Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine. In dem Abgasreinigungssystem werden Partikel, die von einer Brennkraftmaschine ausgestoßen werden, an einem Partikelfilter gefangen. Die gefangenen Partikel werden mit einer Einmoden-Mikrowellenerwärmungseinrichtung (englisch: „single-mode microwave heater”) verbrannt, so dass der Partikelfilter regeneriert wird.The present invention relates to an exhaust gas purification system for an internal combustion engine. In the exhaust gas purification system, particles ejected from an internal combustion engine are caught on a particulate filter. The trapped particles are burned with a single-mode microwave heater so that the particulate filter is regenerated.
Eine Dieselmaschine, die an einem Fahrzeug montiert ist, ist mit einem Dieselpartikelfilter (DPF) in einem Abgasrohr versehen, um Dieselpartikel (PM) zu fangen, die Kohlenstoffpartikel (Ruß) und lösliche organische Bestandteile (SOF) umfassen. Im Allgemeinen ist der DPF aus poröser Keramik gemacht, die eine hohe Wärmewiderstandseigenschaft hat. Wenn das Abgas durch eine Vielzahl von Poren hindurchgeht, werden die PM an den Trennwänden des DPF gefangen.A diesel engine mounted on a vehicle is provided with a diesel particulate filter (DPF) in an exhaust pipe to catch diesel particulates (PM) comprising carbon particles (soot) and soluble organic compounds (SOF). In general, the DPF is made of porous ceramics having a high heat resistance property. When the exhaust gas passes through a plurality of pores, the PM is trapped on the partition walls of the DPF.
Wenn die Menge der gefangenen PM einen bestimmten Wert übersteigt, ist es wahrscheinlich, dass Poren des DPF verstopft werden und sich der Gegendruck erhöht, wodurch eine Effizienz einer Kraftstoffverbrennung verschlechtert werden kann. Somit ist es notwendig, die Menge der gefangenen PM auf der Basis eines Differenzialdrucks zwischen einer stromaufwärtigen Seite und einer stromabwärtigen Seite des DPF zu schätzen, und den DPF zu einem geeigneten Zeitpunkt zu regenerieren, um dessen Fangvermögen wiederherzustellen. Die gefangenen PM werden mit einer elektrischen Erwärmungseinrichtung oder einem Brenner verbrannt. Alternativ wird eine Nachkraftstoffeinspritzung durchgeführt oder ein Abgas wird gedrosselt, so dass sich eine Temperatur des Abgases erhöht, wodurch die PM verbrannt werden.If the amount of trapped PM exceeds a certain value, it is likely that pores of the DPF become clogged and the back pressure increases, whereby efficiency of fuel combustion can be degraded. Thus, it is necessary to estimate the amount of trapped PM based on a differential pressure between an upstream side and a downstream side of the DPF, and to regenerate the DPF at an appropriate time to restore its trapping ability. The trapped PM are burned with an electric heater or a burner. Alternatively, after-fuel injection is performed or an exhaust gas is throttled so that a temperature of the exhaust gas increases, whereby the PM is burned.
Des Weiteren ist vorgeschlagen, dass eine Einmoden-Mikrowellenerwärmungseinrichtung verwendet wird, um ein Abgas und einen Katalysator zu erwärmen. JP-2006-140063 A zeigt eine Mikrowellenerwärmungseinrichtung, in der ein keramischer Träger einen Mikrowellenabsorber mit einer SiC-Oxidverbindung als einen Wärmeerzeuger stützt. Dieser Wärmeerzeuger ist in einem Abgasrohr angeordnet. Dieses Abgasrohr erstreckt sich in solch einer Weise, um durch eine rechteckige spatförmige Resonanzkammer hindurchzugehen. Eine Einmoden-Mikrowelle wird zu dem Mikrowellenabsorber ausgestrahlt, so dass der Mikrowellenabsorber schnell Wärme erzeugt. Dadurch wird das Abgas, das durch den keramischen Träger hindurchgeht, erwärmt.Furthermore, it is proposed that a single-mode microwave heating device be used to heat an exhaust gas and a catalyst. JP-2006-140063 A shows a microwave heating device in which a ceramic support supports a microwave absorber with a SiC compound oxide as a heat generator. This heat generator is arranged in an exhaust pipe. This exhaust pipe extends in such a manner as to pass through a rectangular spatula-shaped resonance chamber. A single-mode microwave is radiated to the microwave absorber so that the microwave absorber generates heat quickly. Thereby, the exhaust gas passing through the ceramic carrier is heated.
JP-7-127436 A zeigt ein Abgasreinigungssystem mit einem zylindrischen Mikrowellenhohlraumresonator, in dem ein Mikrowellenerwärmungskatalysator angeordnet ist. Der Mikrowellenhohlraumresonator ist mit einem Mikrowellendurchgang verbunden, durch den hindurch eine Mikrowelle übertragen wird. Der Mikrowellenerwärmungskatalysator weist einen Wabenkörper auf, der mit einer Mikrowellenabsorptionsschicht bedeckt ist und der einen Dreiwegekatalysator zum Reinigen des Abgases stützt, das durch diesen hindurchgeht. JP-7-127436 A shows an exhaust gas purification system with a cylindrical microwave cavity resonator in which a microwave heating catalyst is arranged. The microwave cavity resonator is connected to a microwave passage through which a microwave is transmitted. The microwave heating catalyst has a honeycomb body covered with a microwave absorption layer and supporting a three-way catalyst for purifying the exhaust gas passing therethrough.
JP-2000-104538 A zeigt ein Abgasreinigungssystem mit einem zylindrischen Mikrowellenresonator, in dem ein Katalysator angeordnet ist. Eine Antenne, die Mikrowellen empfängt, ist in einer vertikalen Richtung relativ zu einer Achse des zylindrischen Mikrowellenresonators angeordnet. Der Katalysator weist ein Wabengehäuse auf, das einen Katalysator stützt und das eine Mikrowelle einer bestimmten Mode erzeugt. JP-2000-104538 A shows an exhaust gas purification system with a cylindrical microwave resonator in which a catalyst is arranged. An antenna that receives microwaves is disposed in a vertical direction relative to an axis of the cylindrical microwave resonator. The catalyst has a honeycomb housing that supports a catalyst and that produces a microwave of a particular mode.
Die vorliegenden Erfinder haben darüber nachgeforscht, ob ein Mikrowellenhohlraumresonator als ein Regenerator des DPF genützt werden kann. Jedoch sollte die Impedanz des Resonators ein bestimmter Wert sein, um eine Resonanzmode der Mikrowelle zu erzeugen. In einem Zustand, in dem Abgas durch diesen hindurchströmt, ist es schwierig, eine bestimmte Resonanzbedingung zu realisieren und aufrecht zu erhalten. In dem Abgasreinigungssystem, das in JP-2006-140063 A gezeigt ist, ist der Mikrowellenhohlraumresonator unabhängig von dem Abgasrohr ausgebildet.The present inventors have investigated whether a microwave cavity resonator can be used as a regenerator of the DPF. However, the impedance of the resonator should be a certain value to produce a resonant mode of the microwave. In a state in which exhaust gas flows therethrough, it is difficult to realize and maintain a certain resonance condition. In the exhaust gas purification system, which in JP-2006-140063 A is shown, the microwave cavity resonator is formed independently of the exhaust pipe.
13A ist eine schematische Ansicht eines Abgasreinigungssystems, das in JP-2006-140063 A gezeigt ist. Ein Abgasrohr 102 erstreckt sich in solch einer Weise, um durch einen Mikrowellenhohlraumresonator 101 hindurchzugehen. Ein Wärmeerzeuger 100 ist in dem Abgasrohr 102 angeordnet. Der Wärmeerzeuger 100 ist auch in dem Mikrowellenhohlraumresonator 101 untergebracht. Der Mikrowellenhohlraumresonator 101 hat Schiebetüren 122, die variabel einen Bereich eines Mikrowelleneinbringenden Fensters 103 einstellen, und einen bewegbaren Körper 104, der ein Volumen des Mikrowellenhohlraumresonators 101 einstellt. Der Wärmeerzeuger 100 weist einen keramischen Träger 105 auf, an dem ein Mikrowellenabsorber gestützt ist. 13A FIG. 12 is a schematic view of an exhaust gas purification system disclosed in FIG JP-2006-140063 A is shown. An exhaust pipe 102 extends in such a way to pass through a microwave cavity resonator 101 pass. A heat generator 100 is in the exhaust pipe 102 arranged. The heat generator 100 is also in the microwave cavity resonator 101 accommodated. The microwave cavity resonator 101 has sliding doors 122 variably defining a portion of a microwave-introducing window 103 set, and a movable body 104 , which is a volume of the microwave cavity resonator 101 established. The heat generator 100 has a ceramic carrier 105 on which a microwave absorber is supported.
Da jedoch das Abgasrohr 102 senkrecht in Bezug zu dem Mikrowellenhohlraumresonator 101 ist, ist ein Bereich, in dem sich Energie umwandelt, beschränkt, und ein Erwärmungsbereich ist schmal. Des Weiteren, da die Richtung der Abgasströmung, die durch den Wärmeerzeuger 100 hindurchgeht, senkrecht in Bezug zu einer Einfallsrichtung der Mikrowelle ist, nimmt der Wärmeerzeuger 100 die Mikrowelle an seiner Seitenfläche senkrecht auf, die nahe zu dem Mikrowelleneinbringungsfenster 103 ist. In diesem Fall ist es wahrscheinlich, dass eine ungleichmäßige Erwärmungsverteilung in dem Wärmeerzeuger 100 erzeugt wird. Wie in 13B gezeigt ist, selbst falls die Verteilung des elektrischen Feldes des Wärmeerzeugers 100 in solch einer Weise eingestellt ist, dass die Intensität des elektrischen Feldes von seinem mittlerem Abschnitt zu seinem Randabschnitt schwächer wird, wird der Wärmeerzeuger 100 von seiner Seitenfläche erwärmt, die nahe zu dem Mikrowelleneinbringungsfenster 103 ist, und die entgegengesetzte Seitenfläche des Wärmeerzeugers 100 hat eine niedrige Temperatur. Somit wird die Wärmeverteilung des Wärmegenerators 100 ungleichmäßig, wodurch es wahrscheinlich ist, dass sich die Abgasreinigungswirkung verschlechtert.However, because the exhaust pipe 102 perpendicular with respect to the microwave cavity resonator 101 is an area where energy converts is limited, and a heating area is narrow. Furthermore, since the direction of the exhaust flow through the heat generator 100 goes perpendicular, with respect to a direction of incidence of the microwave, takes the heat generator 100 the microwave is perpendicular to its side surface, close to the microwave introduction window 103 is. In this case, it is likely that one uneven heating distribution in the heat generator 100 is produced. As in 13B is shown, even if the distribution of the electric field of the heat generator 100 is adjusted in such a way that the intensity of the electric field from its central portion to its edge portion is weaker, the heat generator 100 heated by its side surface, which is close to the microwave introduction window 103 is, and the opposite side surface of the heat generator 100 has a low temperature. Thus, the heat distribution of the heat generator becomes 100 unevenly, whereby it is likely that the exhaust gas cleaning effect deteriorates.
Die vorliegende Erfindung ist in Anbetracht der vorstehenden Gegebenheiten gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Abgasreinigungssystem vorzusehen, in dem Partikel, die an einem Partikelfilter gefangen werden, mit einer Einmoden-Mikrowellenerwärmungseinrichtung wirksam verbrannt werden, so dass der Partikelfilter regeneriert wird.The present invention is made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide an exhaust gas purification system in which particles caught on a particulate filter are effectively burned with a single-mode microwave heating device, so that the particulate filter is regenerated ,
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung hat ein Abgasreinigungssystem einen Einmoden-Mikrowellenbrenner, der Partikel verbrennt, die in ein Abgasrohr der Brennkraftmaschine abgegeben werden. Der Einmoden-Mikrowellenbrenner hat: einen Mikrowellenerzeugungsabschnitt; einen Mikrowellenübertragungsabschnitt zum Übertragen der Mikrowelle von dem Mikrowellenerzeugungsabschnitt zu dem Abgasrohr; und eine Kammer zur Erzeugung einer stationären Welle, die in dem Abgasrohr stromabwärts des Mikrowellenübertragungsabschnitts definiert ist.According to one aspect of the present invention, an exhaust gas purification system has a single-mode microwave burner that burns particulates discharged into an exhaust pipe of the internal combustion engine. The single-mode microwave burner has: a microwave generating section; a microwave transmitting section for transmitting the microwave from the microwave generating section to the exhaust pipe; and a stationary shaft generating chamber defined in the exhaust pipe downstream of the microwave transmitting portion.
Die Kammer zur Erzeugung einer stationären Welle hat eine Einlassöffnung, durch die die Mikrowelle hindurch in sie eingebracht wird, und eine Reflektionsplatte zum Reflektieren der Mikrowelle in eine Richtung entgegengesetzt zu einer Abgasströmung in dem Abgasrohr. Die Kammer zur Erzeugung einer stationären Welle hat einen Partikelanhäufungsabschnitt, an dem die Partikel angehäuft werden, und die angehäuften Partikel werden durch Mikrowellenenergie verbrannt.The stationary wave generating chamber has an inlet opening through which the microwave is introduced therethrough, and a reflection plate for reflecting the microwave in a direction opposite to an exhaust gas flow in the exhaust pipe. The stationary wave generating chamber has a particle accumulation portion where the particles are accumulated, and the accumulated particles are burned by microwave energy.
Gemäß dem vorstehenden Aufbau trifft das elektrische Feld an einer Vielzahl von Punkten entlang der Abgasströmung zusammen. Da die Partikel, die an dem Partikelanhäufungsabschnitt angehäuft sind, direkt durch die Mikrowelle erwärmt werden, können die Partikel umgehend verbrannt werden, ohne eine Erwärmungsungleichmäßigkeit zu erzeugen. Somit kann der hohe Abgasreinigungseffekt mit einem einfachen Aufbau und einem niedrigen Energieverbrauch erreicht werden.According to the above configuration, the electric field collides at a plurality of points along the exhaust gas flow. Since the particles accumulated on the particle accumulation portion are directly heated by the microwave, the particles can be promptly burned without generating heating unevenness. Thus, the high exhaust gas purifying effect can be achieved with a simple structure and low power consumption.
Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden offensichtlich von der folgenden Beschreibung, die mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen gemacht ist, in denen gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind.Other features and advantages of the present invention will become apparent from the following description made with reference to the accompanying drawings, in which like parts are designated by like reference characters.
1 ist ein Diagramm, das schematisch einen Gesamtaufbau eines Abgasreinigungssystems für eine Dieselmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt; 1 FIG. 12 is a diagram schematically showing an overall structure of an exhaust gas purification system for a diesel engine according to a first embodiment; FIG.
2A ist ein schematisches Diagramm, das ein zylindrisches Wellenführungsrohr zeigt; 2A Fig. 10 is a schematic diagram showing a cylindrical shaft guide tube;
2B ist ein schematisches Diagramm, das ein rechteckiges Wellenführungsrohr zeigt; 2 B Fig. 12 is a schematic diagram showing a rectangular waveguide tube;
3A ist ein Diagramm, das einen mechanischen Filter DPF zeigt; 3A Fig. 10 is a diagram showing a mechanical filter DPF;
3B ist ein Diagramm, das einen elektrostatischen Filter zeigt; 3B Fig. 10 is a diagram showing an electrostatic filter;
4 ist ein Diagramm, das schematisch einen Gesamtaufbau eines Abgasreinigungssystems gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt; 4 FIG. 15 is a diagram schematically showing an overall structure of an exhaust gas purification system according to a second embodiment; FIG.
5A und 5B sind Diagramme, die schematisch ein Abgasreinigungssystem gemäß einer dritten und vierten Ausführungsform zeigen; 5A and 5B FIG. 15 is diagrams schematically showing an exhaust gas purification system according to third and fourth embodiments; FIG.
6A und 6B sind Diagramme, die schematisch ein Abgasreinigungssystem gemäß einer fünften und sechsten Ausführungsform zeigen; 6A and 6B FIG. 15 are diagrams schematically showing an exhaust gas purification system according to fifth and sixth embodiments; FIG.
7 ist ein Diagramm, das schematisch einen Gesamtaufbau eines Abgasreinigungssystems gemäß einer siebten Ausführungsform zeigt; 7 FIG. 15 is a diagram schematically showing an overall structure of an exhaust gas purification system according to a seventh embodiment; FIG.
8A und 8B sind Diagramme, die schematisch ein Abgasreinigungssystem gemäß einer achten und einer neunten Ausführungsform zeigen; 8A and 8B FIG. 15 is diagrams schematically showing an exhaust gas purification system according to eighth and ninth embodiments; FIG.
8C ist ein Diagramm, das verschiedene Anordnungen von Elektroden in einem elektrostatischen Filter zeigt; 8C Fig. 12 is a diagram showing various arrangements of electrodes in an electrostatic filter;
9A und 9B sind Diagramme, die schematisch ein Abgasreinigungssystem gemäß einer zehnten und einer elften Ausführungsform zeigen; 9A and 9B FIG. 15 is diagrams schematically showing an exhaust gas purification system according to tenth and eleventh embodiments; FIG.
10 ist ein Diagramm, das schematisch einen Gesamtaufbau eines Abgasreinigungssystems gemäß einer zwölften Ausführungsform zeigt; 10 FIG. 15 is a diagram schematically showing an overall structure of an exhaust gas purification system according to a twelfth embodiment; FIG.
11 ist ein Flussdiagramm, das einen Abgasreinigungsprozess mittels eines Mikrowellenbrenners zeigt; 11 Fig. 10 is a flowchart showing an exhaust gas purification process by means of a microwave burner;
12A, 12B und 12C sind Zeitablaufdiagramme, die den Abgasreinigungsprozess zeigen; und 12A . 12B and 12C are timing charts showing the exhaust gas purification process; and
13A und 13B sind Diagramme, die eine herkömmliche Mikrowellenerwärmungseinrichtung zeigen. 13A and 13B Figures are diagrams showing a conventional microwave heating device.
Mit Bezug auf die Zeichnungen wird nachstehend eine erste Ausführungsform beschrieben. 1 ist eine schematische Ansicht eines Abgasreinigungssystems, das auf eine Dieselmaschine angewendet ist. Ein Einmoden-Mikrowellenbrenner 1 ist in einem Abgasrohr 2 einer Maschine „E” vorgesehen. Der Mikrowellenbrenner 1 fängt Partikel (PM), die von der Maschine „E” ausgestoßen werden, und verbrennt die PM. Der Mikrowellenbrenner 1 hat ein Wellenführungsrohr 11, eine Mikrowellenleistungsversorgung 3 und ein Mikrowellenübertragungsrohr 4, das das Mikrowellenführungsrohr 11 und die Mikrowellenleistungsversorgung 3 verbindet. Die PM umfassen Kohlenstoffpartikel (Ruß) und lösliche organische Bestandteile (SOF), die in das Abgasrohr 2 mit NOx und HC abgegeben werden.With reference to the drawings, a first embodiment will be described below. 1 FIG. 13 is a schematic view of an exhaust gas purification system applied to a diesel engine. FIG. A single-mode microwave burner 1 is in an exhaust pipe 2 a machine "E" provided. The microwave burner 1 captures particulate matter (PM) ejected from the engine "E" and burns the PM. The microwave burner 1 has a shaft guide tube 11 , a microwave power supply 3 and a microwave transmission tube 4 containing the microwave guide tube 11 and the microwave power supply 3 combines. The PMs include carbon particles (soot) and soluble organic compounds (SOF) entering the exhaust pipe 2 be discharged with NOx and HC.
Das Wellenführungsrohr 11 ist ein zylindrisches metallisches Rohr, das in 2A gezeigt ist, oder ein rechteckiges metallisches Rohr, das in 2B gezeigt ist. 1 zeigt ein rechteckiges Wellenführungsrohr 11, dessen ein Ende geöffnet ist und dessen anderes Ende geschlossen ist. Eine erste Mikrowellenreflektionswand 12, die eine Metallplatte ist, ist an dem offenen Ende des Wellenführungsrohrs 11 vorgesehen. Das Abgas kann durch die erste Mikrowellenreflektionswand 12 hindurchgehen. Das Wellenführungsrohr 11 hat eine weitere Öffnung an seiner Umfangswand nahe zu dem anderen Ende, mit der das Abgasrohr 2 verbunden ist. Eine zweite Mikrowellenreflektionswand 13, die eine Metallplatte ist, ist an dieser Öffnung vorgesehen. Das Abgas kann durch die zweite Mikrowellenreflektionswand 13 hindurchgehen. Diese Mikrowellenreflektionswände 12, 13 sind Gitterplatten oder gelochte bzw. gestanzte Platten, die die Mikrowelle in dem Wellenführungsrohr 11 reflektieren und einschließen können. Alternativ können diese Wände 12, 13 aus einem Metallwabenkörper oder einem Keramikwabenkörper, die mit Metall beschichtet sind, hergestellt sein. Eine Katalysatorkomponente kann an dem Wabenkörper gestützt sein.The shaft guide tube 11 is a cylindrical metallic tube that is in 2A is shown, or a rectangular metallic tube, in 2 B is shown. 1 shows a rectangular waveguide tube 11 one end of which is open and the other end is closed. A first microwave reflection wall 12 , which is a metal plate, is at the open end of the waveguide tube 11 intended. The exhaust gas can pass through the first microwave reflection wall 12 pass. The shaft guide tube 11 has another opening on its peripheral wall close to the other end, with the exhaust pipe 2 connected is. A second microwave reflection wall 13 , which is a metal plate, is provided at this opening. The exhaust gas may pass through the second microwave reflection wall 13 pass. These microwave reflection walls 12 . 13 are grid plates or perforated plates that hold the microwave in the waveguide tube 11 can reflect and include. Alternatively, these walls can 12 . 13 from a metal honeycomb body or a ceramic honeycomb body coated with metal. A catalyst component may be supported on the honeycomb body.
Das Wellenführungsrohr 11 hat die andere Öffnung 41 an seiner Umfangswand nahe seinem offenen Ende. Das Mikrowellenübertragungsrohr 4 ist mit dieser Öffnung 41 verbunden. Ein variabler Schlitz 14 ist stromabwärts der Öffnung 41 in dem Wellenführungsrohr 11 angeordnet. Ein bewegbares Bauteil 16 ist in dem Wellenführungsrohr 11 aufgenommen. Das bewegbare Bauteil 16 hat eine bewegbare Reflexionsplatte 15 an seiner stromaufwärtigen Wand. Eine Resonanzkammer 5 ist zwischen dem variablen Schlitz 14 und der bewegbaren Reflexionsplatte 15 definiert. In der Resonanzkammer 5 wird eine stationäre Welle erzeugt. Der variable Schlitz 14 weist zwei Metallgitterplatten auf, die senkrecht relativ zu einer Achse des Abgasrohrs 2 angeordnet sind. Diese zwei Metallgitterplatten können so gleiten, dass eine Schlitzbreite 141 variabel ist. Die bewegbare Reflexionsplatte 15 ist auch senkrecht relativ zu der Achse des Abgasrohrs 2 in solch einer Weise angeordnet, um dem Abgas entgegenzustehen, das durch das Wellenführungsrohr 11 strömt.The shaft guide tube 11 has the other opening 41 on its peripheral wall near its open end. The microwave transmission tube 4 is with this opening 41 connected. A variable slot 14 is downstream of the opening 41 in the shaft guide tube 11 arranged. A movable component 16 is in the shaft guide tube 11 added. The movable component 16 has a movable reflection plate 15 on its upstream wall. A resonance chamber 5 is between the variable slot 14 and the movable reflection plate 15 Are defined. In the resonance chamber 5 a stationary wave is generated. The variable slot 14 has two metal grid plates perpendicular to an axis of the exhaust pipe 2 are arranged. These two metal grid plates can slide so that one slit width 141 is variable. The movable reflection plate 15 is also perpendicular relative to the axis of the exhaust pipe 2 arranged in such a manner as to oppose the exhaust gas passing through the waveguide tube 11 flows.
In dem Fall, in dem das Wellenführungsrohr 11 zylindrisch ist, wie in 2B gezeigt ist, wird eine variable Blende 17 statt des variablen Schlitzes 14 verwendet. Die Mikrowelle wird in die Resonanzkammer 5 über die variable Blende 17 eingeleitet. Die variable Blende 17 hat eine Vielzahl von Metallblättern, die durch einen Elektromotor oder einen mechanischen Motor angetrieben werden. Die Metallplatten bilden eine Drosselblende 171 an ihrem mittleren Abschnitt. Der variable Schlitz 14, die bewegbare Reflexionsplatte 15 und das bewegbare Bauteil 16 werden auch durch den Motor angetrieben. Die bewegbare Reflexionsplatte 15 gleitet in dem Wellenführungsrohr 11, sodass eine Länge der Resonanzkammer 5 eingestellt werden kann. Der Motor wird durch eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) so gesteuert, dass die Resonanzbedingung in der Resonanzkammer 5 eingestellt werden kann.In the case where the shaft guide tube 11 is cylindrical, as in 2 B is shown becomes a variable aperture 17 instead of the variable slot 14 used. The microwave is in the resonance chamber 5 over the variable aperture 17 initiated. The variable aperture 17 has a variety of metal blades that are powered by an electric motor or a mechanical motor. The metal plates form an orifice 171 at its middle section. The variable slot 14 , the movable reflection plate 15 and the movable member 16 are also powered by the engine. The movable reflection plate 15 slides in the shaft guide tube 11 , so that a length of the resonance chamber 5 can be adjusted. The engine is controlled by an electronic control unit (ECU) so that the resonance condition in the resonance chamber 5 can be adjusted.
Die Mikrowellenleistungsversorgung 3 umfasst eine Magnetfeldröhre (Mg) und eine Hochspannungsleistungsquelle oder eine Halbleiterleistungsquelle. Eine Frequenz der Mikrowelle, die durch die Mikrowellenleistungsversorgung 3 erzeugt wird, ist bevorzugt 100 MHz bis 10 GHz (± 20 MHz). Ein Isolator 42 ist in dem Mikrowellenübertragungsrohr 4 angeordnet, um die Mikrowellenleistungsversorgung 3 vor der Mikrowelle zu schützen, die in das Mikrowellenübertragungsrohr 4 reflektiert wird.The microwave power supply 3 includes a magnetic field tube (Mg) and a high voltage power source or a semiconductor power source. A frequency of the microwave caused by the microwave power supply 3 is preferably 100 MHz to 10 GHz (± 20 MHz). An insulator 42 is in the microwave transmission tube 4 arranged to the microwave power supply 3 Protect from the microwave in the microwave transmission tube 4 is reflected.
Die Resonanzkammer 5 bildet einen bekannten Einmoden-Hohlraumresonator in Verbindung mit dem variablen Schlitz 14 und der bewegbaren Reflexionsplatte 15. Gemäß der Frequenz der Mikrowelle, die durch die Mikrowellenleistungsversorgung 3 erzeugt wird, werden die Schlitzbreite 141 des variablen Schlitzes 14 und der Abstand zwischen dem variablen Schlitz 14 und der bewegbaren Reflexionsplatte 15 im Voraus eingestellt, wodurch die Mikrowelle, die von dem Wellenführungsrohr 11 übertragen wird, in der Resonanzkammer 5 in Resonanz bzw. Schwingung versetzt wird, um darin ein bestimmtes stationäres Wellenmuster zu erzeugen. Dadurch läuft die Mikrowellenenergie an mehreren Punkten in der Resonanzkammer 5 entlang der Abgasströmung zusammen. Ein PM-Anhäufungsabschnitt 51 ist an einem Punkt vorgesehen, an dem die Intensität des elektrischen Feldes oder die Intensität des magnetischen Feldes ein maximaler Wert wird. Somit kann die Mikrowellenenergie direkt auf die angehäuften PM aufgebracht werden, so dass die PM wirksam erwärmt und verbrannt werden können. Im Allgemeinen hängt der Durchmesser des Wellenführungsrohrs 11 von der Frequenz der Mikrowelle ab. In einem Fall beispielsweise, in dem die Frequenz 2,45 GHz ist, ist der Durchmesser φ des Wellenführungsrohrs 11 bevorzugt 60–100 mm.The resonance chamber 5 forms a known single-mode resonant cavity in conjunction with the variable slot 14 and the movable reflection plate 15 , According to the frequency of the microwave generated by the microwave power supply 3 is generated, the slot width 141 variable slot 14 and the distance between the variable slot 14 and the movable reflection plate 15 set in advance, eliminating the microwave from the shaft guide tube 11 is transmitted in the resonance chamber 5 is resonated to produce a particular stationary wave pattern therein. As a result, the microwave energy passes at several points in the resonance chamber 5 along the exhaust flow together. A PM aggregation section 51 is provided at a point where the intensity of the electric field or the intensity of the magnetic field becomes a maximum value. Thus, the microwave energy can be applied directly to the accumulated PM, so that the PM can be efficiently heated and burned. In general, the diameter of the shaft guide tube depends 11 from the frequency of the microwave. For example, in a case where the frequency is 2.45 GHz, the diameter φ of the waveguide tube is 11 preferably 60-100 mm.
3A und 3B zeigen jeweils den Aufbau des PM-Anhäufungsabschnitts 51. 3A zeigt einen mechanischen Filter, in dem ein Dieselpartikelfilter (DPF) 52 in der Resonanzkammer 5 vorgesehen ist. Der DPF 52 ist ein poröser Wabenkörper, der eine Vielzahl von Zellen 521 hat, deren ein Ende abwechselnd durch einen Korkstopfen 522 verstopft ist. Der poröse Wabenkörper ist aus einem keramischen Material hergestellt ist, durch das die Mikrowelle hindurchgehen kann. Beispielsweise ist der poröse Wabenkörper aus Cordierit hergestellt. Ein Außendurchmesser des DPF 52 ist im Wesentlichen derselbe wie der Innendurchmesser der Resonanzkammer 5. Die Abgasdurchgänge, die in den Zellen 521 definiert sind, erstrecken sich parallel zu der Abgasströmung in der Resonanzkammer 5. 3A and 3B each show the structure of the PM accumulation section 51 , 3A shows a mechanical filter in which a diesel particulate filter (DPF) 52 in the resonance chamber 5 is provided. The DPF 52 is a porous honeycomb that contains a variety of cells 521 has one end alternately through a cork stopper 522 is clogged. The porous honeycomb body is made of a ceramic material through which the microwave can pass. For example, the porous honeycomb body is made of cordierite. An outer diameter of the DPF 52 is substantially the same as the inner diameter of the resonance chamber 5 , The exhaust gas passages in the cells 521 are defined to extend parallel to the exhaust gas flow in the resonance chamber 5 ,
Die PM, die in dem Abgas enthalten sind, strömen in die Zellen 521. Während das Abgas durch die Trennwände 523 hindurchgeht, werden die PM durch die Trennwand 523 gefangen. Ein Oxidationskatalysator kann an der Außenfläche des DPF 52 gestützt sein. Die PM werden durch Durchführen einer Oxidationsreaktion ohne Betreiben des Mikrowellenbrenners 1 verbrannt. In der vorliegenden Ausführungsform, da die Mikrowelle direkt auf die Kohlenstoffpartikel in den PM aufgebracht wird, ist es nicht notwendig, das Mikrowellenabsorptionsmaterial aufzubringen bzw. zu verwenden. Die Mikrowellenenergie wird wirksam genützt, um die PM zu verbrennen, so dass elektrische Leistung eingespart werden kann.The PM contained in the exhaust gas flows into the cells 521 , While the exhaust gas through the partitions 523 goes through, the PM will pass through the dividing wall 523 captured. An oxidation catalyst may be present on the outer surface of the DPF 52 to be supported. The PMs are made by performing an oxidation reaction without operating the microwave burner 1 burned. In the present embodiment, since the microwave is directly applied to the carbon particles in the PM, it is not necessary to apply the microwave absorbing material. The microwave energy is effectively used to burn the PM, so that electric power can be saved.
3B zeigt einen elektrostatischen Filter, in dem eine elektrische Abscheidungseinheit 53 in der Resonanzkammer 5 angeordnet ist. Die elektrische Abscheidungseinheit 53 hat eine Elektrifizierungselektrode 531 und eine Staubteilchensammelelektrode 535. Eine Hochspannung wird zwischen diesen Elektroden 531, 535 aufgebracht, um eine Corona-Entladung zu erzeugen, wodurch die PM gesammelt werden. Die Elektrifizierungselektrode 531 ist eine stabförmige Elektrode, die entlang einer Achse des Wellenführungsrohrs 11 angeordnet ist. Die Staubteilchensammelelektrode 535 ist an einer Innenfläche des Wellenführungsrohrs 11 ausgebildet. Die elektrifizierten PM werden zu der Staubteilchensammelelektrode 535 hin angezogen. Des Weiteren ist es in diesem Fall unnötig, das Mikrowellenabsorptionsmaterial auf die elektrischen Abscheidungseinheit 53 aufzubringen. Des Weiteren ist es im Gegensatz zu dem mechanischen Filter in der elektrischen Abscheidungseinheit, selbst falls die PM angehäuft werden, weniger wahrscheinlich, dass ein Unterdruck erzeugt wird. Die angehäuften PM werden durch Mikrowellenerwärmen oder durch eine Oxidationsreaktion mit NOx verbrannt. 3B shows an electrostatic filter in which an electrical separation unit 53 in the resonance chamber 5 is arranged. The electrical separation unit 53 has an electrification electrode 531 and a dust particle collecting electrode 535 , A high voltage is between these electrodes 531 . 535 applied to generate a corona discharge, whereby the PM are collected. The electrification electrode 531 is a rod-shaped electrode along an axis of the shaft guide tube 11 is arranged. The dust particle collecting electrode 535 is on an inner surface of the shaft guide tube 11 educated. The electrified PM becomes the dust particle collecting electrode 535 attracted. Furthermore, in this case, it is unnecessary to apply the microwave absorbing material to the electrodeposition unit 53 applied. Further, unlike the mechanical filter in the electrodeposition unit, even if the PM is accumulated, it is less likely to generate a negative pressure. The accumulated PM is burned by microwave heating or by an oxidation reaction with NOx.
4 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Oxidationseinheit 6, die SOF und CH oxidiert, kann stromaufwärts der Resonanzkammer 5 angeordnet sein. Im Speziellen ist die Oxidationseinheit 6 ein bekannter Oxidationskatalysator. Da lösliche organische Bestandteile (SOF) und Kohlenwasserstoff (CH) leicht oxidiert werden, werden SOF und CH durch die Oxidationsreaktion vorher entfernt. Somit sind die PM, die an dem PM-Anhäufungsabschnitt 51 gefangen werden, hauptsächlich Kohlenstoffpartikel (Ruß), so dass die PM-Verbrennungssteuerung leicht durchgeführt werden kann. Des Weiteren, da sich die Abgastemperatur aufgrund der Oxidation von nicht verbrannten Partikeln erhöht, wird der PM-Anhäufungsabschnitt 51 auch erwärmt. Des Weiteren, da NOx in dem Abgas zu NO2 oxidiert wird, wird die Oxidationsreaktion der PM beschleunigt. 4 shows a second embodiment of the present invention. An oxidation unit 6 , which oxidizes SOF and CH, may be upstream of the resonance chamber 5 be arranged. In particular, the oxidation unit 6 a known oxidation catalyst. Since soluble organic compounds (SOF) and hydrocarbon (CH) are easily oxidized, SOF and CH are previously removed by the oxidation reaction. Thus, the PMs are at the PM accumulation portion 51 are trapped, mainly carbon particles (soot), so that the PM combustion control can be easily performed. Further, as the exhaust gas temperature increases due to the oxidation of unburned particles, the PM accumulation portion becomes 51 also heated. Further, since NO x in the exhaust gas is oxidized to NO 2 , the oxidation reaction of the PM is accelerated.
Des Weiteren kann der Oxidationskatalysator der Oxidationseinheit 6 auf die Anordnung der ersten Ausführungsform angewendet werden. In solch einem Fall kann der Oxidationskatalysator eine Funktion der ersten Mikrowellenreflexionswand 12 haben. Der Oxidationskatalysator ist aus einem metallischen Wabenmaterial hergestellt, dessen Endfläche mit einem mikrowellenreflektierenden Material beschichtet ist, um die erste Mikrowellenreflexionswand 12 zu bilden.Furthermore, the oxidation catalyst of the oxidation unit 6 be applied to the arrangement of the first embodiment. In such a case, the oxidation catalyst may be a function of the first microwave reflection wall 12 to have. The oxidation catalyst is made of a metallic honeycomb material whose end surface is coated with a microwave reflecting material around the first microwave reflecting wall 12 to build.
5A und 5B zeigen eine dritte Ausführungsform bzw. eine vierte Ausführungsform. In der ersten Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, ist die zweite Mikrowellenreflektionswand 13 unabhängig von der bewegbaren Reflektionsplatte 15 ausgebildet. In der dritten Ausführungsform und der vierten Ausführungsform hat ein bewegbares Reflexionsbauteil 18 eine Funktion der zweiten Mikrowellenreflektionswand 13 und der bewegbaren Reflektionsplatte 15. Wie in 5A gezeigt ist, hat das bewegbare Reflektionsbauteil 18 die bewegbare Reflektionsplatte 15 an seinem stromaufwärtigen Ende in dem Wellenführungsrohr 11. Das stromabwärtige Ende des Wellenführungsrohrs 11 ist einstückig mit dem Abgasrohr 2 verbunden. Das bewegbare Reflektionsbauteil 18 ist aus einem gestanzten Material oder einem metallischen Katalysator hergestellt. Dadurch kann der Aufbau des Mikrowellenbrenners 1 einfach gemacht werden. 5A and 5B show a third embodiment and a fourth embodiment. In the first embodiment, the in 1 is shown is the second microwave reflection wall 13 independent of the movable reflection plate 15 educated. In the third embodiment and the fourth embodiment has a movable reflecting member 18 a function of the second microwave reflection wall 13 and the movable reflection plate 15 , As in 5A is shown has the movable reflection member 18 the movable reflection plate 15 at its upstream end in the waveguide tube 11 , The downstream end of the shaft guide tube 11 is integral with the exhaust pipe 2 connected. The movable reflection component 18 is made of a stamped material or a metallic catalyst. This allows the construction of the microwave burner 1 be made easy.
In der vierten Ausführungsform, die in 5B bezeigt ist, ist der Innendurchmesser des Abgasrohrs 2 stromabwärts des Mikrowellenbrenners 1 vergrößert. Das bewegbare Reflexionsbauteil 18 ist in dem verjüngten Abschnitt des Abgasrohrs 2 angeordnet. Somit strömt das Abgas gleichmäßig, und eine Druckverlusterhöhung wird beschränkt. In the fourth embodiment, which is in 5B is shown, is the inner diameter of the exhaust pipe 2 downstream of the microwave burner 1 increased. The movable reflection component 18 is in the tapered portion of the exhaust pipe 2 arranged. Thus, the exhaust gas flows smoothly, and a pressure loss increase is restricted.
6A und 6B zeigen eine fünfte Ausführungsform bzw. eine sechste Ausführungsform. In diesen Ausführungsformen wird die elektrische Abscheidungseinheit 43 verwendet, die in 3B gezeigt ist. Im Speziellen weist die Einheit 53 einen Partikelelektrifizierungsabschnitt 54 und einen Partikelsammelabschnitt 55 auf. 6A and 6B show a fifth embodiment and a sixth embodiment. In these embodiments, the electrical deposition unit becomes 43 used in 3B is shown. In particular, the unit indicates 53 a particle electrification section 54 and a particle collection section 55 on.
In 6A ist der Partikelelektrifizierungsabschnitt 54 stromaufwärts der ersten Mikrowellenreflektionswand 12 angeordnet. Der Partikelelektrifizierungsabschnitt 54 hat eine Elektrifizierungselektrode 541, die sich entlang einer Achse des Wellenführungsrohrs 11 erstreckt. Die Elektrifizierungselektrode 541 ist durch einen isolierenden Träger 542 gestützt. Eine Hochspannung wird auf die Elektrifizierungselektrode 541 aufgebracht. Die elektrifizierten PM gehen durch die erste Mikrowellenreflektionswand 12 und den variablen Schlitz 14 hindurch und strömen in die Resonanzkammer 5. In der Resonanzkammer 5 werden die elektrifizierten Partikel an dem Partikelsammelabschnitt 55 gehalten. Wie in 6B gezeigt ist, kann die Mikrowellenreflektionswand 12 stromaufwärts des Partikelelektrifizierungsabschnitts 54 angeordnet sein.In 6A is the particle electrification section 54 upstream of the first microwave reflection wall 12 arranged. The particle electrification section 54 has an electrification electrode 541 extending along an axis of the shaft guide tube 11 extends. The electrification electrode 541 is by an insulating support 542 supported. A high voltage is applied to the electrification electrode 541 applied. The electrified PM go through the first microwave reflection wall 12 and the variable slot 14 through and flow into the resonance chamber 5 , In the resonance chamber 5 become the electrified particles at the particle collecting section 55 held. As in 6B is shown, the microwave reflection wall 12 upstream of the particle electrification section 54 be arranged.
Der Abschnitt, wo die Partikel gehalten werden, hängt von einer Spannung/einem Strom (Coulomb-Kraft) und einer Strömungsgeschwindigkeit des Abgases ab. Somit wird die elektrische Leistung, die auf den Partikelelektrifizierungsabschnitt 54 aufgebracht wird, gemäß einem PM-Abgabekennfeld und einer Maschinenbedingung (Einlassluftströmungsrate, Kraftstoffeinspritzmenge, EGR-Menge und dergleichen) variiert. Dadurch wird der Partikelsammelabschnitt 55 an einem Abschnitt erzeugt, wo die Intensität des elektrischen Feldes oder des magnetischen Feldes hoch ist, so dass ein PM-Erwärmen wirksam durchgeführt werden kann. Eine Spannung mit umgekehrter Polarität kann auf den Partikelsammelabschnitt 55 in Bezug zu dem Partikelelektrifizierungsabschnitt 54 aufgebracht werden.The portion where the particles are held depends on a voltage / current (Coulomb force) and a flow velocity of the exhaust gas. Thus, the electric power applied to the particle electrification section 54 is varied according to a PM output map and an engine condition (intake air flow rate, fuel injection amount, EGR amount, and the like). This becomes the particle collecting section 55 at a portion where the intensity of the electric field or the magnetic field is high, so that PM heating can be performed efficiently. A voltage with reverse polarity can be applied to the particle collecting section 55 with respect to the particle electrification section 54 be applied.
7 zeigt eine siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die elektrische Abscheidungseinheit 53 hat eine Elektrifizierungselektrode 531 in der Resonanzkammer 5, so dass die PM in der Resonanzkammer 5 gesammelt werden. In diesem Aufbau ist es notwendig, einen Einfluss zu verringern, den die Elektrifizierungselektrode 531 auf die Übertragung der Mikrowelle hat. In einem Fall, in dem das Wellenführungsrohr 11 zylindrisch ist, ist eine Intensität des elektrischen Feldes der stationären Welle in der Resonanzkammer 5 definiert, wie in 7 gezeigt ist. Zwei Isolatoren 532, die die Elektrifizierungselektrode 531 stützen, sind an Positionen angeordnet, wo die Intensität des elektrischen Feldes niedrig ist. Die Elektrifizierungselektrode 531 zwischen zwei Isolatoren 532 erstreckt sich entlang der Achse des Wellenführungsrohrs 11. Beide Enden der Elektrifizierungselektrode 531 sind mit einer Hochspannungsleistungsquelle (nicht gezeigt) verbunden. Die Elektrifizierungselektrode 531 ist stabförmig mit einem Durchmesser von 0,1 mm–5 mm. Das Wellenführungsrohr hat einen Außendurchmesser „A” von 40 mm–120 mm. 7 shows a seventh embodiment of the present invention. The electrical separation unit 53 has an electrification electrode 531 in the resonance chamber 5 so that the PM is in the resonance chamber 5 to be collected. In this structure, it is necessary to reduce an influence that the electrification electrode 531 on the transmission of the microwave has. In a case where the shaft guide tube 11 is cylindrical, is an intensity of the electric field of the stationary wave in the resonance chamber 5 defined as in 7 is shown. Two insulators 532 containing the electrification electrode 531 are located at positions where the intensity of the electric field is low. The electrification electrode 531 between two insulators 532 extends along the axis of the shaft guide tube 11 , Both ends of the electrification electrode 531 are connected to a high voltage power source (not shown). The electrification electrode 531 is rod-shaped with a diameter of 0.1 mm-5 mm. The shaft guide tube has an outer diameter "A" of 40 mm-120 mm.
8A und 8B zeigen eine achte Ausführungsform bzw. eine neunte Ausführungsform, in denen die elektrische Abscheidungseinheit 53 ein rechteckiges Wellenführungsrohr 11 hat. Zwei Isolatoren 532, die die Elektrifizierungselektrode 531 stützen, sind an Positionen angeordnet, wo die Intensität des elektrischen Feldes niedrig ist. 8A zeigt einen Fall, in dem die Mode der Resonanzkammer 5 eine TE10-Mode ist. Das rechteckige Wellenführungsrohr 11 hat eine Breite „B” und eine Höhe „C” (B > C). Die Isolatoren 532 sind in das Wellenführungsrohr 11 von dessen Seitenwand eingesetzt. Alternativ können, wie in 8B gezeigt ist, die Isolatoren 532 in das Wellenführungsrohr 11 von dessen oberer Wand eingesetzt sein. 8A and 8B show an eighth embodiment and a ninth embodiment, in which the electrical deposition unit 53 a rectangular waveguide tube 11 Has. Two insulators 532 containing the electrification electrode 531 are located at positions where the intensity of the electric field is low. 8A shows a case in which the mode of the resonance chamber 5 a TE10 mode is. The rectangular waveguide tube 11 has a width "B" and a height "C"(B> C). The insulators 532 are in the shaft guide tube 11 used by its side wall. Alternatively, as in 8B shown is the insulators 532 in the shaft guide tube 11 be used by the upper wall.
Wie vorstehend beschrieben ist, um die Resonanz der elektrischen Abscheidungseinheit 53 in der Resonanzkammer 5 zu vermeiden, ist es bevorzugt, dass die Elektrifizierungselektrode 531 an einer Position angeordnet ist, wo eine Intensität des elektrischen Feldes niedrig ist und die Intensität des magnetischen Feldes hoch ist. Somit kann ein Einfluss auf die Mikrowellenübertragung beschränkt werden. Darüber hinaus, um eine Elektrodenabnützung zu verhindern, ist es bevorzugt, dass die Isolatoren 532 nicht an einer Position angeordnet sind, wo die Intensität des elektrischen Feldes hoch ist. Die Isolatoren 532 können aus hochreinem Aluminium, hochreinem Silizium und dergleichen gemacht sein. Die Elektrifizierungselektrode 531 kann aus Austenit-Edelstahl hergestellt sein.As described above, the resonance of the electrodeposition unit 53 in the resonance chamber 5 To avoid, it is preferable that the electrification electrode 531 is disposed at a position where an intensity of the electric field is low and the intensity of the magnetic field is high. Thus, an influence on the microwave transmission can be restricted. In addition, to prevent electrode wear, it is preferred that the insulators 532 are not located at a position where the intensity of the electric field is high. The insulators 532 can be made of high purity aluminum, high purity silicon and the like. The electrification electrode 531 can be made of austenitic stainless steel.
Des Weiteren kann, wie in 8C gezeigt ist, die Elektrifizierungselektrode 531 Vorsprünge 533, 534 haben, so dass eine Abgaberate verbessert ist. Beispielsweise hat die Elektrifizierungselektrode 531 Vorsprünge 533 und sternförmige Vorsprünge 534, sodass eine elektrische Entladung gleichförmig erzeugt wird. Alternativ stützt ein einzelner Isolator 532 einen Mittelabschnitt der Elektrifizierungselektrode 531. Die Elektrifizierungselektrode 531 kann sternförmige Vorsprünge 534 an ihren beiden Enden haben.Furthermore, as in 8C is shown, the electrification electrode 531 projections 533 . 534 have, so that a delivery rate is improved. For example, the electrification electrode has 531 projections 533 and star-shaped projections 534 so that an electric discharge is uniformly generated. Alternatively, a single insulator supports 532 a central portion of the electrification electrode 531 , The electrification electrode 531 can be star-shaped projections 534 at both ends.
9A und 9B zeigen eine zehnte bzw. elfte Ausführungsform. In der zehnten Ausführungsform hat, wie in 9A gezeigt ist, das Abgasrohr 2 zwei Zweigrohre 21, 22, in denen die Resonanzkammer 5 jeweils ausgebildet ist. Ein Dieselpartikelfilter (DPF) 52 ist in jeder Resonanzkammer 5 vorgesehen. Ein Durchgangsumschaltventil (nicht gezeigt) ist vorgesehen, um die Zweigrohre 21, 22 abwechselnd zu öffnen und zu schließen, wodurch ein PM-Fangen und ein PM-Verbrennen abwechselnd in jedem DPF 52 durchgeführt werden, sodass das PM-Fangen und die DPF-Regeneration wirksam durchgeführt werden. In der elften Ausführungsform, die in 9B gezeigt ist, hat das Abgasrohr 2 einen Bypassdurchgang 23, in dem keine Resonanzkammer ausgebildet und kein DPF vorgesehen ist. 9A and 9B show a tenth or eleventh embodiment. In the tenth embodiment, as in 9A shown is the exhaust pipe 2 two branch pipes 21 . 22 in which the resonance chamber 5 each is formed. A diesel particulate filter (DPF) 52 is in every resonance chamber 5 intended. A passage switching valve (not shown) is provided around the branch pipes 21 . 22 alternately open and close, allowing PM trapping and PM burning alternately in each DPF 52 so that PM trapping and DPF regeneration are effectively performed. In the eleventh embodiment, which is in 9B is shown has the exhaust pipe 2 a bypass passage 23 in which no resonance chamber is formed and no DPF is provided.
10 zeigt eine zwölfte Ausführungsform, in der das Abgasreinigungssystem verschiedene Sensoren hat. 11 ist ein Flussdiagramm, das einen Abgasreinigungsprozess zeigt. In 10 hat der Mikrowellenbrenner 1 einen Differenzialdrucksensor „SP”, der einen Differenzialdruck zwischen einer stromaufwärtigen Seite und einer stromabwärtigen Seite der Resonanzkammer 5 erfasst. Auf der Basis des erfassten Differenzialdrucks kann eine PM-Menge, die an dem PM-Anhäufungsabschnitt 51 angehäuft ist, berechnet werden. Des Weiteren ist das Abgasrohr 2 mit einem Gassensor „SG” versehen, der HC, NOx in dem Abgasstromabwärts der Resonanzkammer 5 erfasst. Temperatursensoren „ST” sind in oder in der Nähe der Resonanzkammer 5 vorgesehne. Alternativ kann ein PM-Sensor (nicht gezeigt) stromaufwärts oder stromabwärts der Resonanzkammer 5 vorgesehen sein. Auf der Basis des Erfassungssignals des PM-Sensors können die PM-Anhäufungsmenge und die PM-Verbrennung geschätzt werden. 10 shows a twelfth embodiment in which the exhaust gas purification system has various sensors. 11 FIG. 11 is a flowchart showing an exhaust gas purification process. FIG. In 10 has the microwave burner 1 a differential pressure sensor "SP", which is a differential pressure between an upstream side and a downstream side of the resonance chamber 5 detected. On the basis of the detected differential pressure, a PM amount accumulated on the PM accumulation portion 51 accumulated. Furthermore, the exhaust pipe 2 with a gas sensor "SG", the HC, NOx in the exhaust gas downstream of the resonance chamber 5 detected. Temperature sensors "ST" are in or near the resonance chamber 5 pre tendon. Alternatively, a PM sensor (not shown) may be located upstream or downstream of the resonance chamber 5 be provided. Based on the detection signal of the PM sensor, the PM accumulation amount and the PM combustion can be estimated.
Die Temperatursensoren „ST” erfassen eine Temperatur des PM-Anhäufungsabschnitts 51 in der Resonanzkammer 5 und eine Temperatur der zweiten Reflexionswand 13. Der Temperatursensor „ST” ist bevorzugt an einer Position angeordnet, wo die Intensität des elektrischen Feldes niedrig ist. In dem Fall, in dem der Temperatursensor „ST” ein Thermistor oder ein Thermoelement bzw. Wärmefühler ist, ist dessen Durchmesser 1 mm–10 mm. Darüber hinaus, falls der Temperatursensor „ST” mit Metall (beispielsweise Stahl, Nickel, Gold, Silber, Kupfer, Messing, Aluminium etc.) plattiert ist, kann der Temperatursensor „ST” eine Temperatur erfassen, ohne durch eine Mikrowelle beeinträchtigt zu werden.The temperature sensors "ST" detect a temperature of the PM accumulation section 51 in the resonance chamber 5 and a temperature of the second reflection wall 13 , The temperature sensor "ST" is preferably located at a position where the intensity of the electric field is low. In the case where the temperature sensor "ST" is a thermistor or a thermocouple, its diameter is 1 mm-10 mm. In addition, if the temperature sensor "ST" is plated with metal (eg, steel, nickel, gold, silver, copper, brass, aluminum, etc.), the temperature sensor "ST" can detect a temperature without being affected by a microwave.
Ein Isolator 42 ist in dem Mikrowellenübertragungsabschnitt 4 zum Einstellen einer Übertragungsrichtung der Mikrowelle vorgesehen. Leistungsmesser 45 eines Zirkulators sind stromabwärts und stromaufwärts des Isolators 42, 43 vorgesehen, um eine elektrische Mikrowellenleistung zu messen.An insulator 42 is in the microwave transmission section 4 for setting a transmission direction of the microwave provided. power meter 45 of a circulator are downstream and upstream of the insulator 42 . 43 provided to measure a microwave electric power.
Eine elektronische Steuerungseinheit (ECU: nicht gezeigt) steuert den Mikrowellenbrenner 1 auf der Basis der Ausgaben der Sensoren. 11 ist ein Flussdiagramm, das einen Abgasreinigungsprozess zeigt. In Schritt S100, werden Partikel (PM), die von der Maschine „E” ausgestoßen werden, an dem PM-Anhäufungsabschnitt 51 gesammelt. In einem Fall, in dem der PM-Anhäufungsabschnitt 51 eine elektrische Abscheidungseinheit 53 ist, wird die elektrische Leistung, die auf die Elektrifizierungselektrode 531 aufgebracht wird, so eingestellt, dass eine Corona-Entladung erzeugt wird.An electronic control unit (ECU: not shown) controls the microwave burner 1 based on the outputs of the sensors. 11 FIG. 11 is a flowchart showing an exhaust gas purification process. FIG. In step S100, particulates (PM) ejected from the engine "E" are collected at the PM accumulation portion 51 collected. In a case where the PM accumulation section 51 an electrical deposition unit 53 is, the electric power is applied to the electrification electrode 531 is applied, adjusted so that a corona discharge is generated.
In Schritt S101 wird die PM-Anhäufungsmenge an dem PM-Anhäufungsabschnitt 51 geschätzt. Ein Verfahren zum Schätzen der PM-Anhäufungsmenge ist wenigstens eines der folgenden:
- 1) Ein Differenzialdruck zwischen einer stromaufwärtigen und einer stromabwärtigen Seite des PM-Anhäufungsabschnitts 51 wird durch den Differenzialdrucksensor 51 erfasst. Dann wird die PM-Anhäufungsmenge auf der Basis einer Beziehung zwischen dem Differenzialdruck und der PM-Anhäufungsmenge geschätzt.
- 2) Die PM-Anhäufungsmenge wird auf der Basis eines Kennfelds geschätzt, das eine Beziehung zwischen der Fahrhistorie der Maschine „E” und der Abgabemenge der PM definiert.
- 3) Ein PM-Sensor erfasst die PM-Menge, die in das Abgasrohr 2 abgegeben wird, und die PM-Anhäufungsmenge wird geschätzt.
- 4) In dem Fall, in dem die elektrische Abscheidungseinheit 53 verwendet wird, kann die PM-Anhäufungsmenge auf der Basis eines verbrauchten elektrischen Stroms geschätzt werden.
In step S101, the PM accumulation amount becomes the PM accumulation portion 51 estimated. A method of estimating the PM accumulation amount is at least one of the following: - 1) A differential pressure between an upstream and a downstream side of the PM accumulation section 51 is through the differential pressure sensor 51 detected. Then, the PM accumulation amount is estimated based on a relationship between the differential pressure and the PM accumulation amount.
- 2) The PM accumulation amount is estimated on the basis of a map defining a relationship between the travel history of the engine "E" and the discharge amount of the PM.
- 3) A PM sensor detects the amount of PM entering the exhaust pipe 2 is released, and the PM accumulation amount is estimated.
- 4) In the case where the electrical separation unit 53 is used, the PM accumulation amount can be estimated on the basis of a consumed electric current.
In Schritt S102 bestimmt die ECU, ob die PM-Anhäufungsmenge „QPM”, die in Schritt S101 geschätzt wird, nicht geringer als ein vorbestimmter Schwellenwert „QTH” ist. Wenn die Antwort in Schritt S102 „JA” ist, geht der Ablauf weiter zu Schritt S103, in dem die ECU bestimmt, dass der PM-Anhäufungsabschnitt 51 regeneriert werden sollte. Dann geht der Ablauf weiter zu Schritt S104. Wenn die Antwort in Schritt S102 „NEIN” ist, geht der Ablauf zurück zu Schritt S101.In step S102, the ECU determines whether the PM accumulation amount "QPM" estimated in step S101 is not less than a predetermined threshold "QTH". When the answer in step S102 is "YES", the flow proceeds to step S103, where the ECU determines that the PM accumulation section 51 should be regenerated. Then, the flow advances to step S104. If the answer in step S102 is "NO", the flow returns to step S101.
In Schritt S104 bestimmt die ECU Positionen des variablen Schlitzes 14 und der bewegbaren Reflexionsplatte 15 und eine Frequenz der Mikrowellenleistungsversorgung 3. Beispielsweise werden gemäß einem Positionskennfeld und einem Frequenzkennfeld, die im Voraus auf der Basis der PM-Anhäufungsmenge und der Fahrbedingung der Maschine „E” definiert sind, die Startpositionen und Startfrequenzen bestimmt. Der Maschinenverbrennungsmodus kann zu einem PM-Oxidationsmodus (hohe Sauerstoffkonzentration, niedrige Abgasströmungsrate, hohe Abgastemperatur) geändert werden.In step S104, the ECU determines positions of the variable slot 14 and the movable reflection plate 15 and a frequency of the microwave power supply 3 , For example, according to a position map and a frequency map, which are defined in advance based on the PM clustering amount and the running condition of the engine "E", the start positions and start frequencies are determined. The engine combustion mode may be changed to a PM oxidation mode (high oxygen concentration, low exhaust gas flow rate, high exhaust gas temperature).
Die Resonanzbedingung wird durch Variieren der Frequenz der Resonanzkammer 5 und Variieren einer Maschinenantriebsbedingung (Einlassluftströmungsrate, Kraftstoffeinspritzmenge, AGR-Menge und dergleichen) gesteuert. Beispielsweise werden eine Abgasströmungsrate, eine Temperatur, eine Feuchtigkeitskonzentration und eine Sauerstoffkonzentration geändert, wodurch eine Impedanz Z (L, R, C) der Resonanzkammer 5 variiert wird. Des Weiteren wird die Maschinenantriebsbedingung (Sauerstoffmenge, Abgasströmungsrate) so variiert, dass die PM-Oxidationsbedingung (Wärmeerzeugung, Wärmeabstrahlung) variiert wird. Als eine Folge wird die Impedanz Z (L, C, R) geändert, um die Resonanzbedingung zu variieren. Deshalb kann, nachdem das Mikrowellenerwärmen begonnen worden ist, die Resonanzbedingung aufrechterhalten werden, selbst während die Mikrowelle ausgestrahlt wird. The resonance condition is achieved by varying the frequency of the resonance chamber 5 and varying a machine drive condition (intake air flow rate, fuel injection amount, EGR amount, and the like). For example, an exhaust gas flow rate, a temperature, a humidity concentration and an oxygen concentration are changed, whereby an impedance Z (L, R, C) of the resonance chamber 5 is varied. Further, the engine driving condition (oxygen amount, exhaust gas flow rate) is varied so as to vary the PM oxidation condition (heat generation, heat radiation). As a result, the impedance Z (L, C, R) is changed to vary the resonance condition. Therefore, after the microwave heating has been started, the resonance condition can be maintained even while the microwave is being radiated.
In Schritt S105 werden der variable Schlitz 14 und die bewegbare Reflexionsplatte 15 in die Positionen gebracht, die in Schritt S104 definiert werden, um die Frequenz einzustellen. Dann geht der Ablauf weiter zu Schritt S106, in dem die Mikrowellenleistungszufuhr 3 aktiviert wird, um die Mikrowelle ausustrahlen. In nachfolgenden Schritten wird die PM-Oxidationsbedingung überwacht und optimiert.In step S105, the variable slot becomes 14 and the movable reflection plate 15 in the positions defined in step S104 to set the frequency. Then, the process proceeds to step S106, where the microwave power supply 3 is activated to emit the microwave. In subsequent steps, the PM oxidation condition is monitored and optimized.
In Schritt S107 bestimmt die ECU, ob ein PM-Oxidationswert „PMOV” geringer als oder gleich einem Schwellenwert „THOV” ist. Der PM-Oxidationswert „PMOV” ist ein Index zum Bestimmen, ob das Mikrowellenerwärmen in geeigneter Weise ausgeführt wird. Im Speziellen ist der PM-Oxidationswert „PMOV” ein Wert, auf dessen Basis eine Oxidationsbedingung, eine Resonanzbedingung oder eine PM-Temperatur überwacht werden kann. Wenn die Antwort in Schritt S107 JA ist, geht der Ablauf weiter zu Schritt S108, in dem das Mikrowellenerwärmen (Resonanzbedingung) eingestellt wird.In step S107, the ECU determines whether a PM oxidation value "PMOV" is less than or equal to a threshold value "THOV". The PM oxidation value "PMOV" is an index for determining whether the microwave heating is properly performed. Specifically, the PM oxidation value "PMOV" is a value on the basis of which an oxidation condition, a resonance condition, or a PM temperature can be monitored. When the answer is YES in step S107, the flow proceeds to step S108 where the microwave heating (resonance condition) is set.
Im Folgenden sind Verfahren zum Überwachen einer Erwärmungsbedingung der PM (Intensität der Resonanz) aufgeführt.
- 1) Ein Differenzialdruck zwischen einer stromaufwärtigen und einer stromabwärtigen Seite des PM-Anhäufungsabschnitts 51 wird mit dem Differenzialdrucksensor „SP” überwacht. Die Variation des Differenzialdrucks aufgrund der PM-Oxidation kann erfasst werden.
- 2) Die Mikrowellenübertragung, eine elektrische Spannung und ein Strom der reflektierten Mikrowelle werden überwacht. Auf der Basis von Ausgaben des Leistungsmessers 45, können Änderungen der Temperatur, des elektrischen Widerstands und des elektrischen Stroms des Isolators 42, der elektrischen Leistung, die zu der Resonanzkammer 5 übertragen wird, und der Resonanzbedingung der Resonanzkammer 5 erfasst werden.
- 3) Die Temperatur in dem PM-Anhäufungsabschnitt 51 wird mittels des Temperatursensors „ST” überwacht. Der Temperatursensor „ST” hat ein Strahlungsthermometer, einen Thermistor und ein Thermoelement, und erfasst eine Erhöhung der Temperatur des PM-Anhäufungsabschnitts 51.
- 4) Der Gassensor „SG” erfasst HC, NOx, die während der Oxidation erzeugt werden. Alternativ ist ein PM-Sensor vorgesehen, um nicht verbrannte PM zu erfassen, wodurch eine Oxidationsbedingung der PM erfasst werden kann.
The following are methods for monitoring a heating condition of the PM (intensity of resonance). - 1) A differential pressure between an upstream and a downstream side of the PM accumulation section 51 is monitored with the differential pressure sensor "SP". The variation of the differential pressure due to the PM oxidation can be detected.
- 2) The microwave transmission, an electric voltage and a current of the reflected microwave are monitored. On the basis of outputs of the power meter 45 , changes of temperature, electrical resistance and electric current of the insulator can 42 , the electrical power leading to the resonance chamber 5 is transmitted, and the resonance condition of the resonance chamber 5 be recorded.
- 3) The temperature in the PM accumulation section 51 is monitored by means of the temperature sensor "ST". The temperature sensor "ST" has a radiation thermometer, a thermistor and a thermocouple, and detects an increase in the temperature of the PM accumulation portion 51 ,
- 4) The gas sensor "SG" detects HC, NOx generated during the oxidation. Alternatively, a PM sensor is provided to detect unburned PM, whereby an oxidation condition of the PM can be detected.
In Schritt S107, wenn der PM-Oxidationswert „PMOV”, der durch die vorstehenden Sensoren überwacht wird, größer als der Schwellenwert „THOV” ist, bestimmt die ECU, dass das Mikrowellenerwärmen gut durchgeführt wird. Wenn die Antwort in Schritt S107 JA ist, geht der Ablauf weiter zu Schritt S109, in dem die derzeitige Bedingung aufrechterhalten wird. Dann geht der Ablauf weiter zu Schritt S110.In step S107, when the PM oxidation value "PMOV" monitored by the above sensors is greater than the threshold value "THOV", the ECU determines that the microwave heating is performed well. If the answer is YES in step S107, the flow advances to step S109 where the current condition is maintained. Then, the flow proceeds to step S110.
Wenn die Antwort in Schritt S107 NEIN ist, geht der Ablauf weiter zu Schritt S108, in dem die Resonanzbedingung durch Ändern der Frequenz oder Bewegen der bewegbaren Reflektionsplatte 15 eingestellt wird. In einem Fall beispielsweise, dass die Mikrowellenleistungsversorgung 3 eine Magnetfeldröhre ist, wird die Position der bewegbaren Reflektionsplatte 15 so eingestellt, dass die Resonanzbedingung der Resonanzkammer 5 optimiert ist. Des Weiteren wird durch Steuern der Sauerstoffkonzentration des Abgases, das in die Resonanzkammer 5 eingeleitet wird, die Optimierung der Resonanzbedingung weiter verbessert.If the answer is NO in step S107, the flow proceeds to step S108, where the resonance condition is changed by changing the frequency or moving the movable reflecting plate 15 is set. In one case, for example, that the microwave power supply 3 is a magnetic field tube, the position of the movable reflection plate becomes 15 adjusted so that the resonance condition of the resonance chamber 5 is optimized. Furthermore, by controlling the oxygen concentration of the exhaust gas entering the resonance chamber 5 is initiated, the optimization of the resonance condition further improved.
Dann geht der Ablauf weiter zu Schritt S110, in dem die ECU bestimmt, ob der PM-Oxidationswert „PMOV” einen bestimmten Oxidationsabbruchschwellenwert „OTV” erreicht. Wenn die Antwort in Schritt S110 NEIN ist, geht der Ablauf zurück zu Schritt S107. Der Oxidationsabbruchschwellenwert „OTV” kann in geeigneter Weise auf der Basis des Differenzialdrucks, der übertragenen elektrischen Leistung, der Temperatur und dergleichen eingerichtet werden. Wenn die Antwort in Schritt S110 JA ist, geht der Ablauf weiter zu Schritt S111, in dem die Ausstrahlung der Mikrowelle beendet wird.Then, the flow proceeds to step S110 where the ECU determines whether or not the PM oxidation value "PMOV" reaches a certain oxidation termination threshold "OTV". If the answer is NO in step S110, the flow returns to step S107. The oxidation termination threshold "OTV" may be appropriately set based on the differential pressure, the transmitted electric power, the temperature, and the like. If the answer is YES in step S110, the flow advances to step S111 in which the radiation of the microwave is stopped.
12A bis 12C sind Zeitablaufdiagramme, die eine Beziehung zwischen dem PM-Oxidationswert „PMOV” und einer verstrichenen Zeit zeigen. Wie in 12C gezeigt ist, wenn ein ideales Mikrowellenerwärmen ausgeführt wird, steigt die Temperatur des PM-Anhäufungsabschnitts 51 zu der Zeit, zu der in Schritt S106 die Mikrowelle ausgestrahlt wird, stark an. Die Mikrowelle, die in die Resonanzkammer 5 eingebracht wird, wird durch die PM direkt absorbiert. Da ein Mikrowellenabsorber im Gegensatz zu dem herkömmlichen System nicht verwendet wird, kann ein Energieverlust verringert werden. Somit kann ohne Einstellen der Resonanzbedingung die derzeitige Bedingung in Schritt S109 aufrechterhalten werden. Dann, falls die Temperatur des PM-Anhäufungsabschnitts 51 größer als ein bestimmter Wert wird, wird die Verbrennung der PM leicht ohne weitere Energie fortgeführt. Somit wird in Schritt S111 die Ausstrahlung der Mikrowelle beendet. Die Temperatur des PM-Anhäufungsabschnitts 51 wird für eine bestimmte Zeitspanne hoch gehalten. Wenn die PM entfernt werden, verringert sich die Temperatur des PM-Anhäufungsabschnitts schnell, um dessen Regeneration zu beenden. 12A to 12C FIG. 15 is timing charts showing a relationship between the PM oxidation value "PMOV" and an elapsed time. As in 12C That is, when ideal microwave heating is performed, the temperature of the PM accumulation portion increases 51 at the time when the microwave is radiated in step S106, sharply. The microwave, which is in the resonance chamber 5 is absorbed directly by the PM. Since a microwave absorber, unlike the conventional system not is used, energy loss can be reduced. Thus, without setting the resonance condition, the current condition can be maintained in step S109. Then, if the temperature of the PM accumulation section 51 greater than a certain value, PM combustion is easily continued without further energy. Thus, in step S111, the radiation of the microwave is stopped. The temperature of the PM aggregation section 51 is kept high for a certain period of time. When the PMs are removed, the temperature of the PM accumulation section quickly decreases to stop its regeneration.
12A zeigt einen Fall, in dem der PM-Oxidationswert „PMOV” aufgrund einer anfänglichen Ausrichtungsabweichung niedrig ist (keine Resonanz tritt auf). Selbst nachdem die Mikrowelle in Schritt S106 ausgestrahlt worden ist, erhöht sich die Temperatur nicht ausreichend. In Schritt S108 wird die Position der bewegbaren Reflexionsplatte 15 oder die Frequenz der Mikrowelle optimiert. 12B zeigt den Fall, in dem die Bedingung in der Resonanzkammer 5 geändert wird und der PM-Oxidationswert „PMOV” niedriger wird, obwohl sich die Temperatur erhöht, unmittelbar nachdem die Mikrowelle ausgestrahlt worden ist. In Schritt S108 wird die Position der bewegbaren Reflexionsplatte 15 oder die Frequenz der Mikrowelle optimiert, so dass sich die Temperatur wieder erhöht. 12A Fig. 14 shows a case where the PM oxidation value "PMOV" is low due to an initial alignment deviation (no resonance occurs). Even after the microwave is radiated in step S106, the temperature does not sufficiently increase. In step S108, the position of the movable reflection plate becomes 15 or the frequency of the microwave optimized. 12B shows the case where the condition in the resonance chamber 5 is changed and the PM oxidation value "PMOV" becomes lower although the temperature increases immediately after the microwave has been radiated. In step S108, the position of the movable reflection plate becomes 15 or the frequency of the microwave is optimized so that the temperature increases again.
Wie vorstehend beschrieben ist, werden gemäß dem Abgasreinigungssystem der vorliegenden Erfindung Partikel, die von einer Dieselmaschine abgegeben werden, gefangen und durch Mikrowellenerwärmen verbrannt. Die gefangenen Partikel können umgehend verbrannt und entfernt werden. Des Weiteren kann die vorliegende Erfindung nicht nur auf eine Dieselmaschine, sondern auch auf eine andere Brennkraftmaschine angewendet werden.As described above, according to the exhaust gas purification system of the present invention, particles discharged from a diesel engine are caught and burnt by microwave heating. The trapped particles can be burned and removed immediately. Furthermore, the present invention can be applied not only to a diesel engine but also to another internal combustion engine.
Ein Einmoden-Mikrowellenbrenner (1) ist in einem Abgasrohr (2) einer Dieselmaschine (E) vorgesehen. Eine Mikrowellenleistungsversorgung (3) erzeugt eine Mikrowelle, die in eine Resonanzkammer (5) eingeleitet wird. Die Resonanzkammer (5) ist zwischen einem variablen Schlitz (14) und einer bewegbaren Reflektionsplatte (15) definiert und beherbergt einen Dieselpartikelfilter (52). Partikel, die an dem Dieselpartikelfilter (52) angehäuft werden, werden durch Mikrowellenerwärmen verbrannt.A single-mode microwave burner ( 1 ) is in an exhaust pipe ( 2 ) of a diesel engine (E). A microwave power supply ( 3 ) generates a microwave that enters a resonance chamber ( 5 ) is initiated. The resonance chamber ( 5 ) is between a variable slot ( 14 ) and a movable reflecting plate ( 15 ) defines and houses a diesel particulate filter ( 52 ). Particles attached to the diesel particulate filter ( 52 ) are burned by microwave heating.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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JP 2006-140063 A [0004, 0007, 0008] JP 2006-140063 A [0004, 0007, 0008]
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JP 7-127436 A [0005] JP 7-127436 A [0005]
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JP 2000-104538 A [0006] JP 2000-104538 A [0006]
