JP2003065031A - 内燃機関用マイクロ波フィルタ再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関の排出ガス中に含まれているパティ
キュレートを捕集するフィルタをマイクロ波電力により
安全確実に再生する。 【解決手段】 内燃機関１の排出ガス中に含まれるパテ
ィキュレートを捕集するための円柱状セラミックスハニ
カムフィルタ３と、この円柱状セラミックスハニカムフ
ィルタ３を収納する金属製で円筒状のフィルタ収納器４
と、マイクロ波電力を発生するマイクロ波発振器５と、
このマイクロ波発振器５を接続する導波管６と、マイク
ロ波発振器５の動作を制御する制御演算装置８とからな
るものにおいて、導波管６の長辺面に方向性結合器７を
設置し、この方向性結合器７で得られるマイクロ波電力
の情報を制御演算装置８で処理し、その制御演算装置８
で演算したデータを基にマイクロ波発振器５の動作を制
御する。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関、特にデ
イーゼルエンジンの排出ガス中に含まれるパティキュレ
ートを捕集する内燃機関フィルタを、マイクロ波電力で
加熱して再生させる装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】内燃機関、特にデイーゼルエンジンの排
出ガス中に含まれるパティキュレートは、環境保護およ
び健康上の理由でその排出が規制されている。そのた
め、炭化珪素等からなるセラミックスハニカムフィルタ
を排出管の途中に設け、排出ガス中のパティキュレート
を捕集することにより大気中に放出されるパティキュレ
ートの量を削減するようにしたものが提案されている。 【０００３】この方法による場合には、内燃機関が運転
されているうちに、フィルタ内にパティキュレートが堆
積し排気管内の圧力損失が増大して、デイーゼルエンジ
ンの出力を低下させるので、捕集されたパティキュレー
トを適時燃焼させて二酸化炭素と水に変え、それを大気
に放出して、フィルタを再生させなければならない。 【０００４】このフィルタの再生は、デイーゼルエンジ
ンの排気熱によるだけではパティキュレートを燃焼させ
ることができないので、特開昭５９−１２６０２２号公
報に示すように、マイクロ波加熱手段を用いて捕集され
たパティキュレートを燃焼させてフィルタの再生を図っ
ていた。 【０００５】上記した特開昭５９−１２６０２２号公報
に示すものは、円筒状のフィルタ収納器内に、炭化珪素
を主成分とする円柱状のセラミックスハニカムフィルタ
を設置し、そこへマイクロ波電力を照射してセラミック
スハニカムフィルタを発熱させるとともに、燃焼用の空
気を供給してセラミックスハニカムフィルタに捕集され
たパティキュレートを燃焼させるものである。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した特開
昭５９−１２６０２２号公報に示す方法の場合には、フ
ィルタ再生のためのマイクロ波電力の照射時間を経験的
に決定していたので、パティキュレートが燃焼された後
も必要以上にマイクロ波電力をフィルタに照射すること
により、場合によっては耐熱限界を超えてしまい、フィ
ルタないしフィルタ収納部を熱破壊してしまうという問
題があった。これはフィルタを照射するマイクロ波電力
の制御手段がないのと同じであり、エネルギーも必要以
上に消費していた。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために、内燃機関の排出ガス中に含まれるパテ
ィキュレートを捕集するための円柱状セラミックスハニ
カムフィルタと、この円柱状セラミックスハニカムフィ
ルタを収納する金属製で円筒状のフィルタ収納器と、内
燃機関からの排出ガスをフィルタ収納器に導き入れる排
出ガス入気管と、この排出ガス入気管と反対側に設けら
れフィルタ収納器からの排出ガス等を外部に排出するた
めの排出ガス排気管と、マイクロ波電力を発生するマイ
クロ波発振器と、このマイクロ波発振器を接続する導波
管と、マイクロ波発振器からのマイクロ波電力をフィル
タ収納器に導き入れるためフィルタ収納器と導波管の相
対する面に設けられたマイクロ波供給口と、フィルタ収
納器のマイクロ波供給口側にて燃焼用の空気を受け入れ
るため設けられた送風管と、マイクロ波発振器の動作を
制御する制御演算装置とからなるものにおいて、導波管
の長辺面に方向性結合器を設置し、この方向性結合器で
得られるマイクロ波電力の情報を制御演算装置で処理
し、その制御演算装置で演算したデータを基にマイクロ
波発振器の動作を制御するようにしたものである。 【０００８】 【発明の実施の形態】本発明の実施例について図面を参
照して説明する。 【０００９】図１は本発明の一実施例における内燃機関
用マイクロ波フィルタ再生装置の要部断面図で、１は内
燃機関である。２は内燃機関１の運転により生じた排出
ガスを通す排出ガス入気管である。３は炭化珪素を主成
分とする円柱状セラミックスハニカムフィルタである。
４は円柱状セラミックスハニカムフィルタ３が収納され
ている金属製で円筒状したフィルタ収納器で、前記排出
ガス入気管２が接続されている。５はマイクロ波電力を
発生するマイクロ波発振器である。６はマイクロ波発振
器５で発生したマイクロ波電力をフィルタ収納器４へ導
く導波管である。７は導波管６の長辺面に設置したマイ
クロ波電力の動作情報を収集する方向性結合器で、この
方向性結合器７はループ型方向性結合器から成る。８は
制御演算装置で、方向性結合器７で収集したマイクロ波
電力の情報を基にマイクロ波発振器５の動作を制御する
ものである。９はマイクロ波発振器５に電源を供給する
高周波電源である。１０はマイクロ波供給口で、導波管
６からフィルタ収納器４へマイクロ波電力を供給するた
めフィルタ収納器４と導波管６の相対する面に設けられ
ている。１１はフィルタ収納器４の側面に設けられ外気
を取り込む送風管である。１２は排出ガス排気管で、フ
ィルタ収納器４に流入する内燃機関１からの排出ガス、
およびマイクロ波加熱により円柱状セラミックスハニカ
ムフィルタ３内で発生した炭酸ガスを排出するためのも
のである。 【００１０】上記で説明した排出ガス入気管２、送風管
１１、排出ガス排気管１２はいずれも金属製の円筒管
で、これらの円筒管の直径ｄの寸法は、マイクロ波発振
器５で供給されるマイクロ波の遮断波長以下で、しかも
円筒管の長さは３波長以上としている。 【００１１】なお、方向性結合器７は、一般的には導波
管型の方向性結合器が使用されているが、本発明ではル
ープ型方向性結合器を用いる。これは導波管型の方向性
結合器に比べ大幅な小型化が図られ、しかも構造が簡単
なため、安価に製作できるためである。 【００１２】次に、上記にて構成された本発明の作用の
説明をする。 【００１３】内燃機関１が運転されるとその排出ガスは
排出ガス入気管２を通ってフィルタ収納器４に導かれ
る。このとき排出ガス中に含まれるカーボン微粒子など
からなるパティキュレートは、フィルタ収納器４に設け
られている炭化珪素を主成分とするセラミックスハニカ
ムで構成された円柱状セラミックスハニカムフィルタ３
で捕集される。そしてパティキュレートの除去されたク
リーンな排出ガスが排出ガス排気管１２を通って大気中
に放出される。 【００１４】ところが、内燃機関１を長時間運転すると
円柱状セラミックスハニカムフィルタ３は排出ガス中に
含まれているパティキュレートが堆積して、目詰まりを
起こす。従って、円柱状セラミックスハニカムフィルタ
３を再生するために、定期的にマイクロ波電力をフィル
タ収納器４内の円柱状セラミックスハニカムフィルタ３
に照射する方法で加熱し、円柱状セラミックスハニカム
フィルタ３に堆積しているパティキュレートを二酸化炭
素に変換して大気に放出する。 【００１５】円柱状セラミックスハニカムフィルタ３の
パティキュレートを二酸化炭素に変換して大気に放出す
る方法は、まず、マイクロ波発振器５で発生したマイク
ロ波電力は導波管６を通ってマイクロ波供給口１０から
フィルタ収納器４に導かれる。フィルタ収納器４に導か
れたマイクロ波電力は円柱状セラミックスハニカムフィ
ルタ３に堆積しているカーボン微粒子を主成分とするパ
ティキュレートに照射され、加熱されると二酸化炭素に
変換され、送風管１１から取り込まれた空気とともにこ
の二酸化炭素は排出ガス排気管１２から大気中に放出さ
れる。 【００１６】このとき、フィルタ収納器４に接続されて
いる排出ガス入気管２、排出ガス排気管１２および送風
管１１を円筒管で構成するとともに、それぞれの円筒管
の内径ｄをマイクロ波発振器５で供給されるマイクロ波
の遮断波長以下として、しかも円筒管の長さを波長に対
して、３波長以上と十分に長くとっているので排出ガス
入気管２、排出ガス排気管１２に設けられていた従来の
金属製パンチング板によるマイクロ波遮蔽手段と同様の
マイクロ波遮蔽機能を有する。 【００１７】次に、マイクロ波発振器５の制御について
説明する。 【００１８】マイクロ波発振器５が動作し円柱状セラミ
ックスハニカムフィルタ３の加熱が始まると、方向性結
合器７においてマイクロ波電力の入射信号と反射信号を
取り込み、反射係数Γが計算され、加熱時間ｔと共に制
御演算装置８に反射係数Γが記憶され、図２で示すよう
に記憶された反射係数Γと加熱経過時間ｔとから傾きｓ
が求められる。これらの動作が円柱状セラミックスフィ
ルタ３の加熱中に繰り返しおこなわれる。そして加熱中
に傾きｓの変化値がほぼ０となったときに（図２では４
０分）制御演算装置８から高周波電源９に信号を送り、
マイクロ波発振器５を停止させて加熱を終了させる。 【００１９】このように方向性結合器７で得られたマイ
クロ波電力の情報を制御演算装置８で処理しマイクロ波
発振器５の動作を制御することにより円柱状セラミック
スハニカムフィルタ３の過加熱による熱破損を防止でき
るようになる。 【００２０】 【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、内
燃機関の排出ガス中に含まれるパティキュレートを捕集
するための円柱状セラミックスハニカムフィルタと、こ
の円柱状セラミックスハニカムフィルタを収納する金属
製で円筒状のフィルタ収納器と、内燃機関からの排出ガ
スをフィルタ収納器に導き入れる排出ガス入気管と、こ
の排出ガス入気管と反対側に設けられフィルタ収納器か
らの排出ガス等を外部に排出するための排出ガス排気管
と、マイクロ波電力を発生するマイクロ波発振器と、こ
のマイクロ波発振器を接続する導波管と、マイクロ波発
振器からのマイクロ波電力をフィルタ収納器に導き入れ
るためフィルタ収納器と導波管の相対する面に設けられ
たマイクロ波供給口と、フィルタ収納器のマイクロ波供
給口側にて燃焼用の空気を受け入れるため設けられた送
風管と、マイクロ波発振器の動作を制御する制御演算装
置とからなるものにおいて、導波管の長辺面に方向性結
合器を設置し、この方向性結合器で得られるマイクロ波
電力の情報を制御演算装置で処理し、その制御演算装置
で演算したデータを基にマイクロ波発振器の動作を制御
することにより、パティキュレートの燃焼が完了すると
速やかにマイクロ波電力の供給を停止するため円柱状セ
ラミックスハニカムフィルタの熱破損を防止できるよう
になる。従って、耐久性が高くなり、信頼性の高い内燃
機関用フィルタ再生装置を提供することができるなどの
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施例の内燃機関用マイクロ波フィ
ルタ再生装置の要部断面図である。 【図２】制御演算装置で得られるマイクロ波電力の反射
係数と加熱時間の関係を表した図である。 【符号の説明】 １・・・内燃機関 ２・・・排出ガス入気管 ３・・・円柱状セラミックスハニカムフィルタ ４・・・フィルタ収納器 ５・・・マイクロ波発振器 ６・・・導波管 ７・・・方向性結合器 ８・・・制御演算装置 １０・・マイクロ波供給口 １１・・送風管 １２・・排出ガス排気管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G090 AA02 BA01 CA01 CA02 CA03 CA04 CB00 CB18 4D019 AA01 BA05 BB06 BC11 BC12 CA01 CB04 CB09 4D058 JA32 JB06 MA41 MA51 MA60 SA08

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 内燃機関（１）の排出ガス中に含まれる
   パティキュレートを捕集するための円柱状セラミックス
   ハニカムフィルタ（３）と、この円柱状セラミックスハ
   ニカムフィルタ（３）を収納する金属製で円筒状のフィ
   ルタ収納器（４）と、内燃機関（１）からの排出ガスを
   フィルタ収納器（４）に導き入れる排出ガス入気管
   （２）と、この排出ガス入気管（２）と反対側に設けら
   れフィルタ収納器（４）からの排出ガス等を外部に排出
   するための排出ガス排気管（１２）と、マイクロ波電力
   を発生するマイクロ波発振器（５）と、このマイクロ波
   発振器（５）を接続する導波管（６）と、マイクロ波発
   振器（５）からのマイクロ波電力をフィルタ収納器
   （４）に導き入れるためフィルタ収納器（４）と導波管
   （６）の相対する面に設けられたマイクロ波供給口（１
   ０）と、フィルタ収納器（４）のマイクロ波供給口（１
   ０）側にて燃焼用の空気を受け入れるため設けられた送
   風管（１１）と、マイクロ波発振器（５）の動作を制御
   する制御演算装置（８）とからなるものにおいて、導波
   管（６）の長辺面に方向性結合器（７）を設置し、この
   方向性結合器（７）で得られるマイクロ波電力の情報を
   制御演算装置（８）で処理し、その制御演算装置（８）
   で演算したデータを基にマイクロ波発振器（５）の動作
   を制御するようにしたことを特徴とする内燃機関用マイ
   クロ波フィルタ再生装置。