DE69401133T2

DE69401133T2 - Regenerierungsvorrichtung eines Filters für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69401133T2
Application number: DE69401133T
Authority: DE
Inventors: Norihiko Fujiwara; Tomotaka Nobue
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-01-20
Filing date: 1994-01-18
Publication date: 1997-05-15
Anticipated expiration: 2014-01-19
Also published as: KR940018547A; US5423180A; CN1097039A; EP0608752B1; JPH06212946A; JP2738251B2; DE69401133D1; CN1048070C; EP0608752A1; KR0152322B1

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung:

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Regenerieren bzw. zur Regeneration eines Filters für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, welche geschaffen wurde, um partikelförmige Stoffe (particulate matter) einzufangen, welche in einem Abgas enthalten sind, das von einer Dieselmaschine bzw. einem Dieselmotor abgegeben wird, durch Entfernen der partikelförmigen Stoffe, die durch den Filter eingefangen wurde, in einer solchen Art und Weise, daß der partikelförmige Stoff erwärmt, bzw. erhitzt und verbrannt wird unter Verwendung von Mikrowellen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung zum Regenerieren eines Filters, bei welcher eine Heizvorrichtung und eine Verbrennungsvorrichtung auf der Grundlage bzw. der Basis der Menge der partikelförmigen Stoffe in dem Filter während der Erwärmung bzw. Erhitzung und dem Verbrennen der partikelförmigen Stoffe gesteuert bzw. geregelt wird.

2. Beschreibung des Standes der Technik:

Eine Dieselmaschine bzw. ein Diese imotor hat vorteilhafte rweise einen größeren Verbrennungswirkungsgrad und eine größere Haltbarkeit bzw. Widerstandsfähigkeit, verglichen mit einem Benzinmotor. Andererseits bat der Dieselmotor einen Nachteil dadurch, daß er eine große Menge von luftverschmutzenden Stoffen ausströmen läßt. Das Abgas, das von dem Dieselmotor abgegeben wird, umfaßt Stickoxide und partikelförmige Stoffe und wird als eine wesentliche Ursache für eine Erkrankung der Atemwege erachtet. Aus diesem Grund wurden die Vorschriften bezüglich dieser Abgase verschärft. Zur Berücksichtigung dieser strengen Vorschriften wurden einige Gegenmaßnahmen ergriffen, wie ein verbessertes Verbrennungsverfahren wie zum Beispiel die Verzögerung der Kraftstoffeinspritzzeit und eine Entschwefelung von Leichtöl. Technisch betrachtet hat die Verminderung der Stickoxide und die Verminderung der partikelförmigen Stoffe eine nachteilige Wechselwirkung, so daß die Gegenmaßnahmen, mit welchen die Stickoxide in der Nähe bzw. Umgebung des Motors vermindert werden und die partikelförmigen Stoffe in dem Verbrennungssystem verarbeitet werden, gegenwärtig als die am meisten bevorzugten erachtet werden. Es gibt im wesentlichen drei Arten von partikelförmigen Stoffen, nämlich lösliche organische Bestandteile (Soluble Organic Fraction, SOF), Ruß und Schwefelverbindungen. Als Verfahren zum Entfernen der partikelförmigen Stoffe in dem Abgassystem wurde ein Oxidationskatalysatorverfahren bzw. ein katalytisches Verbrennungsverfahren zur Verminderung von SOF, und ein Verfahren zum Einfangen der partikelförmigen Stoffe mit einem Filter entwickelt. Das Oxidationskatalysatorverfahren kann nicht den Ruß vermindern, so daß es bevorzugt wird, das Verfahren, das einen Filter verwendet, zu verwenden.
Jedoch wird der Filter bald verstopft bzw. blockiert, wenn die partikelförmigen Stoffe bis zur ganzen Kapazität des Filters eingefangen werden. Entsprechend wird die Einfangfähigkeit des Filters vermindert, und ein gleichmäßiger Fluß des Abgases wird verhindert. Als ein Ergebnis davon wird die Ausgangsleistung des Motors erheblich vermindert oder im schlimmsten Fall wird der Motor gestoppt. Aufgrund dieser Umstände wurden weltweit technologische Versuche unternommen, den Filter zu regenerieren. In dem Fall, in dem die eingefangene Menge gering und die Erwärmung bzw. Erhitzung wahrscheinlich nicht ausreichend ist, werden die erhitzten partikelförmigen Stoffe nicht vollständig verbrannt. Dies hat eine unzureichende Regeneration zur Folge. In dem Fall, in dem die eingefangene Menge groß ist und die Erhitzung übermäßig sein kann, kann der Filter mechanisch beschädigt werden durch das Verbrennen bei einer ungewöhnlich hohen Temperatur, die durch das übermäßige Erhitzen verursacht wird. Im Hinblick auf die oben geschilderten Fälle besteht das wichtigste praktische Problem darin, die Fortdauer der Einfangfähigkeit des Filters sicherzustellen.
Um dieses Problem zu lösen, ist es notwendig, den Betrieb der Heizvorrichtung und die Zufuhr von Gas zum Verbrennen der erhitzten partikelförmigen Stoffe zu steuern bzw. zu regeln, und zwar auf der Grundlage bzw. basierend auf den Erhitzungs- und Verbrennungsbedingungen bzw. -zuständen der partikelförmigen Stoffe.
Es ist bekannt, daß die partikelförmigen Stoffe bei einer Temperatur von 600 ºC oder höher verbrannt werden. Als ein Mittel, um Energie zur Erhitzung der partikelförmigen Stoffe zu einer so hohen Temperatur zu erzeugen, wurden verschiedene Verfahren vorgeschlagen. Unter den vorgeschlagenen Verfahren kann ein Verfahren, das Mikrowellen verwendet, vorteilhafterweise den Leistungsverbrauch verringern, weil die partikelförmigen Stoffe selbst selektiv erhitzt werden.
Eine Vorrichtung zur Regenerierung eines Filters durch Entfernen der partikelförmigen Stoffe unter Verwendung von Mikrowellen als Erhitzungsenergie wird zum Beispiel in der japanischen Offenlegungsschrift Nr.61-11416 offenbart. Figur 12 zeigt die Vorrichtung, die in der oben angegebenen Veröffentlichung offenbart wird. Wie in Figur 12 gezeigt, umfaßt die Vorrichtung einen Motor 1, ein Abgasrohr 2, einen Filter 3, eine Mikrowellenheizkammer 4, ein Magnetron 5 als Mikrowellenerzeugungsvorrichtung, eine Mikrowellenabschirmvorrichtung 6 zur Begrenzung des Mikrowellenheizplatzes, eine Mikrowellenübertragungsvorrichtung 7 zur Übertragung der Mikrowellen, die von dem Magnetron 5 erzeugt wurden, zu der Mikrowellenheizkammer 4, Detektoren 8 und 9, welche in den Mikrowellenübertragungswegen vorgesehen sind, zum Detektieren der Mikrowellen, die der Heizkammer 4 zugefuihrt und von dieser reflektiert werden, und ein Steuer- bzw. Regelvorrichtung 10 zum Steuern bzw. Regeln des Betriebs des Magnetrons 5, basierend auf den Signalen der detektierten bzw. gemessenen Mikrowellen, die der Heizkammer 4 zugeführt bzw. von dieser reflektiert wurden, und dem Signal, das die Betriebszeit des Motors anzeigt. Die Vorrichtung umfaßt weiter eine Betriebsleistungsversorgung 11, und einen Auspufftopf 12.
Mit der obigen Konstruktion werden die partikelförmigen Stoffe, die in dem Abgas enthalten sind, das aus dem Motor ausströmt, von dem Filter 3 eingefangen, wenn das Abgas durch den Filter 3 fließt. Die gesamte Menge der partikelförmigen Stoffe, die von dem Filter 3 eingefangen wurden, steigt an, wenn die Zeit verstreicht. Entsprechend wird in diesem Verfahren das Magnetron 5 zu einem vorherbestimmten Zeitraum bzw. einer Periode in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal der Regel- bzw. Steuervorrichtung 10 betrieben. Die Mikrowellen, die vom Magnetron 5 erzeugt wurden, werden der Heizkammer 4 zugeführt. Die Mikrowellen gelangen zuerst in die Heizkammer 4 und erreichen eine Wand der Heizkammer 4 durch das Innere des Filters 3. Dann werden die Mikrowellen durch die Wand der Heizkammer 4 reflektiert und zum Magnetron 5 zurückgeschickt. Während der Übertragung der Mikrowellen werden die Signale der in die Heizkammer 4 eintretenden Wellen und der von der Heizkammer 4 reflektierten Wellen detektiert bzw. gemessen. Basierend auf diesen Signalen wird die Veränderung der Mikrowelleneigenschaften bzw. -merkmale entlang der Heizkammer 4 als ein Welligkeitsfaktor bzw. Stehwellenverhältnis gemessen.
Wenn die Menge der partikelförmigen Stoffe, die von dem Filter 3 eingefangen wurden, zu groß wird, wird die Last im Bezug auf den Motor erhöht. Im schlimmsten Fall kann die Maschine gestoppt werden. Demzufolge ist es notwendig, die partikelförmigen Stoffe zu einer geeigneten Zeit bzw. geeigneten Zeitpunkten zu entfernen. Die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 10 speichert den unteren Grenzwert des Welligkeitsfaktors bzw. Stehwellenverhältnisses, das einer bestimmten Menge der eingefangenen partikelförmigen Stoffe entspricht, d.h. den geeigneten Zeitpunkt.
Wenn der Welligkeitsfaktor bzw. das Stehwellenverhältniss, das mit den detektierten bzw. gemessenen Signalen erhalten wurde, gleich oder geringer als der untere Grenzwert davon wird, der in der Steuer- bzw. Regelvorrichtung 10 gespeichert ist, wird die Abgabe des Magnetrons 5 erhöht, um so die partikelförmigen Stoffe, die von dem Filter 3 eingefangen wurden, dielektrisch zu erhitzen, und auch die partikelförmigen Stoffe zu verbrennen und zu entfernen, unter Verwendung des Sauerstoffs, der mit dem Abgas transportiert wird. Zusätzlich wird, detektiert, wenn der Welligkeitsfaktor bzw. das Stehwellenverhältnis während der Regenerierung einen vorherbestimmten oberen Grenzwert davon erreicht oder überschreitet, wonach das Verbrennen und das Entfernen der partikelförmigen Stoffe, die von dem Filter 3 eingefangen wurden, vollendet ist, so daß der Betrieb des Magnetrons 5 gestoppt wird. Es wird auch offenbart, daß der Welligkeitsfaktor bzw. das Stehwellenverhältnis, basierend auf der Filtertemperatur, korrigiert wird.
Die oben beschriebene herkömmliche Vorrichtung offenbart ein Verfahren zum Bestimmen der Zeit, zu welcher der Filter regeneriert wird, oder ein Verfahren zum Bestimmen der Zeit, zu welcher die Regeneration abgeschlossen ist. Jedoch beinhaltet die herkömmliche Vorrichtung das folgende Problem in dem Verfahren zum Steuern bzw. Regeln des Erhitzens, Verbrennens und Entfernens der partikelförmigen Stoffe.
Das Problem besteht darin, daß die Detektorsignale zum Bestimmen der Zeit, zu welcher die Regeneration beendet wird, nicht zuverlässig sind. Dieses Problem kann die Zuverlässigkeit bei der Bestimmung der Zeit, zu welcher die nächste Regeneration begonnen wird, stören. Dieses Problem resultiert aus dem Fluß des Abgases durch den Filter während der dielektrischen Erhitzung durch die Mikrowellen. Die Korrektur des Welligkeitsfaktors bzw. Stehwellenverhältnisses unter Verwendung der Filtertemperatur läßt darauf schließen, daß die eingefangene Menge während der Regeneration feststeht. In einem Verfahren zum Verbrennen und Entfernen der feststehenden Menge von partikelförmigen Stoffen, wenn die Filtertemperatur gering ist, werden die partikelförmigen Stoffe beidem ausgesetzt, der Erhitzung durch die Mikrowellen und dem Abkühlen durch das Abgas zur gleichen Zeit. Als ein Ergebnis davon werden die partikelförmigen Stoffe in der Umgebung der stromaufwärts des Abgases liegenden Seite des Filters nicht bis zur Verbrenntemperatur erhitzt, so daß sie übrigbleiben. Die übriggebliebenen partikelförmigen Stoffe in der stromaufwärtigen Seite des Filters verhindern, daß die reflektierte Welle bis zu einem gewünschten Pegel ansteigt, so daß der Welligkeitsfaktor bzw. das Stehwellenverhältnis nicht bis zu dem vorherbestimmten oberen Grenzwert des Welligkeitsfaktors bzw. Stehwellenverhältnisses erhöht wird. Demzufolge ist es schwer, genau die Zeit zu bestimmen, zu welcher die Erhitzung durch Mikrowellen gestoppt wird. Wenn die Filtertemperatur hoch ist (d.h., wenn die Temperatur des Abgases hoch ist, und eine große Menge von partikelförmigen Stoffen ausströmt), wird die Erhitzung in dem stromaufwärtigen Teil des Abgases des Filters ermöglicht, und die partikelförmigen Stoffe in diesem Teil gehen in einen verbrennenden Zustand über. In diesem Fall hängt das Ausmaß der Verbrennung nur von der Flußmenge des Abgases ab. Demzufolge ist es unmöglich, das Auftreten einer ungewöhnlich hohen Verbrennungstemperatur zu vermeiden. Es ist auch unmöglich, eine mechanische Beschädigung des Filters zu vermeiden.
Die internationale Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer WO 90/01618 zeigt, daß die Flußmenge des Abgases durch den Filter während der dielektrischen Erhitzung der partikelförmigen Stoffe durch die Mikrowellen vermindert wird. Gemäß der herkömmlichen Vorrichtung, welche in der internationalen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer WO 90/01618 offenbart wird, wird der Kühleffekt durch das Abgas verringert, wenn die partikellrmigen Stoffe zunächst erhitzt werden, so daß das Erhitzen der partikelförmigen Stoffe in dem stromaufwärtigen Teil des Filters durch Mikrowellenenergie ermöglicht werden kann.
Zusätzlich offenbart die internationale Anmeldung mit der Veröffentlichungsnummer WP 90/01618, daß die partikelförmigen Stoffe, welche zuvor unter Verwendung von Sekundärluft erhitzt werden, verbrannt werden. Jedoch treten, wie oben beschrieben, die Mikrowellen, die in Richtung der Heizkammer abgestrahlt werden, immer durch den Filter hindurch und erreichen eine Wand der Heizkammer auf der gegenüberliegenden Seite des Filters. Dies kommt daher, weil die partikelformigen Stoffe, welche in einem begrenzten Bereich des Filters vorkommen, nicht alle abgestrahlten Mikrowellen absorbieren können. Dementsprechend kann die Heizkammer verschiedene Bereiche umfassen, welche von den Eigenschaften des elektromagnetischen Feldes abhängen, wie ein partikelförmige Stoffe einfangender Bereich, wo die Temperatur erheblich ansteigt, ein partikelförmige Stoffe einfangender Bereich, wo die Temperatur langsam ansteigt, und einen Bereich, wo kaum eine Temperaturveränderung stattfindet. Es ist sehr schwer, die Temperatur der partikelförmigen Stoffe zu bestimmen, welche in dem Bereich vorkommen, wo die Temperatur erheblich ansteigt, insbesondere die Temperatur der partikelförmigen Stoffe, welche in dem stromaufwartigen Teil des Filters vorkommen, basierend auf dem oben erwähnten Welligkeitsfaktor bzw. Stehwellenverhältnis oder einem Reflexionskoeffizient, welcher aus den elektromagnetischen Eigenschaften entlang der Heizkammer ermittelt wird.
Deshalb ist es schwierig, den Zeitraum zur anfänglichen Erhitzung der partikelförmigen Stoffe optimal zu steuern bzw. zu regeln, und es ist schwierig sicherzustellen, daß das Auftreten einer ungewöhnlich hohen Verbrennungstemperatur, verursacht durch die Zufuhr von Abgas oder Sekundärluft, vermieden wird, um so eine gleichmäßige Verbrennung zu bewirken.
In dem Fall, wo die partikelförmigen Stoffe verbrannt werden unter Zufuhr von Sekundärluft, ist die Steuerung bzw. Regelung in Bezug auf die Beendigung der Zufuhr der Sekundärluft wichtig. Jedoch ist in dem Verfahren nach dem Stand der Technik diese Steuerung bzw. Regelung nicht zuverlässig. Dementsprechend besteht eine Möglichkeit, daß das Abgas mit einer geringen Temperatur zum Fließen durch den Filter veranlaßt wird, welcher in einem Hochtemperaturzustand durch die verbrennenden partikelförmigen Stoffe ist. Dies kann eine mechanische Beschädigung des Filters aufgrund der thermischen Belastung zur Folge haben, welche durch den Fluß des Abgases mit einer geringen Temperatur in dem Filter verursacht wird.
Das US-Patent Nr.5,195,317 schl;:gt eine Vorrichtung zum Detektieren bzw. Messen des Wechsels der elektromagnetischen Verteilung in der Heizkammer, verursacht durch die Veränderung der effektiven Dielektrizitätskonstante und dem dielektrischen Verlust des Filters zusammen mit dem Ansteigen der Menge der eingefangenen partikelförmigen Stoffe vor.
Jedoch ist der Detektionsabschnitt der Vorrichtung in so einer Art konstruiert, daß ein Schlitz in der Wand der Heizkammer vorgesehen ist, und die Mikrowellen, die durch den Schlitz hindurchtreten, werden von einer Antenne detektiert. Demzufolge umfaßt die Konstruktion des Detektionsabschnitts die Ausbildung des Schlitzes. Das bedeutet, daß die Konstruktion des Detektionsabschnittes etwas kompliziert und von großem Ausmaß ist. Desweiteren entsteht ein Problem, wenn eine Vielzahl von Detektionsabschnitten angeordnet wird, dadurch, daß sie nicht nahe beieinander angeordnet werden können.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Regenerierungsvorrichtung eines Filters für eine Brennkraftmaschine der vorliegenden Erfindung wird durch Anspruch 1 definiert. Geeignete Ausführungsformen werden durch die Unteransprüche definiert.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Regenerierungsvorrichtung des Filters weiter eine Luftzufuhrvorrichtung zur Zufuhr eines Gases, das Sauerstoff enthält, zu der Heizkammer über den zweiten Öffnungsbereich, wobei die Steuer- bzw. Regelvorrichtung die Luftzuführvorrichtung steuert bzw. regelt, um das Gas der Heizkammer in Abhängigkeit von dem Detektionssignal zuzuführen.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das Gas, das durch die Luftzufuhrvorrichtung zugeführt wird, das Abgas, das aus der Brennkraftmaschine ausgestoßen wird.
In einer anderen Ausf;ihrungsform der Erfindung ist die Luft, die durch die Luftzufuhrvorrichtung zugeführt wird, ein atmosphärisches Gas bzw. Umgebungsluft, das bzw. die außerhalb der Vorrichtung vorkommt, und die Luftzufuhrvorrichtung führt das atmosphärische Gas der Heizkammer zu, ohne daß es durch die Brennkraftmaschine geführt wird.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung gibt der Mikrowellendetektor das Detektionssignal mehrere Male aus, bevor die Luftzufuhrvorrichtung gestartet wird und wenn die Mikrowellenerzeugungsvorrichtung die Mikrowellen erzeugt, und wobei die Steuer- bzw. Regelvorrichtung die Luftzufuhrvorrichtung startet, wenn das Detektionssignal im wesentlichen mit einem vorherbestimmten Wert zusammenfällt bzw. übereinstimmt.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung speichert die Regel- bzw. Steuervorrichtung zumindest einen vorherbestimmten Wert, und der Mikrowellendetektor stellt die Leistung der Mikrowellen in einer Periode fest, welche verkürzt wird, wenn das Detektionssignal dem vorherbestimmten Wert nahekommt.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung bestimmt die Regel- bzw. Steuervorrichtung einen Zeitpunkt, bei welchem eines der Detektionssignale im wesentlichen mit dem vorherbestimmten Wert übereinstimmt, basierend auf den Detektionssignalen, und startet die Luftzufuhrvorrichtung zu diesem Zeitpunkt.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist die Regenerierungsvorrichtung eines Filters weiter eine Warnvorrichtung für ungewöhnliche Ereignisse zur Erzeugung eines Warnsignals auf, wobei die Warnvorrichtung für ungewöhnliche Ereignisse das Warnsignal unter der Steuerung bzw. Regelung der Regel- bzw. Steuervorrichtung erzeugt, wenn das Detektionssignal nicht in einen vorherbestimmten Bereich fällt.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung hat der Mikrowellendetektor eine koaxiale Leitung, und der Detektionsabschnitt ist als ein zentraler Leiter der koaxialen Leitung ausgebildet.
In einer Ausführungsform der Erfindung beginnt die Regel- bzw. Steuervorrichtung die zweite Stufe, basierend auf der Leistung der detektierten Mikrowelle, detektiert durch den Mikrowellendetektor in der ersten Stufe.
In einer Ausführungsform der Erfindung beginnt die Regel- bzw. Steuervorrichtung die dritte Stufe, basierend auf der Leistung der detektierten Mikrowelle, detektiert durch den Mikrowellendetektor in der zweite Stufe.
Demzufolge ermöglicht die hierin beschriebene Erfindung die Vorteile von (1) Schaffen einer Vorrichtung zur Regenerierung eines Filters für eine Brennkraftmaschine, welche genau die Menge der partikelförmigen Stoffe, während beidem, der Einfangperiode und der Heiz- und Verbrennperiode in dem Filter messen kann, und die partikelförmigen Stoffe entfernen kann durch Steuerung bzw. Regelung des Betriebs der Heizvorrichtung und der Gaszufuhrvorrichtung, basierend auf den Signalen, welche der Menge der eingefangenen partikelförmigen Stoffe entsprechen, um so die Regenerationszuverlässigkeit der Filtereinfangfähigkeit sicherzustellen, und (2) Schaffen einer Vorrichtung, in welcher die Einfachheit des Zusammenbaus der Detektionsvorrichtung verbessert wird, und die Detektionsvorrichtung billig hergestellt werden kann.
Gemäß der Regenerierungsvorrichtung eines Filters der Erfindung können die folgenden Wirkungen erreicht werden.
(1) Der Detektionsabschnitt des Mikrowellendetektors ist durch das thermisch isolierende Element in dem Raum umgeben, durch welchen das Abgas nicht hindurchströmt, so daß der Detektionsabschnitt nicht durch das Abgas verschmutzt wird, und der Detektionsabschnitt kann von der Hitze des Abgases geschützt werden. Deshalb kann der Detektionsabschnitt immer genau die Leistung der Mikrowellen detektieren, welche der Menge der vom Filter eingefangenen partikelförmigen Stoffe entspricht, so daß die Steuer- bzw. Regelvorrichtung, die Mikrowellenerzeugungsvorrichtung, die Luftzufuhrvorrichtung und verschiedene Ventile genau steuern bzw. regeln kann.
(2) Weil die Periode zum Detektieren bzw. Messen der Mikrowellenleistung variiert werden kann, und weil insbesondere diese Periode verkürzt wird, wenn das Detektionssignal nahe an den vorherbestimmten Wert kommt, welcher in der Steuer- bzw. Regelvorrichtung gespeichert ist, kann die Verteilung und Veränderung bzw. der Wechsel der Mikrowellenleistung in der Heizkammer genau zu der Steuer- bzw. Regelvorrichtung über das Detektionssignal übermittelt werden. Als ein Ergebnis davon kann die Steuer- bzw. Regelvorrichtung die Mikrowellenerzeugungsvorrichtung, die Luftzufuhrvorrichtung, und verschiedene Ventile zu geeigneten Zeitpunkten, basierend auf der genauen Messung der Menge der partikelförmigen Stoffe, welche auf dem Filter abgelagert sind, der Verbrennungsbedingung bzw. dem Verbrennungszustand, und dem Verbrennungsbereich steuern bzw. regeln.
(3) Die Mikrowellenleistung kann zu einer Vielzahl von verschiedenen Zeitpunkten detektiert werden, so daß die Verteilung und Veränderung bzw. der Wechsel der Mikrowellenleistung in der Heizkammer genau zu der Steuer- bzw. Regelvorrichtung über das Detektionssignal übermittelt werden können. Als ein Ergebnis davon kann die Steuer- bzw. Regelvorrichtung die Mikrowellenerzeugungsvorrichtung, die Luftzufuhrvorrichtung, und verschiedene Ventile zu geeigneten Zeitpunkten, basierend auf der genauen Messung der Menge der partikelförmigen Stoffe, welche auf dem Filter abgelagert sind, der Verbrennungsbedingung bzw. dem Verbrennungszustand, und dem Verbrennungsbereich steuern bzw. regeln.
(4) Weil der Mikrowellendetektor eine koaxiale Leitung umfaßt und der Detektionsabschnitt als ein zentraler Leiter der koaxialen Leitung ausgebildet ist, kann die Vorrichtung leicht an der Heizkammer angebracht werden. Demzufolge kann die Vorrichtung eine einfache Struktur bzw. einen einfachen Aufbau haben und kann billig hergestellt werden.
Aufgrund der oben angeführten Gründe können gemäß der Regenerierungsvorrichtung eines Filters nach der vorliegenden Erfindung die partikelförmigen Stoffe oder ähnliche Stoffe, welche in dem Abgas enthalten sind, welches vom Filter eingefangen wurde, zuverlässig und wirksam zu einem geeigneten Zeitpunkt entfernt werden. Zusätzlich kann gemäß der Regenerierungsvorrichtung eines Filters der vorliegenden Erfindung eine Unterbrechung bzw. Störung der Verbrennung und ungewöhnlich hohe Verbrennungstemperaturen der partikelförmigen Stoffe während der Filterregeneration vermieden werden, so daß eine mechanische Beschädigung der Vorrichtung verhindert werden kann, und eine Verminderung der Leistung des Motors und das Anhalten der Maschine können auch verhindert werden. Desweiteren kann die Regenierungsvorrichtung für einen Filter der vorliegenden Erfindung wirksam den Filter regenerieren, so daß die Aufnahme elektrischer Leistung für die Filterregeneration minimiert werden kann. Die Regenerierungsvorrichtung eines Filters der vorliegenden Erfindung hat eine einfache Struktur bzw. einen einfachen Aufbau, so daß der Zusammenbau und die Reparatur der Vorrichtung einfach durchgeführt werden kann, und die Vorrichtung kann zu geringen Kosten hergestellt werden. Als ein Ergebnis davon ist die Vorrichtung dieser Erfindung geeignet, um an einem Automobil bzw. Kraftwagen angebracht zu werden. Desweiteren bewertet die Vorrichtung der Erfindung die Menge der partikelförmigen Stoffe, welche nicht verbrannt wurde und nicht entfernt zurückbleibt. Demzufolge kann die Vorrichtung den Verwender sofort über das Auftreten einer ungewöhnlichen Erscheinung warnen, wenn ein Fehler in der Verbrennung der partikelförmigen Stoffe auftritt. Deshalb kann der Benutzer die Wartung der Vorrichtung zu einem geeigneten Zeitpunkt durchführen.
Diese und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann offensichtlich werden, wenn er die folgende ausführliche Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren liest und versteht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt die Konstruktion einer Vorrichtung zur Regenerierung eines Filters für eine Brennkraftmaschine in dem ersten Beispiel gemäß der Erfindung.
Figur 2 ist eine Querschnittsansicht der Hauptbereiche der Vorrichtung, welche in Figur 1 gezeigt ist.
Figur 3 zeigt die Kennlinien der Verteilung des elektrischen Felds der Mikrowellen in der Heizkammer, welche in Figur 1 gezeigt ist.
Figur 4 zeigt die Kennlinien der Mikrowellenleistung, die in verschiedenen Detektionsstellungen im Bezug auf die eingefangene Menge von partikelförmigen Stoffen in dem Filter detektiert wurden.
Figur 5 zeigt die Kennlinien der Mikrowellenleistung, welche in der Detektionsstellung F1 in Figur 3 im Bezug auf die Filtertemperatur detektiert wurden.
Figur 6 zeigt die Veränderungskennlinienentlang der Zeitachse der Mikrowellenleistung, die in jeder Detektionsstellung während der Regeneration detektiert wurden.
Figur 7 ist ein Zeitablaufdiagramm für ein Steuer- bzw. Regelverfahren für das Einfangen und die Regeneration des Filters, der für die Brennkraftmaschine in dem ersten Beispiel der Erfindung verwendet wurde.
Figuren 8A und 8B sind Flußdiagramme, die das Steuer- bzw. Regelprogramm zeigen, welches beim Einfangen und während der Regeneration des Filters, der für die Brennkraftmaschine in dem ersten Beispiel der Erfindung verwendet wurde, verwendet wurde.
Figur 9 zeigt die Konstruktion einer Regenerierungsvorrichtung eines Filters für eine Brennkraftmaschine in einem zweiten Beispiel der Erfindung.
Figur 10 zeigt das Steuer- bzw. Regelverfahren für die Regeneration des Filters, das für eine Brennkraftmaschine verwendet wurde, und die Kennlinien des Detektionssignals der Mikrowellenleistung für das zweite Beispiel der Erfindung.
Figur 11 ist ein Flußdiagramm, welches das Steuer- bzw. Regelprogramm für die Regeneration des Filters zeigt, das für die Brennkraftmaschine in dem zweiten Beispiel der Erfindung verwendet wurde.
Figur 12 zeigt die Konstruktion einer herkömmlichen Regenerierungsvorrichtung für einen Filter für eine Brennkraftmaschine.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Beispiel 1

Hiernach wird das erste Beispiel der Regenerierungsvorrichtung für einen Filter für eine Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt, umfaßt das erste Beispiel gemäß der Erfindung eine Heizkammer 15, die eine erste Öffnung 60 und eine zweite Öffnung 61 hat, und einen Filter 16, der in der Heizkammer 15 zum Einfangen von partikelförmigen Stoffen, welche in dem Abgas enthalten sind, vorgesehen ist. Die Heizkammer 15 ist mit einem Abgasrohr 13 zum Ausstoßen des Abgases der Brennkraftmaschine 14 durch die Öffnungen 60 und 61 verbunden. Das erste Beispiel gemäß der Erfindung umfaßt weiter eine Mikrowellenerzeugungsvorrichtung 17, einen Mikrowellendetektor 29, und eine Steuer- bzw. Regelvorrichtung 33. Die Mikrowellenerzeugungsvorrichtung 17 erzeugt die Mikrowellen, welche der Heizkammer 15 zugeführt werden, um die partikelförmigen Stoffe, welche vom Filter 16 eingefangen wurden, zu verbrennen. Der Mikrowellendetektor 29 umfaßt einen Detektionsabschnitt 31 zum Detektieren der Mikrowellenleistung, welche in Abhängigkeit von der Menge der vom Filter 16 eingefangenen partikelförmigen Stoffe variiert. Der Mikrowellendetektor 29 erzeugt ein Detektionssignal in Abhängigkeit von der durch den Detektionsabschnitt 31 detektierten Mikrowellenleistung. Die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 33 steuert bzw. regelt die Abgabe von Mikrowellen, die von der Mikrowellenerzeugungsvorrichtung 17 in Übereinstimmung mit bzw. Abhängigkeit von dem Detektionssignal erzeugt werden.
Die Heizkammer 15 umfaßt einen Raum 30 zwischen einer Wand 34 der Heizkammer 15 und dem Filter 16. Durch den Raum 30 strömt kein Abgas. Der Detektionsabschnitt 31 des Mikrowellendetektors 29 ist in dem Raum 30 angeordnet. Der Filter 16 hat eine zellenartige Struktur. Der Mikrowellendetektor 29 hat einen koaxialen Leitungsabschnitt bzw. Leitungsbereich 32, welcher eine koaxiale Struktur hat. Der Detektionsabschnitt 31 besteht aus einer Spitze, die eine vorherbestimmte Länge des zentralen Leiters des koaxialen Leitungsabschnitts 32 hat, der sich in den Raum 30 erstreckt, durch welchen kein Abgas strömt. Das Signal, das vom Detektionsabschnitt 31 detektiert wird, wird der Steuer- bzw. Regelvorrichtung 33 über den Mikrowellendetektor 29 übermittelt.
Die Mikrowellenenergie, die von der Mikrowellenerzeugungsvorrichtung 17 erzeugt wurde, wird der Heizkammer 15 durch eine koaxiale Übertragungsleitung 18, einen röhrenförmigen Wellenleiter 19 und Kopplungslöchern 20 und 21 zugeführt.
Das Abgas, das aus der Brennkraftmaschine 14 ausströmt, wird gewöhnlich dem Filter 16 durch die erste Öffnung 60 zugeführt. Wenn der Filter 16 regeneriert werden soll, wird ein Schaltventil 23 durch die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 33 gesteuert bzw. geregelt, so daß das Abgas durch ein Überbrückungsrohr 24 fließen kann. In der Umgebung der Abgasöffnung des Abgasrohres 13 ist ein Schalldämpfer 25 angeordnet. Während der Regeneration des Filters 16 werden die Öffnungsverhältnisse der Ventile 26 und 27 durch die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 33 gesteuert bzw. geregelt, so daß ein Gas, das Sauerstoff (O&sub2;) enthält, welches die Verbrennung der partikellrmigen Stoffe, die von dem Filter 16 eingefangen wurden, ermöglicht, in die Heizkammer 15 durch die zweite Öffnung 61 eingeführt wird. In dem ersten Beispiel wird das Abgas als das Gas verwendet, das die Verbrennung der partikelförmigen Stoffe ermöglicht. Während der Regeneration des Filters 16 wird das Gas, das in die Heizkammer 15 eingeführt wird, durch ein Abgasrohr 28 entsorgt.
Der Filter 16 wird an der Wand in einer thermisch isolierenden Art unterstützt bzw. gestützt, mittels eines Stützabschnitts 35 ohne Gasdurchlässigkeit, welcher in dem Raum 30 vorgesehen ist. Das Abgas, das in die Heizkammer 15 fließt, kann den Schalldämpfer 25 nicht erreichen, ohne durch den Filter 16 zu strömen. Das heißt, das Abgas wird nicht in den Raum 30 fließen. Die Wand 34 der Heizkammer 15 ist thermisch vom Filter 16 durch den Stützabschnitt 35 isoliert, der einen wärmeisolierenden Abschnitt bzw. Bereich hat. Dementsprechend können die Wand 34 und der Detektionsabsehnitt 31 nicht bis zu einer ungewöhnlich hohen Temperatur erhitzt werden aufgrund der hohen Temperatur, die in dem Filter 16 während der Regeneration desselben erzeugt wurde. Deshalb ist der Detektionsabschnitt 31, der in dem Stützabschnitt 35 angeordnet ist, nicht dem Abgas ausgesetzt, und ist demzufolge von der Temperaturveränderung des Abgases und der hohen Temperatur, die vom Filter 16 übertragen wird, geschützt. Der Stützabschnitt 35 kann hergestellt werden durch Schichten eines Filz- bzw. Mattenmaterials, das eine thermische Ausdehnungsfähigkeit bzw. Wärmeausdehnbarkeit hat, wie INTERAM (Handelsmarke, hergestellt von 3M) oder durch Schichten eines thermisch isolierenden Materials, wie ein wattiertes oder absteppartiges MICROTHERM (Handelsmarke, hergestellt von Japan Microtherm Inc.).
Die Mikrowellenkenndaten bzw. -kennlinien bzw. -eigenschaften in der Heizkammer 15 verändern sich mit der Menge der partikelförmigen Stoffe, die vom Filter 16 eingefangen wurden. Die Veränderung der Mikrowellenkennlinien wird durch den Detektionsabschnitt 31 des Mikrowellendetektors 29 detektiert. Der Mikrowellendetektor 29, welcher den Detektionsabschnitt 31 umfaßt, wird dem Abgas nicht ausgesetzt, und ist von der Temperaturveränderung des Abgases und der hohen Temperatur, die vom Filter 16 übertragen wird, geschützt. Mit dieser Konstruktion kann der Mikrowellendetektor 29 genau die Mikrowellenkennlinien detektieren. Demzufolge detektiert der Mikrowellendetektor 29 die Menge der partikelförmigen Stoffe, die auf dem Filter 16 abgelagert wurden, den Bereich, wo die partikelförmigen Stoffe verbrannt werden, und den Bereich, wo die partikelförmigen Stoffe nicht verbrannt werden und in dem Filter 16 verbleiben, mit hoher Genauigkeit.
Die Mikrowellen, die in die Heizkammer 15 geschickt werden, werden im wesentlichen begrenzt innerhalb der Heizkammer 15 durch eine Mikrowellenabschirmung 36, die eine zellenartige Struktur hat. Die Mikrowellenabschirmung 36 kann eine andere Struktur haben, welche eine Vielzahl von Löchern hat, wie eine poröse Struktur.
Die Mikrowellenerzeugungsvorrichtung 17 wird von einer Betriebsleistungsversorgung 37 gespeist. Die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 33 empfängt ein Signal, das die Umdrehungsrate der Brennkraftmaschine 14 anzeigt.
Die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 33 speichert vorher einen Wert für die Mikrowellenleistung, der einer geeigneten Menge an partikelförmigen Stoffen entspricht, die von dem Filter 16 eingefangen wurden, als einen Referenzsignalwert. Die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 33 erlaubt es der Mikrowellenerzeugungsvorrichtung 17, zu geeigneten Intervallen während des Betriebs der Brennkraftmaschine 14 zu arbeiten. Im Betrieb der Mikrowellenerzeugungsvorrichtung 17 vergleicht die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 33 die Signale, die die Information über die Menge der partikelförmigen Stoffe, welche von dem Mikrowellendetektor 29 detektiert wurden, enthalten, mit dem Referenzsignalwert. Dieser Vergleich wird öfter durchgeführt, wenn der detektierte Signalwert, der vom Mikrowellendetektor 29 ausgegeben wird, nahe an den Referenzsignalwert kommt. Auf diese Weise kann die Zeitabstimmung zur Regenerierung des Filters 16 genau angepaßt werden an die Zeitabstimmung, zu welcher die Menge der partikelförmigen Stoffe, die vom Filter 16 eingefangen wurden, ziemlich nahe an die geeignete Menge kommt, die dem Referenzsignalwert entspricht.
Die Mikrowellen, die von der Antenne 22 ausgestrahlt werden, werden in die Heizkammer 15 durch die Koppellöcher 20 und 21 des Wellenleiters 19 geschickt, der auf der Wand der Heizkammer 15 vorgesehen ist. Die Koppellöcher 20 und 21 sind in so einer Art angeordnet, daß die Mikrowellen mit einer Phasendifferenz von 180º in die Heizkammer 15 geschickt werden.
Das Abgas, das aus der Brennkraftmaschine 14 ausströmt, strömt üblicherweise in den Filter 16 durch die Abgasröhre 13 und die erste Öffnung 60. Der Filter 16 hat eine zellenartige Struktur von einem Wand-Flußtyp und die Fähigkeit, partikelförmige Stoffe, die in dem Abgas enthalten sind, einzufangen. Wenn die Menge der partikelförmigen Stoffe, die vom Filter 16 eingefangen wurden, ansteigt, wird der Druck in der Heizkammer 15 und der Abgasröhre 13 erhöht, und die Belastung der Brennkraftmaschine bzw. des Verbrennungsmotor 14 nimmt zu. Im schlimmsten Fall wird die Maschine angehalten. Demzufolge ist es notwendig, die partikelförmigen Stoffe, die vom Filter 16 eingefangen wurden, zu einem geeigneten Zeitpunkt zu entfernen.
Der geeignete Zeitpunkt wird von der Steuer- bzw. Regelvorrichtung 33 bestimmt, basierend auf dem Vergleich zwischen dem Detektionssignal und dem Referenzsignalwert, der vorher in der Steuer- bzw. Regelvorrichtung 33 gespeichert wurde. Durch diese Bestimmung, wenn der Wert des Detektionssignals nahe an den Wert des Referenzsignals kommt, werden die Mikrowellen von der Mikrowellenerzeugungsvorrichtung 17 in die Heizkammer 15 geschickt, so daß sie die partikelförmigen Stoffe, die auf dem Filter 16 abgelagert wurden, erhitzen und verbrennen. Dieses Verfahren zum Verbrennen der partikelförmigen Stoffe zum Entfernen wird als Filterregeneration bzw. -regenerierung bezeichnet.
Als nächstes werden unter Bezugnahme auf die Figuren 3, 4, 5 und 6 der Detektionsabschnitt 31 des Mikrowellendetektors 29 zum Detektieren der Mikrowellenleistung in der Heizkammer 15 im Detail beschrieben.
Die Kurven 39, 40 und 41 in Figur 3 zeigen die Verteilung des elektrischen Feldes der Mikrowelle in der Heizkammer 15. Die Mikrowellen in der Heizkammer 15 werden im TE (transversal elektrischen) Modus angeregt. In einem Raum, in welchem der Filter 16 vorkommt, aufgrund der dielektrischen Eigenschaften des Filtermaterials und der partikelförmigen Stoffe, die vom Filter eingefangen wurden, werden die Wellenlängen der Mikrowellen verkürzt, verglichen mit einem Raum, in welchem der Filter 16 nicht vorkommt. Die elektrische Feldverteilung der Mikrowellen im Bezug auf eine bestimmte Menge von eingefangenen partikelförmigen Stoffen wird durch die durchgezogene Kurve 39 dargestellt. Danach wird die Menge der eingefangenen partikelförmigen Stoffe erhöht, die Wellenlänge der Mikrowellen in dem Filter 16 wird weiter verkürzt, und die Verteilung des elektrischen Feldes der Mikrowellen wird durch die unterbrochene Kurve 40 gezeigt. Danach wird die Menge der eingefangenen partikelförmigen Stoffe weiter erhöht, die Mikrowelle wird weiter im Filter 16 absorbiert, und die Verteilung des elektrischen Feldes der Mikrowellen wird durch die strichpunktierte Kurve 41 dargestellt.
Figur 4 zeigt die Werte der Detektionssignale, die vom Mikrowellendetektor 29 ausgegeben werden, wenn der Wert der Leistung der Mikrowellen, welche die Verteilungen des elektrischen Feldes, welche in Figur 3 gezeigt sind, darstellen, in drei Detektionsstellungen (F1, F2 und F3) in der Heizkammer 15 detektiert wird. Wenn sich die Menge der eingefangenen partikelförmigen Stoffe erhöht, erhöht sich die effektive Dielektrizitätskonstante des Filters 16. Dementsprechend wird die Wellenlänge der Mikrowellen verkürzt, und die Kennlinien der Mikrowellen zeigen verschiedene Veränderungen an den jeweiligen Detektionsstellungen.
Wie in Figur 4 gezeigt, wenn die Menge der partikelförmigen Stoffe, die vom Filter 16 eingefangen wurden, 8 g/L (L bezeichnet ein Volumen des Filters 16) überschreitet, werden alle Werte der detektierten Mikrowellenleistung in den jeweiligen Detektionsstellungen vermindert. Weil die Akkumulation und Absorption der Mikrowellenleistung in dem Filter 16 durch das Erhöhen der Dielektrizitätskonstante und den dielektrischen Verlust in dem Filter 16 erhöht wird, wird der Wert der Mikrowellenleistung in dem Raum 30 vermindert, der den Stützabschnitt 35 umfaßt, der auf der äußeren Oberfläche des Filters 16 vorgesehen ist. Wie in Figur 4 gezeigt, haben die Kennlinien der Leistungswerte, die in den Detektionsstellungen F2 und F3 detektiert wurden, jeweils Spitzenpunkte (peaks). Der Wert der Leistung, der in der Detektionsposition F1 detektiert wurde, wird weiter vermindert mit dem Ansteigen der Menge der eingefangenen partikelförmigen Stoffe. Dies belegt, daß es notwendig ist, die Detektionsposition F1 auszuwählen, um genau die Menge der partikelförmigen Stoffe, die vom Filter 16 eingefangen wurden, zu bestimmen.
Die Detektionsposition F1 kann bestimmt werden in Abhängigkeit von der Verteilung des elektrischen Feldes der Mikrowellen, das in der Heizkammer 15 erzeugt wird. Wie in Figur 3 gezeigt, weicht die Position der Detektionsposition F1 von der Position des Knotens der stehenden Welle, die in der Heizkammer 15 verteilt ist, durch eine geeignete Entfernung in der Richtung ab, die durch einen Pfeil 42 gekennzeichnet ist. Jedoch überlappt die Lage der Detektionsposition F1 nicht den Schwingungsbauch der stehenden Welle. Wie oben beschrieben, fällt die Detektionsposition F1 nicht mit dem Knoten der stehenden Welle und dem Schwingungsbauch der stehenden Welle zusammen, selbst wenn die Menge der partikelförmigen Stoffe, die vom Filter 16 eingefangen wurden, sich verschiedenartig verändert. Der Pfeil 42 zeigt die Richtung von dem Schalldämpfer 25 zu dem Schaltventil 23 an. Der optimale Wert der Abweichung der Detektionsposition F1 von dem Knoten der stehenden Welle kann bestimmt werden durch die dielektrischen Eigenschaften des Filtermaterials und das Filtervolumen L.
Als nächstes zeigt Figur 5 die Kennlinien der Mikrowellenleistung, die durch den Detektionsabschnitt 31, welcher in der Detektionsposition F1 angeordnet ist, detektiert wurden, im Bezug auf die Temperatur des Filters 16. In Figur 5 sind die Temperaturkennlinien in fünf Fällen von verschiedenen Mengen von partikelförmigen Stoffen, die vom Filter eingefangen wurden, gezeigt. Die Kennlinien wurden gemessen durch eine Variation der Temperatur des gesamten Filters in einer solchen Art, daß die Luft mit verschiedenen Temperaturen dem Filter zugeführt wird, mit jeder Menge von partikelförmigen Stoffen. Der dielektrische Verlust des keramischen Materials als dem Filtermaterial steigt an, wenn die Temperatur des Filters 350 ºC oder größer wird, so daß der Wert der Mikrowellenleistung, welche durch den Detektionsabschnitt 31 detektiert wurde, vermindert wird. Das Abgas verändert sich in seiner Temperatur um ungefähr 100 ºC bis zu einigen hundert Graden (ºC). Dementsprechend zeigt, wenn die Temperatur des Abgases hoch ist, das Detektionssignal, das in der Detektionsposition F1 erhalten wurde, ein Signal an, das einer Menge entspricht, welche größer ist, als die tatsächliche Menge von partikelförmigen Stoffen, die vom Filter eingefangen wurde. Jedoch betr:gt, im Hinblick auf die tatsächliche Umgebung, die Temperatur des Abgases ungefähr 200ºC. Durch Beurteilung der Temperaturkennlinien der Mikrowellenleistung, welche in Figur 5 gezeigt sind, kann die Detektionsgenauigkeit der Menge der eingefangenen partikelförmigen Stoffe, wenn die Temperatur des Abgases im Bereich von 100 bis 300 ºC ist, ungefähr 2 g/L sein. Wenn die Maschine bei einer großen Last betrieben wird, hat das Abgas hohe Temperaturen von 300 ºC oder höher. Der Fall, wo das Abgas mit solch hohen Temperaturen für eine lange Zeit ausgestoßen wird, ist selten. Deshalb kann, unter Verwendung des Detektionssignals von Mikrowellen zu geeigneten Perioden, die Menge von eingefangenen partikelförmigen Stoffen korrigiert werden, basierend auf der Veränderung in dem Detektionssignal. Zusätzlich wird, selbst in einem Fall, wo die Temperatur des Abgases ungefähr 200 ºC beträgt, wenn die Menge der eingefangenen partikelförmigen Stoffe ungefähr 7 g,L oder mehr ist, die Detektionsgenauigkeit vermindert. Um die oben erwähnte Verminderung in der Detektionsgenauigkeit zu korrigieren, kann die Vorrichtung dieses Beispiels die Detektionsperiode verkürzen, wenn die Menge von eingefangenen partikelförmigen Stoffen ansteigt.
In diesem Beispiel ist der Detektorabschnitt 31 des Mikrowellendetektors 29 in der Detektionsposition F1 angeordnet, welche in der oben beschriebenen Weise bestimmt wurde, so daß die Menge der von dem Filter 16 eingefangenen partikelförmigen Stoffe über einen weiten Bereich der Mengen genau detektiert werden kann.
Figur 6 zeigt die Veränderung der detektierten Mikrowellenleistung bei den Detektionspositionen F1 und F2, gezeigt in Figur 3, entlang der Zeitachse während der Filterregeneration. Wenn die partikelförmigen Stoffe, die von dem Filter 16 eingefangen wurden, dielektrisch erhitzt werden durch kontinuierlichen Betrieb der Mikrowellenerzeugungsvorrichtung 17, nimmt die detektierte Mikrowellenleistung in jeder Detektionsposition ab, wie in Figur 6 gezeigt. Figur 6 zeigt die Kennlinien in dem Fall, wo die Filtertemperatur vor der Regeneration 200 ºC ist, und die eingefangene Menge 7 g/L ist.
Die partikelförmigen Stoffe werden bei ungefähr 600 ºC oder höher verbrannt, so daß es notwendig ist, eine geeignete anfängliche Heizperiode festzusetzen. In dieser anfänglichen Heizperiode werden die partikelförmigen Stoffe selektiv durch die Mikrowellenenergie erhitzt, und die Temperatur des Filters 16 selbst steigt auch an aufgrund der Übertragung von Wärme entsprechend dem Temperaturanstieg der partikelförmigen Stoffe. Der Temperaturanstieg von beiden, den partikelförmigen Stoffen und dem Filter 16, bewirkt, daß deren dielektrischer Verlust ansteigt, so daß die Mikrowellenleistung in dem Randabschnitt des Filters 16 vermindert wird, wie in Figur 6 gezeigt. Nachdem die geeignete Zeitperiode verstrichen ist, sind die partikelförmigen Stoffe bis zu einer Temperatur erhitzt, bei welcher sie verbrannt werden können (zur Zeit tl in Figur 6). Die Zeit t1 kann bestimmt werden durch Berechnung in der Steuerbzw. Regelvorrichtung 33, basierend auf dem absoluten Wert der detektierten Mikrowellenleistung oder der veränderten Menge von partikelförmigen Stoffen von dem Start bzw. Beginn der dielektrischen Erwärmung. Es wurde durch Experimente bestätigt, daß danach, wenn Gas, welches Sauerstoff enthält, den erhitzten partikelförmigen Stoffen zugeführt wird, das Detektionssignal in jeder Detektionsposition sich verändert aufgrund der ansteigenden Kennlinien. Zusätzlich wurde bestätigt durch Experimente, daß die Veränderung des Detektionssignals zu den ansteigenden Kennlinien äquivalent ist zum Übergang der partikelförmigen Stoffe in einen verbrennenden Zustand. Nach der anfänglichen Erhitzungsperiode, in welcher die detektierte Mikrowellenleistung reduziert wird auf einem bestimmten Pegel, gehen die partikelförmigen Stoffe in einen verbrennenden Zustand über. Zu diesem Zeitpunkt wird das Gas, welches Sauerstoff enthält, dem Filter 16 durch die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 33 zugeführt.
Figur 6 zeigt die Kennlinien in dem Fall, wo das Gas zur Ermöglichung der Verbrennung in der Richtung zugeführt wird, welche durch den Pfeil 42 in Figur 3 angezeigt ist. Wenn die partikelförmigen Stoffe beginnen, verbrannt zu werden, werden die partikelförmigen Stoffe Gase und werden dann entfernt. Demzufolge wird die Menge der partikelförmigen Stoffe, welche in dem Filter 16 eingefangen wurden, vermindert, und der dielektrische Verlust in dem Filter 16 wird auch vermindert. Als ein Ergebnis davon werden die Mikrowellenleistungen, welche in den Detektionspositionen F1 und F2 detektiert werden, erhöht.
Die Erhöhung der Mikrowellenleistung wird gesättigt in der Detektionsposition F2, nachdem eine geeignete Zeitperiode verstrichen ist (zur Zeit t2 in Figur 6). Die Erfinder dieser Erfindung haben bestätigt, daß in den Regenerationsexperimenten, wenn die Filterendseite, welche von der Mikrowellenzufuhrseite entfernt liegt, in den verbrennenden Zustand übergeht, das Detektionssignal bei der Detektionsposition F2 gesättigt wird. Das heißt, die Zeit t2 entspricht der Zeit, zu welcher fast alle partikelförmigen Stoffe, welche in dem Filter 16 eingefangen wurden, verbrannt und entfernt werden, und nur die übrigbleibende, sehr geringe Menge von partikelförmigen Stoffen ist noch in einem verbrennenden Zustand. Als ein Ergebnis davon wird die Menge von partikelförmigen Stoffen in dem Filter 16 sehr gering (es können nicht entfernte Rückstände übrigbleiben). Jedoch ist die Temperatur des Filters 16 selbst noch hoch, so daß der Mikrowellenverlust in dem Filter 16 noch sehr groß ist. Das Gas, welchem ermöglicht wird, in den Filter 16 zur Ermöglichung der Verbrennung zu fließen, hat ublicherweise Temperaturen, geringer als die Filtertemperatur, so daß der Filter 16 allmählich gekühlt wird durch das Gas zur Ermöglichung der Verbrennung nach der Vollendung der Verbrennung. Aufgrund dieses Phänomens wird die Mikrowellenleistung in jeder Detektionsposition nach der Zeit t2 erhöht oder erniedrigt, in Abhängigkeit von der Detektionsposition (siehe Figur 4). Basierend auf einer solchen Veränderung in den Kennlinien der Mikrowellenleistung, kann der Betrieb der Mikrowellenerzeugungsvorrichtung 17 gestoppt werden. Die Stoppzeit fällt mit der Zeit zusammen, zu welcher das Detektionssignal in den gesättigten Zustand übergeht, basierend auf der Signalveränderung der Mikrowellenleistung, die bei der Detektionsposition F2 detektiert wurde (die Zeit t2 in Figur 6). Andererseits kann die Vollendung der Verbrennung der partikelförmigen Stoffe beurteilt werden durch Detektion, daß der absolute Wert des Detektionssignals in der Detektionsposition F1 einen vorherbestimmten Wert oder größer erreicht.
In Figur 1 sind ein einzelner Mikrowellendetektor 29 und ein einzelner Detektionsabschnitt 31 gezeigt. Alternativ ist es möglich, durch Vorsehen einer Vielzahl von Detektorvorrichtungen und Detektor- bzw. Detektionsabschnitten, die Signalveränderungskennlinien zu nutzen, welche durch den Detektorabschnitt, der in der Detektionsposition F2 angeordnet ist, detektiert wurden. In so einem Fall, wo eine Vielzahl von Detektorvorrichtungen und Abschnitten vorgesehen ist, ist es effektiv bzw. wirkungsvoll, diese parallel in der Richtung anzuordnen, in welcher das Abgas durch den Filter fließt, wenn die Mikrowelle in dem TE- Modus angeregt wird.
In Figur 4 zeigen die Symbole Δ, und die Werte der Mikrowellenleistung an, wenn die Werte der Mikrowellenleistung für die jeweiligen Filterbeispiele detektiert werden, nach der Verbrennung und Entfernung der partikelförmigen Stoffe. In Abhängigkeit von den Positionen der Symbole Δ, und in den Graphen in Figur 4 ist es möglich, die Menge von partikelförmigen Stoffen zu bestimmen, welche nicht verbrannt wurden und nicht entfernt in dem Filter 16 zurückgelassen wurden, nach der Verbrennung und Entfernung der partikelförmigen Stoffe. Zusätzlich ist es möglich zu beurteilen, ob der Filter gut regeneriert wurde oder nicht, basierend auf dem Pegel der Mikrowellenleistung entsprechend der nicht entfernten Menge von partikelförmigen Stoffen. Die Vorrichtung dieses Beispiels umfaßt eine Warnvorrichtung 43 für ungewöhnliche Ereignisse (siehe Figur 1). Wenn die nicht entfernte Menge zu groß ist, bestimmt die Warnvorrichtung 43 für ungewöhnliche Ereignisse die Bedingungen als nicht normal, um so den Verwender aufgrund des ungewöhnlichen Ereignisses zu warnen mittels einer Warnlampe, einem Warnsummer, oder ähnlichem. Durch eine solche Warnung kann der Benutzer geeignet die Wartung des Filters und Teilen der Regenerierungsvorrichtung durchführen.
Hiernach werden das Hauptsteuer- bzw. Regelverfahren für die Filterregenerierung unter Verwendung der Veränderung des Detektionssignals (Mikrowellenleistungswert), welches durch den Mikrowellendetektor 29 erhalten wurde, beschrieben mit Bezugnahme auf die Figuren 7, 8A und 8B.
Das Steuer- bzw. Regelverfahren wird hierin anhand eines Beispielfalls beschrieben, wo der Detektorabschnitt 31 des Mikrowellendetektors 29 nur in der Detektionsposition F1 in Figur 3 vorgesehen ist.
Zuerst wird die Steuerung bzw. Regelung für das Einfangen beschrieben. Jedes Steuer- bzw. Regelkommando wird erzeugt von der Steuer- bzw. Regelvorrichtung 33. Im Anfangszustand bei Schritt S100 in Figur 8A steuert bzw. regelt die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 33 das Schaltventil 23, um es dem Abgas zu ermöglichen, in die Heizkammer 15 durch die erste Öffnung 60 zu fließen, und steuert bzw. regelt die Ventile 26 und 27, um sie zu öffnen bzw. zu schließen, zur Steuerung bzw. Regelung des Flusses des Abgases. In Schritt S101 wird eine erste Zeitperiode tA (z.B. 30 min) festgesetzt als eine Zeitperiode TINT zum Betrieb der Mikrowellenerzeugungsvorrichtung 17. In Schritt S102 wartet die Vorrichtung, bis zu dem Zeitpunkt, zu welchem die Mikrowellenerzeugungsvorrichtung 17 wieder in Betrieb genommen wird. In diesem Fall beträgt die Wartezeitperiode tA. Wenn die Wartezeitperiode verstrichen ist, schreitet das Verfahren zu Schritt S103 fort. In Schritt S103 wird die Mikrowellenerzeugungsvorrichtung 17 betrieben, und das Verfahren schreitet fort zu Schritt S104. In Schritt S104 detektiert der Mikrowellendetektor 29 die Menge der Mikrowellenleistung (hiernach wird darauf bezuggenommen als Detektionssignal) X, welches in der Umgebung des Detektorabschnitts 31 in der Heizkammer 15 erzeugt wird, während des Betriebs der Mikrowellenerzeugungsvorrichtung 17.
Wenn die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 33 das Detektionssignal X erhält, schreitet das Verfahren fort zu Schritt S105, in welchem der Betrieb der Mikrowellenerzeugungsvorrichtung 17 gestoppt wird.
Die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 33 vergleicht die Signalpegel (X1, X2 und X3), welche vorher darin gespeichert wurden, mit dem Detektionssignal X, und das Verfahren schreitet fort zu den vorgeschriebenen Schritten (Schritte S106 bis S110), in Abhängigkeit von den Vergleichsergebnissen. Wenn das Detektionssignal X größer ist als X1, kehrt das Verfahren zurück zu Schritt S102 ohne Veränderung der Betriebszeitperiode tA der Mikrowellenerzeugungsvorrichtung 17. Dann wird, nachdem die vorherbestimmte Warteperiode verstrichen ist, die Menge der Mikrowellenleistung detektiert. Wenn das Detektionssignal X gleich oder kleiner als X1 und größer als X2 ist, kehrt das Verfahren zu Schritt S102 zurück, nachdem die Betriebszeitperiode der Mikrowellenerzeugungsvorrichtung 17 auf tB(tB < tA, z.B. 20 Minuten) im Schritt S108 festgesetzt wurde. Wenn das Detektionssignal X gleich oder geringer ist als X2, und größer als X3 entsprechend der eingefangenen Menge zum Starten der Filterregeneration, kehrt das Verfahren zurück zu Schritt S102, nach Festsetzen der Betriebszeitperiode auf tC (tC < tB, z.B. 10 Minuten) im Schritt S110. Auf diese Weise wird, wenn die eingefangene Menge ansteigt, die Detektionsperiode des Detektionssignals verkürzt, um so die Detektionsgenauigkeit sicherzustellen.
Wenn das Detektionssignal X gleich oder kleiner ist als X3, schreitet das Verfahren zu Schritt S111 fort, in welchem die Vorbereitung zur Regenerierung des Filters 16 gestartet wird. Insbesondere wird das Schaltventil 23 gesteuert bzw. geregelt, um es dem Abgas zu ermöglichen, durch die Überbrückungsröhre 24 zu fließen.
Danach wird, in Schritt S112, die Mikrowellenerzeugungsvorrichtung 17 kontinuierlich betrieben, so daß die partikelförmigen Stoffe, welche vom Filter 16 eingefangen wurden, dielektrisch durch die Mikrowellen erhitzt werden. In der dielektrischen Erhitzungsperiode der partikelförmigen Stoffe durch die Mikrowellen wird der Fluß von Gas durch den Filter 16 unterdrückt.
Mit der kontinuierlichen Zufuhr von Mikrowellen zur Heizkammer 15 schreitet die dielektrische Erhitzung der partikelförmigen Stoffe fort, so daß der dielektrische Verlust in dem Filter 16 erhöht wird. Der Verlust tendiert dazu, sich in Richtung der Versorgungsposition bzw. -stelle (d.h. Koppellöcher 20 und 21) zu erhöhen. Der Bereich, in welchem sich der Verlust erhöht, dehnt sich in der Richtung auf die Innenseite des Filters 16 aus (d.h. zur entfernten Seite von der Versorgungsposition bzw. -stelle), wenn sich die Erhitzungszeit erhöht. Nachdem ein geeigneter Zeitraum verstrichen ist, ist der Verlust in dem Filter 16 in dem Bereich, in welchem der Detektorabschnitt 31 angeordnet ist, erhöht. Demzufolge wird die Menge der Mikrowellenleistung in der Umgebung des Detektorabschnitts 31 vermindert. Basierend auf der Menge von partikelförmigen Stoffen, welche in dem Filter 16 eingefangen wurden, welche durch das Detektionssignal erhalten wurden, ist es möglich, die Temperatur der erwärmten bzw. erhitzten partikelförmigen Stoffe abzuschätzen. Zusätzlich ist es möglich, den Bereich abzuschätzen, wo die partikelförmigen Stoffe bei einer Temperatur, bei welcher sie verbrannt werden können, vorkommen. Wenn das Detektionssignal einen Pegel erreicht, welcher anzeigt, daß der Bereich, in dem es möglich ist, die partikelförmigen Stoffe zu verbrennen, einen gewünschten Bereich erreicht, wird dem Gas, das Sauerstoff erhält, zur Ermöglichung der Verbrennung erlaubt bzw. ermöglicht, in den Filter 16 zu strömen. Mit dem Start der Gaszufuhr gehen die erhitzten partikelförmigen Stoffe in einen Verbrennungszustand über, und die nachfolgende Zufuhr von Mikrowellen und Gas kann den Brennbereich bis auf den ganzen Filter 16 erweitern bzw. ausweiten.
Das Detektionssignal X, das während der oben erwähnten dielektrischen Erhitzungsperiode detektiert wird, wird weiter mit einem Signal X4 verglichen, das in der Steuer- bzw. Regelvorrichtung 33 gespeichert ist (Schritte S113 und S114). Das gespeicherte Signal X4 entspricht einem Signal, das den Zeitpunkt anzeigt, zu welchem die Zufuhr von Gas, welches Sauerstoff enthält, in den Filter 16 gestartet werden soll, zur Ermöglichung der Verbrennung der erhitzten partikelförmigen Stoffe. Die Temperatur der partikelförmigen Stoffe wird wirksam erhöht bis zu dem Temperaturbereich, der es ermöglicht, diese zu verbrennen durch die dielektrische Erhitzung mittels Mikrowellen, unter der Bedingung, daß die Verbrennung der partikelförmigen Stoffe unterdrückt wird durch das Abgas, das durch den Filter 16 fließt. Zu diesem Zeitpunkt hat die Temperaturverteilung in dem Filter 16 eine Tendenz bzw. Neigung dazu, daß die Temperatur höher ist in Richtung auf den Endbereich des Filters 16, von welchem die Mikrowellen ausgestrahlt werden. Die Erhitzung wird im wesentlichen kontinuierlich durchgeführt, bis ungefähr der halbe Bereich des Filters 16 den Temperaturbereich erreicht, der das Verbrennen ermöglicht. Aufgrund des Ansteigens des dielektrischen Verlustes, der durch den Temperaturanstieg der partikelförmigen Stoffe verursacht wurde, und den Anstieg der Temperatur des Filtermaterials, der durch die Wärmeerzeugung der partikelförmigen Stoffe verursacht wurde, wird der dielektrische Verlust des Filtermaterials erhöht, und das Detektionssignal X wird verringert. Wenn bestimmt wird, daß das Detektionssignal X gleich oder geringer wird als das gespeicherte Signal X4, schreitet das Verfahren fort zu Schritt S115 in Figur 8B.
In Schritt S115 wird das Gas, welches Sauerstoff enthält, dem Filter 16 zugeführt. In der Vorrichtung, welche in Figur 1 gezeigt ist, wird das Abgas verwendet als das Gas, das Sauerstoff enthält. Die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 33 steuert bzw. regelt das Ventil 27, daß es geöffnet wird, und steuert bzw. regelt das Ventil 26, daß es geöffnet wird, um so ein geeignetes Öffnungsverhältnis zu haben, entsprechend der Drehrate der Brennkraftmaschine. Als ein Ergebnis davon wird einem Teil des Abgases erlaubt, in den Filter 16 durch die zweite Öffnung 61 zu fließen und die Verbrennung der erhitzten partikelförmigen Stoffe wirksam zu ermöglichen.
Das Detektionssignal wird verändert und erhöht durch den Übergang vom partikelförmigen Zustand in einen verbrennenden Zustand. Demzufolge kann, basierend auf dem ansteigenden bzw. sich erhöhenden Signal der Übergang von dem partikellrmigen Zustand in den verbrennenden Zustand bestätigt werden.
Das Verbrennen der partikelförmigen Stoffe wird durch die Zufuhr von Gas über den ganzen Filter 16 ausgedehnt. Auch in diesem Schritt der Verbrennung der partikelförmigen Stoffe wird die Leistung der Mikrowellen geeignet detektiert (Schritt S116).
Wenn die partikelförmigen Stoffe in den verbrennenden Zustand übergehen, werden die partikelförmigen Stoffe allmählich entfernt, so daß die Menge von partikelförmigen Stoffen, welche von dem Filter 16 eingefangen wurden, vermindert wird. Dementsprechend wird das Signal, das vom Mikrowellendetektor 29 detektiert wird, erhöht. Unmittelbar nachdem die partikelförmigen Stoffe komplett entfernt wurden, ist der Filter 16 selbst noch auf einer höheren Temperatur, und demzufolge absorbiert der Filter 16 auch die Mikrowellen. Demzufolge hat das Signal, das vom Mikrowellendetektor 29 detektiert wird, einen verminderten Wert, verglichen mit dem anfänglichen Wert vor dem Einfangen (der partikelförmigen Stoffe). Wenn man die Veränderung des Detektionssignals und das Fortschreiten der Verbrennung der partikelförmigen Stoffe betrachtet, ist es möglich, den Bereich anzugeben bzw. zu spezifizieren, wo die partikelförmigen Stoffe nicht entfernt übrigbleiben und die nicht entfernte Menge der partikelförmigen Stoffe anzugeben. Dieser spezifizierte Bereich und diese Menge entsprechen dem Bereich und der Menge, wo die Temperatur der partikelförmigen Stoffe, welche in dem Filter 16 vorkommen, im wesentlichen die Temperatur erreichen, die es ermöglicht, verbrannt zu werden, unabhängig von der Erhitzung durch Mikrowellen, und solch ein Bereich und eine Menge sind vorgeschrieben bzw. vorgegeben. Die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 33 speichert vorher den Pegel des Detektionssignals von dem Mikrowellendetektor 29, der dem spezifizierten Bereich und der Menge entspricht. Das Detektionssignal, das von dem Mikrowellendetektor 29 während der Verbrennung der partikelförmigen Stoffe detektiert wird, zeigt den Verbrennungsbereich der partikelförmigen Stoffe in dem Filter 16 bei der Detektion an. Die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 33 stoppt den Betrieb der Mikrowellenerzeugungsvorrichtung 17, wenn der Pegel des Detektionssignals den Pegel erreicht, der dem spezifizierten Bereich und der Menge entspricht. Wie oben beschrieben, kann die Leistung durch sofortiges bzw. unmittelbares Stoppen des Betriebs der Mikrowellenerzeugungsvorrichtung 17 zu einem optimalen Zeitpunkt optimal verwendet werden. Dies erzielt eine praktische Wirkung, wenn die Leistungs- bzw. Energiezufuhr der beweglichen Maschine eines Automobus oder ähnlichem verwendet wird.
In Schritt S117 vergleicht die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 33 das Detektionssignal X mit dem Signalpegel X5, welcher zuvor in der Steuer- bzw. Regelvorrichtung 33 gespeichert wurde. Der Signalpegel X5 hat einen Pegel, welcher gleich ist zu dem Pegel des Detektionssignals, das der Menge der partikelförmigen Stoffe entspricht, welche verbrannt werden können, durch deren Temperatur, ohne durch die Mikrowellen erhitzt zu werden, nachdem beinahe die gesamten partikelförmigen Stoffe, welche in dem Filter 16 eingefangen wurden, verbrannt und entfernt wurden. Dementsprechend wenn das Detektionssignal X gleich oder größer als X5 wird, stoppt die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 33 den Betrieb der Mikrowellenerzeugungsvorrichtung 17, und das Verfahren schreitet fort zu Schritt S118. Danach wird das Gas kontinuierlich zugeführt, während einer vorher gespeicherten Zeitperiode tD (z.B. 10 min) (Schritte S119 und S120).
Während dieser Periode zur Zufuhr nur des Gases, wird die Verbrennung der partikelförmigen Stoffe in dem Filter 16, welcher in dem Verbrennungszustand ist, beendet, und die Verbrennung in dem Filter 16 wird vollständig ausgelöscht. Danach wird der Filter 16, welcher bei einer hohen Temperatur durch die Hitze der Verbrennung der partikelförmigen Stoffe ist, durch den Fluß des Abgases allmählich gekühlt. Nachdem eine vorherbestimmte Gaszufuhrperiode verstrichen ist, steuert bzw. regelt die Regel- bzw. Steuervorrichtung 33 die Ventile 26 und 27, daß sie geöffnet bzw. geschlossen werden, im Schritt S121.
Danach wird der Betrieb der Mikrowellenerzeugungsvorrichtung 17 wieder im Schritt S122 gestartet. Wenn das Detektionssignal X im Schritt S123 detektiert wird, wird der Betrieb der Mikrowellenerzeugungsvorrichtung 17 im Schritt S124 gestoppt. Danach schreitet das Verfahren fort zu Schritt S125, wo das aktuell detektierte Detektions- bzw. Detektorsignal X mit einem Signalpegel X6 verglichen wird, welcher vorher in der Steuer- bzw. Regelvorrichtung 33 gespeichert wurde. Der Signalpegel X6 entspricht dem Pegel, der die Menge der partikelförmigen Stoffe anzeigt, welche in dem Filter 16 bleiben können, nach der Regenerierung des Filters. Wenn das Detektorsignal X gleich oder größer als X6 ist, ist es bestimmt bzw. festgesetzt, daß die Filterregeneration sorgfältig durchgeführt wurde, und das Verfahren schreitet fort zu Schritt S126. In Schritt S126 wird das Schaltventil 23 geschaltet und das Verfahren kehrt zurück zu Schritt S100. Dann wird es dem Abgas erlaubt, durch den Filter 16 zu fließen und die partikelförmigen Stoffe, welche in dem Abgas enthalten sind, werden eingefangen. Andererseits, wenn das Detektorsignal X kleiner ist als X6, wird es bestimmt, daß zu viele partikelförmige Stoffe in dem Filter 16 verblieben sind, so daß die Warnvorrichtung 43 den Benutzer von einem Fehler der Regeneration als das Auftreten eines ungewöhnlichen Ereignisses in Schritt S127 warnt. Durch diese Warnung führt der Benutzer die Wartung der Vorrichtung durch, und die anfängliche Einstellung in Schritt S100 wird durchgeführt. Danach ist die oben beschriebene Steuerung bzw. Regelung zum Einfangen und zur Regeneration implementiert bzw. durchgeführt.

Beispiel 2

Das zweite Beispiel entsprechend der Erfindung wird beschrieben unter Bezugnahme auf Figur 9. In Figur 9 sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen wie im ersten Beispiel versehen. In dem ersten Beispiel wird das Abgas als das Gas verwendet, das Sauerstoff enthält, zur Ermöglichung der Verbrennung der erhitzten partikelförmigen Stoffe. In dem zweiten Beispiel wird das atmosphärische Gas (das Gas in der Atmosphäre), welches von der Außenseite der Vorrichtung eingeführt wurde, als das Gas verwendet, das als Sekundärluft dient. In dem zweiten Beispiel umfaßt die Vorrichtung eine Luftzufuhrvorrichtung 44 zur Zufuhr der Sekundärluft zu dem Filter 16 durch die zweite Öffnung 61. Die Luftzufuhrvorrichtung 44 besteht aus einem Kompressor. Die Luftzufuhrvorrichtung 44 kann auch eine Pumpe oder ähnliches sein. Die Luftzufuhrvorrichtung 44 kann die komprimierte Luft dem Filter 16 zuführen. Der Betrieb der Luftzufuhrvorrichtung 44 wird gesteuert bzw. geregelt durch eine Steuer- bzw. Regelvorrichtung 53. Ein Überbrückungsrohr 54 ist zwischen einem Ventil 26 der Abgasröhre und dem Schalldämpfer 25 angeordnet. Während der Filterregeneration wird die Sekundärluft, welche von der Luftzufuhrvorrichtung 44 der Heizkammer 15 zugeüihrt wird, in die Atmosphäre abgegeben durch die zweite Öffnung 61, den Filter 16, die erste Öffnung 60 und das Abgasrohr 58.
Als nächstes wird das Verfahren zur Regeneration des Filters 16 in dem zweiten Beispiel unter Bezugnahme auf die Figuren 10 und 11 beschrieben.
Figur 10 zeigt den Zeitablauf, mit welchem der Mikrowellendetektor 29 in dem zweiten Beispiel die Mikrowellenleistung detektiert. In dem zweiten Beispiel wird der Zeitablauf zur Zufuhr der Sekundärluft bestimmt, basierend auf den Detektorsignalen Xa und Xb, welche zu verschiedenen Zeiten detektiert werden während der dielektrischen Erhitzung der partikelförmigen Stoffe durch die Mikrowellen. Das Detektorsignal Xb wird nach einem vorherbestimmten Zeitintervall tE detektiert, das auf die Detektion des Detektor- bzw. Detektionssignals Xa zum Zeitpunkt t0 folgt. Das vorherbestimmte Zeitintervall tE wird auf 5 Minuten in diesem Beispiel festgesetzt. Die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 53 errechnet die Zeit t1, die benötigt wird, damit der Wert des Detektorsignais X den Wert des gespeicherten Signais X4 erreicht, basierend auf der Veränderung von dem Detektorsignal Xa zu dem Detektorsignal Xb. Die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 53 steuert bzw. regelt die Ventile 23, 27 und 26, und steuert bzw. regelt den Betrieb der Luftzufuhrvorrichtung 44 zum Zeitpunkt t1, so daß es der Sekundärluft ermöglicht wird, in den Filter 16 zu fließen.
Als nächstes wird der Ablauf der Filterregeneration gemäß dem zweiten Beispiel beschrieben mit Bezugnahme auf Figur 11. In der Filterregeneration gemäß dem zweiten Beispiel werden die Schritte S111 bis S114, welche in den Figuren 8A und 8B in dem ersten Beispiel gezeigt sind, durch die Schritte S201 bis S209, welche unten beschrieben werden, ersetzt. Die anderen Schritte sind mit denen in der Filterregeneration in dem ersten Beispiel identisch.
In Schritt S201 schaltet die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 53 das Schaltventil 23, um es dem Abgas zu ermöglichen, durch das Überbrückungsrohr 54 zu fließen. Zu diesem Zeitpunkt steuert bzw. regelt die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 53 das Ventil 26, so daß es geschlossen wird. In Schritt S202 steuert bzw. regelt die Regel- bzw. Steuervorrichtung 53, daß die Mikrowellenerzeugungsvorrichtung 17 betrieben wird, um so Mikrowellen dem Filter 16 zuzuführen. In Schritt S203 detektiert der Mikrowellendetektor 29 die Mikrowellenleistung zum Zeitpunkt t0. In Schritt S204 speichert die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 53 die zum Zeitpunkt t0 detektierte Mikrowellenleistung als das Detektorsignal Xa. Nachdem die Vorrichtung im Schritt S205 das vorherbestimmte Zeitintervall tE gewartet hat, detektiert der Mikrowellendetektor 29 die Mikrowellenleistung wieder zum Zeitpunkt tE (Schritt S206). In Schritt S207 speichert die Steuerbzw. Regelvorrichtung 53 die zum Zeitpunkt tE detektierte Mikrowellenleistung als das Detektorsignal Xb. In Schritt S208 berechnet die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 53 die Zeit t1, die benötigt wird, damit der Wert des detektierten Signais den Wert des gespeicherten Signais X4 erreicht, basierend auf der Veränderung von dem Detektorsignal Xa zu dem Detektorsignal Xb. In Schritt S209 wartet die Vorrichtung auf die Zeit t1, welche in Schritt S20B erhalten wurde, und das Verfahren schreitet fort zu Schritt S115 (Figur 8B). Die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 53 steuert bzw. regelt das Ventil 27 so, daß es geöffnet wird, und steuert bzw. regelt die Luftzufuhrvorrichtung 44, daß sie in Betrieb geht, um so dem Filter 16 Sekundärluft zuzuführen. Der nachfolgende Betrieb der Vorrichtung ist der gleiche wie im ersten Beispiel beschrieben.
In verschiedenen Filterregenerationsvorgängen des zweiten Beispiels können die nachfolgenden Detektorsignale verschiedene Veränderungen im Zeitablauf zeigen, obwohl die Werte der Mikrowellenleistungswerte, welche zum Zeitpunkt t0 detektiert wurden, einander gleich sind, in Abhängigkeit von der Art der partikelförmigen Stoffe, die vom Filter 16 eingefangen wurden, der Verteilung der eingefangenen Stoffe und ähnlichem. Gemäß dem zweiten Beispiel kann die Veränderung der Zeitfolge der Mikrowellenleistung geschätzt werden durch zweifaches Messen der Mikrowellenleistung zu verschiedenen Zeiten während des Fortschreitens der Erhitzung der partikelförmigen Stoffe. Deshalb kann der Zeitpunkt t1, zu welchem die Zufuhr von Sekundärluft gestartet wird, geeignet bestimmt werden, in Übereinstimmung mit dem Fortschreiten der Erhitzung und des Zustands der partikelförmigen Stoffe. Insbesondere wird die Startzeit zur Zufuhr der Sekundärluft bestimmt in Übereinstimmung mit der Veränderung des dielektrischen Verlustes, gemeinsam mit der dielektrischen Erhitzung der partikelförmigen Stoffe durch die Mikrowellen vor dem Start der Sekundärluftzufuhr. In Figur 10 zeigt die durchgezogene Linie den Fall, wo die Veränderung in dem dielektrischen Verlust der partikellrmigen Stoffe schnell ist, und die unterbrochene Linie zeigt den Fall, wo die Veränderung langsam ist. In dem Fall, wo die Veränderung in dem dielektrischen Verlust langsam ist, wird der Startzeitpunkt zur Zufuhr der Sekundärluft verzögert, verglichen mit dem Fall, wo die Veränderung des dielektrischen Verlustes schnell ist (t1 < t1').
In dem zweiten Beispiel wird die Mikrowellenleistung zweimal zu verschiedenen Zeitpunkten während der Erhitzung der partikelförmigen Stoffe detektiert, um die Veränderung der Mikrowellenleistung abzuschätzen. Jedoch ist die Anzahl der Detektionszeitpunkte nicht auf zwei begrenzt. Alternativ kann die Detektion drei- oder mehrmals durchgeführt werden.
In dem zweiten Beispiel bestimmt die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 53 den Zeitpunkt t2 zum Stoppen des Betriebs der Mikrowellenerzeugungsvorrichtung 17, in Übereinstimmung mit dem Fortschreiten der Verbrennung der partikelförmigen Stoffe nach der Luftzufuhr. Das bedeutet, wenn die partikelförmigen Stoffe schnell verbrannt werden, erreicht das Detektorsignal den vorherbestimmten Wert X5 früher als in dem Fall, wo die partikelförmigen Stoffe langsam verbrannt werden (t2 > t2'). Zu den Zeitpunkten t2 und t2' stoppt die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 53 den Betrieb der Mikrowellenerzeugungsvorrichtung 17. Danach wird die Luftzufuhrvorrichtung 44 für einen vorherbestimmten Zeitraum in Betrieb genommen. Zur Zeit t3 und t3' wird der Betrieb der Luftzufuhrvorrichtung 44 gestoppt.
Es liegt auf der Hand, daß die Regenerationsvorrichtung und das Steuer- bzw. Regelverfahren für die Vorrichtung in den oben beschriebenen ersten und zweiten Beispielen in verschiedenartig zusammengesetzter Weise verwendet werden kann. Zum Beispiel kann das Verfahren zum Bestimmen der Startzeit zur Zufuhr der Sekundärluft in dem zweiten Beispiel zum Bestimmen des Startzeitpunkts zur Zufuhr des Abgases zur Ermöglichung der Erhitzung der partikelförmigen Stoffe in dem ersten Beispiel verwendet werden. Zusätzlich kann das Verfahren zum Bestimmen des Startzeitpunkts der Zufuhr des Abgases zur Ermöglichung der Erhitzung der partikelförmigen Stoffe in dem ersten Beispiel verwendet werden zum Bestimmen des Startzeitpunkts zur Zufuhr der Sekundärluft in dem zweiten Beispiel.
Desweiteren kann im Überbrückungsrohr 24 in dem ersten Beispiel und im Überbrückungsrohr 54 in dem zweiten Beispiel ein Filter zum Einfangen von partikelförmigen Stoffen vorgesehen werden. In einem solchen Fall kann das Verfahren zur Regenerierung des Filters, das in den ersten und zweiten Beispielen beschrieben wurde, auf den Filter in dem Überbrückungsrohr angewendet werden.
Gemäß der Regenerierungsvorrichtung für einen Filter der Erfindung können die folgenden Ergebnisse erzielt werden.
(1) Der Detektorabschnitt des Mikrowellendetektors wird von dem thermisch isolierenden Element in dem Raum, durch welchen das Abgas nicht fließt, umgeben, so daß der Detektorabschnitt nicht durch das Abgas verschmutzt wird, und der Detektorabschnitt kann von der Hitze des Abgases geschützt werden. Deshalb kann der Detektorabschnitt immer genau die Mikrowellenleistung detektieren, die der Menge der partikelförmigen Stoffe entspricht, die vom Filter eingefangen wurden, so daß die Steuer- bzw. Regelvorrichtung die Mikrowellenerzeugungsvorrichtung, die Luftzufuhrvorrichtung, und die verschiedenen Ventile geeignet steuern bzw. regeln kann.
(2) Da die Periode zum Detektieren der Mikrowellenleistung verändert werden kann, und weil insbesondere diese Periode verkürzt wird, wenn das Detektorsignal nahe an den vorherbestimmten Wert kommt, kann die Verteilung und die Veränderung der Mikrowellenleistung in der Heizkammer genau an die Steuerbzw. Regelvorrichtung über das Detektorsignal übermittelt werden. Als ein Ergebnis davon kann die Steuer- bzw. Regelvorrichtung die Mikrowellenerzeugungsvorrichtung, die Luftzufuhrvorrichtung, und die verschiedenen Ventile zu geeigneten Zeitpunkten steuern bzw. regeln, basierend auf der genau gemessenen Menge von partikelförmigen Stoffen, welche auf dem Filter abgelagert sind, dem Verbrennungszustand, und dem Verbrennungsbereich.
(3) Die Mikrowellenleistung kann zu einer Vielzahl von verschiedenen
Zeitpunkten detektiert werden, so daß die Verteilung und die Veränderung der Mikrowellenleistung in der Heizkammer genau zur Regel- bzw. Steuervorrichtung über das Detektorsignal übermittelt werden kann. Als ein Ergebnis davon kann die Steuer- bzw. Regelvorrichtung die Mikrowellenerzeugungsvorrichtung, die Luftzufuhrvorrichtung, und die verschiedenen Ventile zu geeigneten Zeitpunkten steuern bzw. regeln, basierend auf der genau gemessenen Menge von partikelförmigen Stoffen, welche auf dem Filter abgelagert sind, dem Verbrennungszustand, und dem Verbrennungsbereich.
(4) Weil der Mikrowellendetektor eine koaxiale Leitung umfaßt und der Detektorabschnitt als ein zentraler Leiter der Koaxialleitung ausgebildet ist, kann die Vorrichtung leicht an der Heizkammer befestigt werden. Demzufolge kann die Vorrichtung eine einfache Struktur bzw. einen einfachen Aufbau haben und kann billig sein.
Aus obigen Gründen können gemäß der Regenerierungsvorrichtung für einen Filter dieser Erfindung die partikelförmigen Stoffe oder ähnliches, welche in dem Abgas enthalten sind, und von dem Filter eingefangen wurden, sicher und wirksam zu einem geeigneten Zeitpunkt entfernt werden. Zusätzlich kann gemäß der Regenerierungsvorrichtung für einen Filter dieser Erfindung das Anhalten der Verbrennung und die Verbrennung der partikelförmigen Stoffe bei ungewöhnlich hohen Temperaturen während der Filterregeneration vermieden werden, so daß eine mechanische Beschädigung der Vorrichtung verhindert werden kann, und eine Verminderung der Leistung der Maschine und das Anhalten der Maschine kann auch verhindert werden. Desweiteren kann die Regenerierungsvorrichtung für einen Filter der Erfindung den Filter wirksam regenerieren, so daß die Aufnahme von elektrischer Leistung zur Filterregeneration minimiert werden kann. Die Regenerierungsvorrichtung für einen Filter dieser Erfindung hat einen einfachen Aufbau, so daß der Zusammenbau und die Reparatur dieser Vorrichtung leicht durchgeführt werden können, und die Vorrichtung kann zu geringen Kosten hergestellt werden. Als ein Ergebnis davon ist die Vorrichtung dieser Erfindung geeignet, um an einem Automobil befestigt zu werden. Desweiteren beurteilt die Vorrichtung dieser Erfindung die Menge von partikelförmigen Stoffen, welche nicht verbrannt und nicht entfernt zurückgelassen wurden. Demzufolge kann, wenn ein Fehler in der Verbrennung der partikelförmigen Stoffe auftritt, die Vorrichtung den Benutzer unverzüglich vor dem ungewöhnlichen Ereignis warnen. Deshalb kann der Benutzer die Wartung der Vorrichtung zu einem geeigneten Zeitpunkt durchführen.

Claims

1. Regenerierungsvorrichtung eines Filters für eine Brennkraftmaschine (14) mit:

- einer Heizkammer (15) mit einem ersten Öffnungsabschnitt (60) und einen zweiten Öffnungsabschnitt (61);

- einem Filter (16) zum Einfangen partikelförmiger Stoffe, die in dem Auspuffgas bzw. Abgas enthalten sind, welches von dem Verbrennungsmotor (14) abgegeben wird und in die Heizkammer (15) über den ersten Öffnungsabschnitt (60) fließt;

- einer Mikrowellenerzeugungsvorrichtung (17) zur Erzeugung von Mikrowellen, die in die Heizkammer (15) abgegeben werden;

- einem Mikrowellendetektor (29) mit einem Detektorabschnitt (31) zur Feststellung der Leistung der Mikrowellen, die in die Heizkammer (15) abgegeben werden, wobei der Mikrowellendetektor (29) ein Detektionssignal entsprechend der festgestellten Leistung abgibt; und

- einer Steuer- bzw. Regelvorrichtung (33; 53) zum Steuern bzw. Regeln der Mikrowellenerzeugung der Mikrowellenerzeugungsvorrichtung (29) entsprechend dem Detektionssignal;

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Heizkammer (15) einen Raum (30) umfaßt, in welchen kein Abgas fließt;

- der Filter (16) gegen eine Wand (34) der Heizkammer (15) mittels eines Stützabschnitts (35) mit einem Wärmeisolierelement abgestützt ist, wobei der Stützabschnitt (35) in dem Raum (30), in welchen kein Abgas fließt, angeordnet ist; und

- der Detektionsabschnitt (31) des Mikrowellendetektors (29) in dem Stützabschnitt (35) angeordnet ist.

2. Regenerierungsvorrichtung eines Filters nach Anspruch 1, weiter aufweisend eine Luftzufuhrvorrichtung zur Zufuhr eines Gases, das Sauerstoff enthält, zu der Heizkammer (15) über den zweiten Öffnungsabschnitt (61);

- wobei die Steuer- bzw. Regelvorrichtung (33; 53) die Luftzufuhrvorrichtung steuert bzw. regelt, um das Gas zur Heizkammer (15) in Abhängigkeit von dem Detektionssignal zuzuführen.

3. Regenerierungsvorrichtung eines Filters nach Anspruch 2, wobei das Gas, das durch die Luftzufuhrvorrichtung zugeführt wird, das Abgas ist, das aus der Brennkraftmaschine (14) ausgestoßen wird.

4. Regenerierungsvorrichtung eines Filters nach Anspruch 2, wobei die Luft, die durch die Luftzufuhrvorrichtung zugeführt wird, ein atmosphärisches Gas bzw. Umgebungsluft ist, das bzw. die außerhalb der Vorrichtung vorkommt, und die Luftzufuhrvorrichtung das atmosphärische Gas der Heizkammer (15) zuführt, ohne es durch die Brennkraftmaschine (14) zu führen.

5. Regenerierungsvorrichtung eines Filters nach Anspruch 2, wobei der Mikrowellendetektor (29) das Detektionssignal mehrere Male ausgibt, bevor die Luftzufuhrvorrichtung gestartet wird und wenn die Mikrowellenerzeugungsvorrichtung (17) die Mikrowellen erzeugt, und

- wobei die Steuer- bzw. Regelvorrichtung (33; 53) die Luftzufuhrvorrichtung startet, wenn das Detektionssignal im wesentlichen mit einem vorher bestimmten Wert zusammenfallt bzw. übereinstimmt.

6. Regenerierungsvorrichtung eines Filters nach Anspruch 5, wobei die Regel- bzw. Steuervorrichtung (33; 53) zumindest einen vorherbestimmten Wert speichert, und der Mikrowellendetektor (29) die Leistung der Mikrowelle in einer Periode feststellt, welche verkürzt wird, wenn das Detektionssignal dem vorherbestimmten Wert nahekommt.

7. Regenerierungsvorrichtung eines Filters nach Anspruch 5, wobei die Regel- bzw. Steuervorrichtung (33; 53) einen Zeitpunkt bestimmt, bei der eines der Detektionssignale im wesentlichen mit dem vorherbestimmten Wert übereinstimmt, basierend auf den Detektionssignalen, und die Luftzufuhrvorrichtung zu diesem Zeitpunkt startet.

8. Regenerierungsvorrichtung eines Filters nach Anspruch 1, weiter aufweisend eine Warnvorrichtung (43) für ungewöhnliche Ereignisse zur Erzeugung eines Warnsignals,

- wobei die Warnvorrichtung (43) für ungewöhnliche Ereignisse das Warnsignal unter der Steuerung bzw. Regelung der Regel- bzw. Steuervorrichtung (33; 53) erzeugt, wenn das Detektionssignal nicht in einen vorherbestimmten Bereich fällt.

9. Regenerierungsvorrichtung eines Filters nach Anspruch 1, wobei der Mikrowellendetektor (29) eine koaxiale Leitung hat, und der Detektionsabschnitt (31) als ein zentraler Leiter der koaxialen Leitung ausgebildet ist.