到的微粒量为7G/L情况下的特性。

颗粒在大约600℃或更高时燃烧，因而需要设定适当的初期加热时期。在这一初期加热时期里，颗粒被微波能量选择地加热，而过滤器16本身的温度也由于热传导随着微粒的温度升高而升高。颗粒和过滤器16两者的温度升高导致了其电介质损失的增加，这样过滤器16的外部的微波能量便如图6所示被减小。在一段适当时间过去之后，微粒被加热到了能够燃烧的温度（在图6中的时刻t1处）。时刻t1可以由控制装置33根据检测到的微波能量的绝对值或者自电介加热开始的颗粒量的变化进行的计算来确定。通过经验可以得出，当含氧气体用于加热颗粒时，在每一检测部分的检测信号均因特性的增加而变化。另外，经验还证明增加特性的检测信号的变化等效于微粒进入燃烧状态的过渡期。在检测的微波能量减小到预定程度的初期加热阶段之后，颗粒到达了燃烧状态。这时，含有氧气的气体则通过控制装置33被允许流入过滤器16中。

图6显示了促进燃烧的气体沿图3所示的箭头42的方向供入情况下的特性。当颗粒开始燃烧时，颗粒变成气体并被去除掉。因而，收集在过滤器16中的颗粒量被减少而过滤器16中的电介质损失也会减小。结果，检测位置F1和F2处测得的微波能量增大。

在过去适当时间之后（在图6中的时刻t2处），微波能量的增加在检测位置F2处达到饱和。本发明的发明者们以其研究再生的经验确定，在远离微波供入一侧的过滤器端面进入燃烧状态时，在检测位置F2处的检测信号也达到饱和。即，相应于几乎所有的过滤器收集到的颗粒均被烧掉并除去的时刻t2，只有很少量的颗粒仍处于燃烧状态。结果，过滤器16中的颗粒量变得非常的少（也许没有剩余）。然而，过滤器16本身的温度仍然很高，因而在过滤器16中的微波损失仍然很大。流入过滤器16中促进燃烧的气体通常具有低于过滤器的温度，这样，过滤器16逐渐由促进燃烧用的气体在完成燃烧之后进行冷却。由于这一现象，在每一检测位置处的微波能量在时刻t2之后随着检测位置（见图4）而增加或者减少。依靠这种微波能量的特性的变化，可以中止微波发生装置17的工作。中止的时刻与检测信号找到饱和状态的时刻一致，这是基于在检测位置F2处测得的微波能量的信号变化来找到的（图6中的时刻t2）。换句话说，颗粒燃烧的完成可通过检测位置Fi处的检测信号的绝对值达到或者超过了一个预定值来判断。

在图1中，显示出了一个微波信号检测装置29和一个信号检测部分31。这样，通过设置一组检测装置及检测部分，就可以利用由位于检测位置F2处的检测部分测得的信号变化特性。在设置一组检测装置和部分的情况下，当微波是以TE方式激发时，最好将它们沿平行于穿过过滤器的废气气流的方向安置。

在图4中，符号△、□和

是表示对于相应的过滤器样品在燃烧并除去颗粒后检测的微波能量值。根据符号△、□和 在图4的图表中的位置，就可以确定出颗粒燃烧及除去后未燃及残留在过滤器16中的颗粒量。另外，根据对应于残留颗粒量的微波能量的水平可以判断出过滤器是成功再生还是相反。本实施例的装置包括一个反常情况报警装置43（见图1）。当残留量过大时，反常情况报警装置43确定出一个反常状态，从而通过报警灯、报警器或类似物警告使用者反常情况。通过这样的警告，让使用者对过滤器及再生装置的部分进行适当的维修。

以下，利用由微波检测装置29获得的检测信号（微波能量值）的变化对于过滤器的再生进行控制的主要控制方法将参照图7、8A和8B进行说明。

其中，控制方法是在微波检测装置29的检测部分31仅设置在图3中的检测位置F1处的情况下描述的。

首先，对收集控制进行描述。每个控制指令均产生于控制装置33。在图8A的步骤S100的初期设定中，控制装置33控制节止阀23使废气通过第一开口60流入加热室15中，并控制阀门26和27相应开启及关闭，以控制废气的流动。在步骤S101中，设定出一个第一阶段tA（例如30分钟）作为操作微波发生装置17的时间段tINT。在步骤S102，装置等到微波发生装置17再次工作。在这种情况下，等待的时间段是tA，在过了等待时间段之后，按步骤S103工作。在步骤S103中，微波发生装置17工作，且过程进行到步骤S104。在步骤S104中，微波检测装置29检测微波发生装置17工作期间加热室15的检测部分31附近产生的微波能量值（以下称之为检测信号）X。在控制装置33收到检测信号X时，过程进入步骤S105，在这里微波发生装置17停止工作。

控制装置33将预先储存在其中的信号级（X1、X2和X3）与检测的信号X进行比较，并且根据比较的结果进行规定的步骤（步骤S106到S110）。如果检测信号X大于X1，过程不改变微波发生装置17的工作时段tA而回到步骤S102。然后，在过了预定的时间后测出微波能量值。如果检测信号X等于或小于X1，而大于X2，过程在步骤S108处设置微波发生装置17的工作时间段为tB（tB＜tA，例如20分钟）后回到步骤S102。如果检测信号X等于或小于X2而大于相应于使过滤器再生开始的收集量的X3，过程在步骤S110处设置工作时间段为tC（tC＜tB，例如10秒）后回到步骤S102。这样，当收集量增加时，检测信号的检测时段被缩短，从而确保了检测的精确性。

如果检测信号X等于或小于X3，过程进入步骤S111，在此再生过滤器16的工作开始。尤其是节止阀23可受控使废气通过旁通管路24流动。此后，在步骤S112中，微波发生装置17继续运转，从而使收集在过滤器16中的颗粒由微波电介加热。在颗粒由微波电介加热期间，通过过滤器16的气体流动被抑制。

随着微波向着加热室15的持续供入，颗粒的电介加热进一步发展，这样过滤器16中的电介损失增加。损失具有一个朝着供入位置（即连接孔20和21）增加的趋势。在加热时间增加时，损失增加的区域在朝着过滤器16的内部方向上（即远离供入位置一侧）是扩大的。在过去一适当时间之后，在过滤器16中设置检测部分31的区域内的损失会增加。因而，在检测部分31附近的微波能量值被减小。根据由检测信号获得的过滤器16上收集到的颗粒量，可以预测出加热的颗粒温度。另外，还可以预测出颗粒处于完全烧尽的温度范围。如果检测信号达到一个级别，它显示出颗粒能燃烧的区域已达到期望的区域，则允许促进燃烧的含氧气体流入过滤器16中，通过开始供入气体，被加热的颗粒进入到燃烧状态，微波和气体的成功供入可以将燃烧区域扩大到整个过滤器16。

在上述电介加热期间测得的检测信号X还包括储存在控制装置33中的信号X4（步骤S113和S114）。储存的信号X4响应于含氧气体开始供入过滤器16促进加热的颗粒燃烧的时刻指示的信号。颗粒的温度被有效地升高到能够由微波电介加热燃烧的温度范围，处于颗粒的燃烧通过废气穿过过滤器16流动来进行抑制的状态。这时，过滤器中的温度分布具有一个温度朝着发射微波的过滤器16端部升高的趋势。加热持续进行直到过滤器的大致一半的区域都达到能够燃烧的温度范围。由于由颗粒的温度升高而引起的电介损失的增加和由颗粒产生的热量导致的过滤器材料的温度升高，过滤器材料的电介损失增大，而检测信号X则减小。如果确定出检测信号X等于或者小于储存的信号X4，过程将进入图8B的步骤S115。

在步骤S115中，含氧气体供入过滤器16中，在图1所示的装置中，废气被用作含氧的气体。控制装置33控制阀门27开启，并控制阀门26开启，从而根据内燃机的转速比得到一适当的开启率。结果，有部分废气被允许通过第二开口61流入过滤器16中，并有效地促进加热的颗粒的燃烧。

通过改变进入燃烧状态的颗粒状态，使检测信号变大。这样，根据信号的增大，进入燃烧状态的颗粒状态的变化可以被确定出来。

通过气体的供应，可使颗粒的燃烧扩大到整个过滤器16。在该颗粒的燃烧步骤中，微波能量也得到相应的检测。

当颗粒进入燃烧状态时，颗粒被逐渐去除，这样收集在过滤器16上的颗粒量被减少。因此，由微波检测装置29测得的信号便会增加。紧接着，颗粒被完全去除，过滤器16本身仍处于高温下，因而过滤器16也还在吸收微波。这样，由微波检测装置29测得的信号与收集之前的初始值相比便有一个减小了的值。考虑到检测信号和颗粒燃烧进展状况的变化，便可以确定出残留的未被去除的颗粒的区域和残余的颗粒量。确定的区域和量相应于过滤器16中的颗粒基本达到能够在微波加热下独自燃烧的温度时的区域和量，这个区域和量是约定俗成的。控制装置33预先储存好来自微波检测装置29的相应于确定区域和量的检测信号值。由微波检测装置29在颗粒燃烧期间测得的检测信号显示出过滤器16中测量位置处的颗粒燃烧范围。当检测信号值达到与确定的区域和量的值相应时，控制装置33停止微波发生装置17的工作。如上所述，通过在最佳时刻立即停止微波发生装置17的工作，能量可以得到最佳利用。在使用汽车或类似物的发动机供应能量时获得了实际的效果。

在步骤S117中，控制装置33将检测信号X与预先储存在控制装置33中的信号值X5进行比较。在几乎所有收集在过滤器16上的颗粒燃烧并去除后，信号值X5具有一个等于相应于没有微波加热而能由其本身温度产生燃烧的颗粒量的检测信号值。因此，如果检测信号X等于或大于X5时，控制装置33停止微波发生装置17的工作，过程进入步骤S118。而后，气体继续供入一个预先储存好的时间段tD（例如10分钟）（步骤S119和S120）。

在只供应气体期间，过滤器16中处于燃烧状态的颗粒的燃烧已完成，过滤器16中的燃烧完全停止。之后，由于颗粒燃烧而被加热的处于高温的过滤器16通过废气的流动而被逐渐冷却，在预定的气体供应期间之后，控制装置33控制阀门26和27在步骤S121相应地打开和关闭。

而后，微波发生装置17在步骤S122处再次启动。当在步骤S123处测得检测信号X时，微波发生装置17在步骤S124停止。然后，过程进入步骤S125，在此将目前测得的检测信号X与预先储存在控制装置33中的信号值X6进行比较。信号级X6相当于过滤器16再生后仍留在其中的颗粒量的级别。如果检测信号X等于或大于X6，便确定出过滤器再生正好完成，过程进入步骤S126。在步骤S126中，节止阀23是切断的，过程回到步骤S100。然后，废气被允许流过过滤器16且包含有废气的颗粒被收集起来。换句话说，如果检测信号X小于X6，这就表示有太多的颗粒保留在过滤器中，这样在步骤S127处警报装置43向使用者发生由于发生异常情况而使再生失败的警告。通过这种警告，让使用者进行装置的维修，从而完成步骤S100的初期设置。然后，进行前述的对于收集和再生的控制。

例2

本发明的第二实施例将参照图9进行描述。在图9中，相同的元件将采用与第一实施例中相一致的标号。在第一实施例中，废气用作含氧气体来促进加热了的颗粒的燃烧。在第二实施例中，从装置外部引入的大气（外界的空气）用作二次空气的气体。在第二实施例中，该装置包括通过第二开口61向过滤器16供应二次空气的空气供给装置44。空气供给装置44由一台压缩机构成。空气供给装置44也可以由一个泵或类似物的构成。空气供给装置44也可以向过滤器16中供应压缩空气。空气供应装置44的工作由一台控制装置53来控制。一根旁通管路54连接在排气管的阀门26与消音器25之间。在过滤器再生期间，自空气供给装置44供入加热室15中的二次空气经第二开口61、过滤器16、第一开口60和排气管58排到大气中。

接着，参照图10和11对第二实施例中的过滤器16的再生方法进行说明。

图10表示出第二实施例中的微波检测装置29检测微波能量的时刻。在第二实施例中，供应二次空气的时刻是根据微波电介加热颗粒期间不同的检测时刻检测出的检测信号Xa和Xb来确定的。检测信号Xb是在时刻tO检测出检测信号Xa再间隔一段预定时间tE之后测出的。在本实施中预定的时间间隔tE设定为5分钟。控制装置53根据从检测信号Xa到检测信号Xb的变化来计算出检测信号X的值达到所储存信号值X4所需的时刻t1。控制装置53控制阀门23、27和26，并控制空气供给装置44在时刻t1的工作，从而使二次空气流入过滤器16中。

下面将参照图11对第二实施例的过滤器再生流程进行说明。在第二实施例的过滤器再生中，以后述的步骤S201到S209代替第一实施例中图8A和8B所示的步骤S111到S114。其它步骤则与第一实施例中的那些步骤相同。

在步骤S201中，控制装置53切断节止阀23，从而使废气流经旁通管路54。这时，控制装置53控制阀门26关闭。在步骤S202中，控制装置53控制微波发生装置17工作，从而向过滤器16供入微波。在步骤S203中，微波检测装置29在时刻t0检测微波能量。在步骤S204中，控制装置53储存t0时刻检测到的微波能量作为检测信号Xa。在装置于步骤S205等待一个预定时间间隔tE之后，微波检测装置29在时刻tE（步骤S206）再次检测微波能量。在步骤S207中，控制装置53储存tE时刻检测到的微波能量作为检测信号Xb，在步骤S208中，控制装置53根据检测信号Xa到检测信号Xb的变化计算出检测信号值到达储存信号X4值所需的时间t1。在步骤S209，装置等待一段时间t1，该时间t1是自步骤S208中获得的，然后过程进入步骤S115（图8B）。控制装置53控制阀门27打开，并控制空气供给装置44工作，从而将二次空气供入过滤器16。装置随后的操作与第一实施例中描述的相同。

在第二实施例的复式过滤器再生工作中，即使在时刻t0处检测到的微波能量均相等，后面的检测信号也可以由于被过滤器收集的颗粒的性质、收集物的分布或类似原因呈现出不同时刻的连续变化。按照第二实施例，微波能量随时间的连续变化是通过测量加热颗粒期间两个不同时刻的微波能量来确定的。因此，开始供入二次空气的时刻t1可以通过颗粒加热过程的状态来确定。特别是，根据在二次空气供入前电介损失随颗粒的微波电介加热而发生的变化，可确定供入二次空气的开始时刻，在图10中，实线表示颗粒的电介损失变化快的情况，而虚线则表示变化慢的情况。在电介损失变化慢的情况下，供入二次空气的开始时刻与电介损失变化快的相比要滞后（t1＜t1′）。

在第二实施例中，微波能量在颗粒加热期间于两个不同的时刻进行检测，以便估计出微波的变化。然而，检测次数并不仅限于两次。检测可以进行三次或更多。

在第二实施例中，控制装置53根据供入空气后颗粒的燃烧进程确定出停止微波发生装置17工作的时刻t2。即，如果颗粒燃烧快，检测信号会比颗粒燃烧慢的情况更早地到达预定值X5（t2＜t2′）。在时刻t2和t2′，控制装置53停止微波发生装置17的工作。然后，空气供给装置44工作一预定的时间，在时刻t3和t3′处，空气供给装置44的工作被停止。

应当理解上述第一和第二实施例中的再生装置及该装置的控制方法可以采用各种组合方式。例如，第二实施例中的二次空气供入开始时刻的确定方式可以用作第一实施例中确定供入促进颗粒加热的废气的开始时刻上。另外，第一实施例中的确定供入促进颗粒加热的废气的开始时刻的方法也可以用在确定第二实施例中供入二次空气的开始时刻上。

再有，在第一实施例的旁通管路24和第二实施例的旁通管路54中，可以设置一个收集颗粒的过滤器。在这种情况下，第一和第二实施例中所描述的过滤器再生方法可以应用于旁通管路中设置的过滤器上。

按照本发明的过滤器再生装置可以获得以下的效果。

（1）微波检测装置的检测部分由不流通废气的空间中的绝热元件所包覆，因而检测部分不会被废气污染，且检测部分可由废气的热量进行保护。因此，检测部分总是可以根据过滤器上收集的颗粒的量精确地检测出微波能量，从而使控制装置能适当地控制微波发生装置、空气供给装置和多个阀门。

（2）由于检测微波能量的时间能够变化，特别是在检测信号到达接近于预定值时被缩短，从而使加热室中微波能量的分布及变化可以通过检测信号精确地传递给控制装置。这样，控制装置可以根据附着在过滤器上的精确测量出的颗粒量、燃烧的状态以及燃烧的区域在适当的时刻控制微波发生装置、空气供给装置和多个阀门。

（3）微波能量可以在一系列不同的时刻进行检测，从而使加热室中微波能量的分布和变化可以通过检测信号精确地传递给控制装置。这样，控制装置可以根据附着在过滤器上的精确测量出的颗粒量、燃烧的状态以及燃烧的区域在适当的时刻控制微波发生装置、空气供给装置和多个阀门。

（4）由于微波检测装置包含有一同轴的线路，而检测部分则是该同轴线路的中心导体，因而装置可以很容易地与加热室相接。因此，装置的结构可以很简单而且便宜。

由于上述原因，根据本发明的过滤器再生装置，由过滤器收集到的包含在废气中的颗粒或类似物能够在适当的时刻被完全且有效地清除掉。另外，根据本发明的过滤器再生装置，在过滤器再生期间，燃烧的停止和颗粒燃烧的异常高温均可避免，从而防止了装置的机械损伤，而且还能防止发动机功率的降低和发动机的停机。再有，本发明的过滤器再生装置可以有效地再生过滤器，从而使过滤器再生的电能消耗降到最小。本发明的过滤器再生装置结构简单，因而装置的组装及维修都能很容易地进行，且装置的制造成本低廉。因而，本发明的装置适合于安装在汽车上。再有，本发明的装置可判断出未燃或残留的颗粒量。因而，当颗粒的燃烧出现失败时，该装置能立即警告使用者异常情况的出现。因此，让使用者可以在适当的时候进行装置的维修。

不偏离本发明的范围及精神的各种其它改进对于本领域的技术人员是明显的且能够容易的实施。因此，这里所附的权利要求的范围不限于这些陈述的内容，而是有更广泛的内容。

Claims (12)

1、一种内燃机过滤器再生装置，包括：

一个具有一第一开口部分和一第二开口部分的加热室；

一个收集包含在从内燃机中排出并通过第一开口部分流入加热室的废气中的颗粒物质的过滤器；

产生微波供入加热室中的微波发生装置；

具有一检测部分用来检测供入加热室的微波的能量的微波检测装置，该微波检测装置根据检测出的能量输出一个检测信号；

用于根据检测信号控制微波发生装置产生微波的控制装置，

其中加热室带有一个没有废气流经的空间，

过滤器通过带有绝热元件的支撑部分支撑在加热室的壁上，支撑部分位于没有废气流过的空间中，

微波检测装置的检测部分则位于该支撑部分中。

2、如权利要求1所述的过滤器再生装置，其特征在于：它还包括将含氧气体通过第二开口部分供入加热室中的空气供给装置，

其中控制装置根据检测信号控制空气供给装置向加热室中供应气体。

3、如权利要求2所述的过滤器再生装置，其特征在于：由空气供给装置供应的气体是从内燃机中排出的废气。

4、如权利要求2所述的过滤器再生装置。其特征在于：由空气供给装置供应的空气是处于装置之外的大气，空气供给装置不通过内燃机而向加热室供入大气。

5、如权利要求2所述的过滤器再生装置，其特征在于：微波检测装置在空气供给装置开始工作之前以及微波发生装置产生微波的时候输出几次检测信号，

其中控制装置在检测信号大致与预定值相一致时起动空气供给装置。

6、如权利要求5所述的过滤器再生装置，其特征在于：控制装置储存至少一个预定值，而微波检测装置在随着检测信号接近预定值而缩短的时段检测微波的能量。

7、如权利要求5所述的过滤器再生装置，其特征在于：控制装置确定出一个检测信号与根据检测信号的预定值基本一致的时刻，并且在该时刻起动空气供给装置。

8、如权利要求1所述的过滤器再生装置，其特征在于：它还包括产生警告信号的异常情况警报装置，

其中异常情况警报装置在检测信号没有落在预定范围时在控制装置的控制下产生警告信号。

9、如权利要求1所述的过滤器再生装置，其特征在于：微波检测装置具有一同轴线路，而检测部分则由该同轴线路的中心导体构成。

10、一种将颗粒从过滤器中除去的方法，它用于内燃机过滤器再生装置中，它包括：一个收集包含在从内燃机中排出的废气中的颗粒物质的过滤器;产生微波加热过滤器的微波发生装置;用来检测根据由过滤器收集的颗粒量而变化的微波能量的微波检测装置;还有控制微波发生装置产生微波的控制装置，该方法包括：

第一阶段，通过微波电介加热收集在过滤器中的颗粒;

第二阶段，在过滤器由微波加热时，通过将含氧气体供入过滤器中使颗粒燃烧;

第三阶段，停止由微波对过滤器的加热，然后向过滤器中供入含氧空气。

11、如权利要求10所述的方法，其特征在于：控制装置根据由第一阶段中的微波检测装置测得的微波能量开始第二阶段。

12、如权利要求11所述的方法，其特征在于：控制装置根据由第二阶段中的微波检测装置测得的微波能量开始第三阶段。

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