JP2803581B2

JP2803581B2 - 内燃機関用フィルタ再生装置

Info

Publication number: JP2803581B2
Application number: JP6273641A
Authority: JP
Inventors: 孝広松本; 等隆信江; 正夫野口; 統雄垰; 宣彦藤原
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-11-08
Filing date: 1994-11-08
Publication date: 1998-09-24
Anticipated expiration: 2013-09-24
Also published as: JPH08135431A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はディーゼルエンジンから
排出される排気ガス中に含まれるパティキュレート（粒
子状物質）を捕集する内燃機関用フィルタを高周波エネ
ルギーを利用して再生する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】地球環境保全に関して、近年世界各国で
大気汚染物質の排出規制がコ・ジェネレーションなどの
固定発生源や自動車などの移動発生源に対して強化され
る動きにある。特に、自動車の排気ガスに関する規制は
従来の濃度規制から総量規制へ移行され規制値自体も大
幅な強化がなされようとしている。

【０００３】自動車の中でもディーゼル車は窒素酸化物
と同時にパティキュレートの排出規制の強化が行われ
る。燃料噴射時期遅延などの燃焼改善による従来の排気
ガス中の汚染物質低減対策だけでは排出ガス規制値を達
成することは不可能とされ、現状では排気ガスの後処理
装置の付設が不可欠である。この後処理装置はパティキ
ュレートを捕集するフィルタを有するものである。

【０００４】しかし、ディーゼル内燃機関を使用する時
間とともにパティキュレートはフィルタに目詰まりを発
生させ、捕集能力を大幅に低下させるとともに排気ガス
の流れを悪くするためにエンジン出力低下あるいはエン
ジン停止の原因となる。したがって、フィルタの捕集能
力を再生させるための技術開発が進められている。

【０００５】ディーゼルエンジン排ガス中に含まれるパ
ティキュレートは６００℃程度から燃焼することが知ら
れている。パティキュレートをこの温度域に昇温するた
めの手段方式として、バーナによる加熱方式、電気ヒー
ター方式あるいは高周波加熱方式などが考えられてい
る。

【０００６】本発明者らは昇温効率の良さ、安全性ある
いは再生制御性の良さなどを考慮して高周波加熱方式に
よるフィルタ再生装置を開発してきた。

【０００７】高周波加熱方式すなわちマイクロ波方式に
よるフィルタ再生装置としては、たとえば特開昭５９−
１２６０２２号公報がある。同公報に開示されている装
置を図７に示す。図７において、１はエンジン、２は排
気マニホールド、３は排気管、４は排気分岐管、５はフ
ィルタ、６はフィルタ５を収納した加熱室、７は高周波
発生装置、８は高周波発生装置７の発生したマイクロ波
を加熱室６に導く導波管、９はマイクロ波反射板、１０
は空気ポンプ、１１は空気供給路、１２は高周波発生手
段７の駆動電源、１３はマフラー、１４は空気切換バル
ブ、１５は排気ガス流切換バルブである。

【０００８】上記した構成において、エンジンの排気ガ
スは排気ガス流切換バルブ１５によってフィルタ５に導
かれたり、直接大気へ排出されたりする。パティキュレ
ート捕集サイクルにおいて、排気ガスはフィルタ５に導
かれ排気ガス中に含まれるパティキュレートはフィルタ
５に捕集されるが前述したようにフィルタ５の捕集能力
は有限である。捕集能力が限界に達すると排気ガス流切
換バルブ１５が制御され排気管３への排気ガスは遮断さ
れ排気ガスのすべては排気分岐管４を経て大気に排出さ
れる。この間にフィルタ５の再生が行われる。このフィ
ルタ再生サイクルにおいてパティキュレートを加熱する
エネルギは高周波発生装置７からまた燃焼に必要な空気
が空気ポンプ１０より同時に供給される。所定の時間を
経てフィルタ再生が完了すると排気ガス流切換バルブ１
５が再び制御されてフィルタ５に排気ガスが導かれる。
この捕集と再生のサイクルがくり返される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の構
成において、パティキュレートを高周波のエネルギーで
発火点まで温度上昇させるには、次のような困難な点が
あった。

【００１０】すなわち、内燃機関は乗用車やバスなどの
移動体に搭載されることが多く、電気エネルギーは搭載
された二次電池より供給されることになる。このため、
フィルタの再生装置を搭載する場合に電池容量を大きく
しなければならず、装置の価格が高くならざるを得なか
った。さらに、電池の過放電による電池上がりの危険性
もあった。

【００１１】また、パティキュレート加熱燃焼時には、
その捕集重量密度や成分によって燃焼時の発熱量が異な
り、加熱エネルギーや燃焼用の気体の供給具合を調整し
なければ、フィルタが異常加熱のため温度が上昇しすぎ
て、ひび割れなどの破損を起こしたり、再生が十分に行
われないという現象があった。それを回避するために
は、パティキュレートの捕集密度に応じて、それぞれ異
なった再生制御を行なわなければならない。さらに、必
要以上にパティキュレートが捕集されるとフィルタの圧
損が高くなり、エンジンを損傷する可能性があるため、
フィルタに捕集されたパティキュレートの量を測定する
必要があった。

【００１２】従来、パティキュレートの捕集量を検出す
るには、フィルタの排気ガス上流と下流の圧力差による
ものや、捕集時間に頼るものが考えられていた。しかし
ながら、圧力差で検出するためには内燃機関の排気ガス
流量と温度を逐次正確に測定することを要し装置が複雑
になることと、圧力測定部がパティキュレートで詰まっ
て正確な圧力が測定できない困難さがあった。また、捕
集時間すなわち、内燃機関の動作時間でパティキュレー
ト捕集量を推定する方法では、内燃機関の負荷が大きい
場合や高速回転する場合と、アイドリング状態では単位
時間当たりのパティキュレート発生量が２倍以上ちがう
ので、実用的な捕集量は推定できなかった。

【００１３】本発明は上記課題を解決するもので、フィ
ルタに捕集されたパティキュレート量を精度よく検出す
るために、高周波をフィルタに供給しその減衰量でパテ
ィキュレート量を検出でき、かつ、その際に電池消費量
を節約可能な排ガス浄化装置を実現することを目的とし
ている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の内燃機関用フィ
ルタ再生装置は上記目的を達成するため、下記構成とし
ている。

【００１５】パティキュレートの捕集量を検出するため
に、フィルタの収納されている加熱室に高周波を供給す
る高周波発生装置と受信する高周波受信部を設け、高周
波発生装置からの高周波がフィルタのパティキュレート
に吸収される割合を高周波受信部で得られる高周波量で
判定する。

【００１６】そして、フィルタの加熱再生をするとき
は、同じ高周波発生装置からマイクロ波を給電して高周
波によりパティキュレートを加熱燃焼し、フィルタを再
生させている。すなわち、電池の消費を抑制するため
に、フィルタを加熱再生するときは大きな電力を供給
し、捕集されたパティキュレート量を計測するときに
は、小さな電力を供給するとよい。

【００１７】従って、内燃機関の排気ガス中に含まれる
パティキュレートを捕集するフィルタと、前記パティキ
ュレートを加熱するための高周波を発生する高周波発生
装置と、前記フィルタを収納する加熱室に設けた高周波
受信部からなる捕集量検出手段と、前記高周波発生装置
に電力を供給するための二次側に高圧コンデンサと高圧
ダイオードを備えた高圧トランス電源と、前記高圧コン
デンサの容量を切り替える高圧リレーを備え、少なくと
も前記捕集量検出手段の検出信号が所定値以上の場合に
前記高圧リレーによって前記高圧コンデンサの容量を小
さく切り替え、高周波出力を切り替える構成としてい
る。

【００１８】また、内燃機関の排気ガス中に含まれるパ
ティキュレートを捕集するフィルタと、前記パティキュ
レートを加熱するための高周波を発生する高周波発生装
置と、前記フィルタを収納する加熱室に設けた高周波受
信部からなる捕集量検出手段と、前記高周波発生装置に
電力を供給するための高圧トランス電源と、前記高圧ト
ランス電源に電力を供給するＤＣ−ＡＣインバータ電源
を備え、前記ＤＣ−ＡＣインバータのスイッチング素子
の駆動デューティー比を前記捕集量検出手段の検出信号
に応じて異なるデューティー比に切り替え、高周波出力
を切り替える構成としている。

【００１９】また、内燃機関の排気ガス中に含まれるパ
ティキュレートを捕集するフィルタと、前記パティキュ
レートを加熱するための高周波を発生する高周波発生装
置と、前記フィルタを収納する加熱室に設けた高周波受
信部からなる捕集量検出手段と、前記高周波発生装置に
電力を供給するための高圧トランス電源と、前記高圧ト
ランス電源に電力を供給するＤＣ−ＡＣインバータ電源
とを備え、前記ＤＣ−ＡＣインバータ電源のインバータ
トランスは二次巻線の途中にタップを設け、少なくとも
前記捕集量検出手段の検出信号が所定値を以上の場合に
前記インバータトランスの二次巻線の接続タップを切り
替えインバータの巻数比を小さくする構成としている。

【００２０】さらに、内燃機関の排気ガス中に含まれる
パティキュレートを捕集するフィルタと、前記パティキ
ュレートを加熱するための高周波を発生する高周波発生
装置と、前記フィルタを収納する加熱室に設けた高周波
受信部に得られる物理量を検出する捕集量検出手段と、
前記捕集量検出手段からの信号に基づき前記高周波発生
装置を制御する制御部と、前記高周波発生装置に電力を
供給するための高圧トランス電源と、前記高圧トランス
電源に電力を供給するＤＣ−ＡＣインバータ電源とを備
え、前記高圧トランス電源の高圧トランスは一次巻線の
途中にタップを設け、少なくとも前記捕集量検出手段の
検出信号が所定値を以上の場合に前記高圧トランスの一
次巻線の接続タップを切り替え高圧トランスの巻数比を
小さくする構成としている。

【００２１】さらに、また、前記高圧トランス電源に電
池から電力を供給する構成としている。

【００２２】

【作用】本発明は上記構成によって、下記の作用を有す
る。

【００２３】すなわち、本発明の内燃機関用フィルタ再
生装置は、内燃機関の運転中にはフィルタに捕集された
パティキュレート量を測定するために、高周波発生装置
より高周波をフィルタに供給し、受信部での高周波の減
衰量によってパティキュレート捕集量を判定している。
そして、所定のパティキュレートが捕集され、フィルタ
を再生する時は、同じ高周波発生装置の高周波によりパ
ティキュレートを加熱昇温し、助燃気体を供給して燃焼
させる。このときの燃焼制御は助燃気体の流量を調整す
ることで、フィルタの耐熱温度を越えないように燃焼さ
せる。

【００２４】フィルタに高周波を供給する高周波発生装
置は、電池からエネルギーを供給される。内燃機関の運
転中に捕集量を検出するための高周波量は、加熱燃焼さ
せるときより少なくて良い。したがって、高周波発生装
置の出力を変化させて、低出力で捕集量検出をし、高出
力で加熱再生を行う。こうすることによって、電池消費
を抑制する構成にしている。

【００２５】パティキュレート量の検出は、フィルタに
供給された高周波をフィルタの側面に設けた受信部で受
信し、その減衰量を測定する方法で行う。すなわち、減
衰量が多いほどパティキュレートに高周波が多く吸収さ
れていることになり捕集量が多いと判断できる。

【００２６】このとき高周波を発生させるために、電池
からの電力エネルギーをＤＣ−ＡＣインバータで商用Ａ
Ｃ電源と同じ電圧と周波数に変換し、高周波電源を駆動
する。パティキュレート量の検出時の高周波は、フィル
タを加熱しないので少ない量でよく、電気エネルギーも
加熱再生時の３分の１程度または、それよりも少なくて
もよい。その高周波を受信部で受け、その信号の強さに
より捕集されたパティキュレートの捕集量を検出する。
パティキュレートの捕集量が増加すると受信部にあらわ
れる捕集量検出信号は減衰によって減少する。したがっ
て、少なくとも捕集量検出信号が所定値を越えている場
合にはフィルタの目詰まりが発生していない状態なので
高周波出力は少なくてよい。

【００２７】フィルタにパティキュレートが所定量以上
捕集されたことを検出すると、フィルタの再生が必要に
なるので、自動的に、もしくは、手動で再生を開始す
る。フィルタの再生時は、パティキュレートを高周波で
加熱燃焼させるために、高周波発生装置からの高周波出
力が増加するように変化させる。

【００２８】高周波出力を変化させる手段のひとつとし
て、高周波電源の二次側に設けた倍電圧整流用の高圧コ
ンデンサの容量を切り替えている。高圧コンデンサの容
量を小さくすると、二次側のインピーダンスが大きくな
り高周波発生装置の出力が少なくなる。こうして、消費
電力を抑制することで、電池の消耗を少なくすることが
可能となる。

【００２９】また、高周波出力を変化させる別の手段と
して、電池のＤＣ電源をＡＣ電源に変換するためのＡＣ
−ＤＣインバータ電源のスイッチング素子のオンオフ・
デューティー比を変えている。デューティー比が大きい
（オン時間が大きい）と、インバータの出力電圧が大き
くなり高周波出力が増える。フィルタの加熱再生時はオ
ン時間の割合を大きくし出力を増加させ、フィルタがパ
ティキュレートを捕集時には、デューティー比を小さく
して消費エネルギーを節約する。

【００３０】さらに、ＡＣ−ＤＣインバータ電源のイン
バータトランスの二次巻線にタップを設け、二次巻線の
タップを切り替えることで、二次電圧を変化させること
で、高周波出力を変化させることができる。すなわち、
二次インダクタンスが大きく巻数比が高いほど二次電圧
が高くなるため高周波出力が大きい。

【００３１】さらに、また、他の方法として、高周波電
源の高圧トランスの一次巻線にタップを設けて、高圧ト
ランスの巻数比を変えることで、高周波出力を変化させ
ることも可能である。すなわち、高圧トランスの入力イ
ンピーダンスを変えることにより、高周波発生装置に印
加する電圧を変化させ高周波出力を変えている。

【００３２】上記のように高周波発生装置の出力をパテ
ィキュレートの捕集時には少なくすることで消費電力を
抑制し、電池の容量を小さくすることができる。また、
捕集されたパティキュレート量を検出するために高周波
を供給する時間は、所定周期毎（数十分程度）に短時間
（数十秒）で検出することで、電池の電力消費を抑制し
ている。

【００３３】以上のような構成とすることで装置の電力
消費が少なくすることが可能なため、電池が小さくでき
経済的で低コストの内燃機関用フィルタ再生装置が実現
できる。

【００３４】

【実施例】以下本発明の実施例を図を参照して説明す
る。

【００３５】第１の実施例を図１、図２に示す。図１に
おいて、１６は内燃機関、１７は排気ガスを排出する排
気管、１８は排気管１７の途中に設けられた加熱室、１
９は加熱室１８内に収納され排気ガスが通過する間に排
気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集するフィル
タ、２０は加熱室１８に給電する高周波を発生させる高
周波発生装置としてのマグネトロン、２１は高周波発生
装置２０の発生した高周波を加熱室１８に伝送する導波
管、２２は加熱室１８に酸素を含む気体を供給する送風
手段である。この気体は開閉バルブ２３を制御すること
により排気管１７への流入が実行され、排気管１７内を
流通して加熱室１８に配流される。

【００３６】内燃機関が動作しているとき、排気ガスは
排気管１７内を流れフィルタ１９に流入される。フィル
タ１９はウォールフロータイプのハニカム構造体で構成
され、排気ガスに含まれるパティキュレートを捕集する
機能を有している。フィルタ１９に捕集されたパティキ
ュレートの量が増大すると、フィルタ１９における排ガ
スの流れに対する圧力損失が増大し内燃機関であるエン
ジンの負荷が増加するとともに最悪の場合にはエンジン
停止に至る。したがって、フィルタ１９に所定のパティ
キュレートが捕集されるとフィルタ１９を再生する必要
がある。フィルタの再生時には、バルブ３１で排気ガス
がバイパス管３２へ流れるように切り替える。３３は消
音装置である。

【００３７】高周波発生装置２０としてのマグネトロン
から出た高周波は、導波管２１を介して伝送され、加熱
室１８内では定在波となって分布し、フィルタに捕集さ
れたパティキュレートを加熱する。パティキュレートの
加熱分布は電波の分布によって決まる。

【００３８】捕集されたパティキュレートの物理量また
は重量は、加熱室１８に設けられた高周波受信部２４に
あらわれる信号によって検出される。高周波受信部２４
の信号は検波回路２５で検波整流される。高周波受信部
２４と検波部２５とからなる捕集量検出手段の信号によ
り制御部２７はパティキュレートの捕集量を判別する。
その値を表示装置で表示し、フィルタの再生に必要な時
期を報知する。また、フィルタの加熱再生の際には、捕
集量に応じて制御部２７の信号を変化させる。すなわ
ち、送風装置２２の動作タイミングと高周波発生装置２
０の導通タイミングを捕集量に応じて変化させる。２６
は温度センサであり、排気ガスの温度を測定することで
フィルタの目詰まりを監視するとともに、捕集量検出手
段の温度補正を行う。

【００３９】２８は高周波電源であり高圧トランスと高
圧コンデンサおよび高圧ダイオードからなる。高周波電
源２８はＡＣ電源電圧を昇圧整流し高周波発生装置２０
に高圧直流電圧を印加して、高周波を発生させる。

【００４０】２９はＤＣ−ＡＣインバータであり、電池
ＤＣ電源３０をスイッチングしてＡＣ電源に変換する。

【００４１】図２に、本発明の内燃機関用フィルタ再生
装置の回路図を示す。図１と同じ構成要素は同符号をつ
け、説明を省略する。

【００４２】高周波電源２８は高圧トランス３４、高圧
コンデンサ３５、３６、高圧ダイオード３７により構成
される。高周波発生装置２０としてのマグネトロンは約
４ｋＶの直流電圧によって駆動され、高周波を発振す
る。高圧コンデンサ３５、３６は高圧切替スイッチ３８
により並列接続され容量が変化する。高圧トランス３４
の出力電圧が同じ場合、高周波の出力を高くするために
は高圧コンデンサの容量を大きくして高周波発生装置の
導通期間を長くすることで出力を増加することが可能で
ある。また、逆に高圧コンデンサの容量が小さい場合は
高周波出力が小さくなり、消費電力も少なくなる。高圧
切替スイッチ３８は、制御部２７の信号により閉じて高
圧コンデンサ３５、３６を並列接続し、高周波発生装置
の電力供給を変化させる。

【００４３】電池３０には、内燃機関から得た動力を電
力に変換するオルタネータ３９が並列接続され、内燃機
関の動作中に電池３０が充電される。電池ＤＣ電源３０
の出力には、ＤＣ−ＡＣインバータ２９が接続されＤＣ
電源をＡＣ電源に変換している。このときの変換周波数
と電圧は商用電源に近いものとして、汎用的なマグネト
ロン２０駆動用の高圧電源２８を使用可能としている。
このため、高圧電源２８を共通化できる。ＤＣ−ＡＣイ
ンバータ２９はスイッチング部４０とトランス部４１と
からなり電池電源３０をスイッチング部４０で交流に変
化させてトランス部４１で所定の電圧に昇圧している。

【００４４】捕集量検出手段４２は、高周波受信部２４
と検波部２５とからなる。高周波受信部２４は同軸線路
で構成されている。検波部２５は、高周波の余分な周波
数成分をフィルタ回路により除去し、整流して制御部２
７に信号を送る。

【００４５】４３は温度検出部で、フィルタを通過する
排気ガスや再生燃焼の気体の温度を測定して制御部２７
に信号を送る。温度検出センサは熱電対またはサーミス
タなどが使用される。

【００４６】図３に高周波受信部の断面の詳細図を示
す。１９はフィルタ、４３はフィルタの外周にありフィ
ルタ１９と加熱室壁面４４を断熱するとともに、フィル
タを保持しているフィルタ保持材である。加熱室壁面４
４には凹部４５が設けられ高周波受信部２４が挿入され
ている。高周波受信部２４は先端が中心導体を突き出し
た構成となるセミリジッドケーブルからなり外部導体は
加熱室壁面と同電位なっている。このように構成するこ
とで、中心導体が受信アンテナとして働き高周波による
電界の大きさに応じた電力がケーブルを通じて伝送され
る。中心導体のアンテナ長を変えることで、捕集量検出
感度を調整可能な構成となっている。

【００４７】図１、図２において、内燃機関１６が動作
して、パティキュレートをフィルタ１９に捕集している
ときの動作を説明する。制御部２７から定期的（数十分
毎）に、約１０秒程度、接点４６、４７を導通させる信
号を送出する。このとき高圧電源の切替部３８はオープ
ン状態で高圧コンデンサの容量は少ない状態である。接
点４６、４７が導通するとＡＣ−ＤＣインバータ２９が
動作し、高周波発生装置２０に電力が供給される。高周
波発生装置２０からの高周波はフィルタ１９に捕集され
たパティキュレートで減衰されて、高周波受信部２４に
到達する。したがって、その受信された高周波の減衰量
量でパティキュレート量を検出する。この際、高圧コン
デンサの容量を小さく切り替えているので、電力消費量
は少ない。フィルタ１９にパティキュレートが所定量捕
集されると表示装置に捕集量を表示して、フィルタの目
詰まり状況を報知する。所定量以上のパティキュレート
が捕集されると、フィルタの再生をする必要が生じるた
め、内燃機関の使用者に報知する構成となっている。

【００４８】フィルタの加熱燃焼再生は、自動的または
手動で行う。再生開始命令が出されると、制御部２７は
高圧コンデンサ切り替え部３８を閉じて高圧コンデンサ
３５、３６を並列接続してコンデンサ容量を増加させ
る。そして接点４６、４７、４８を所定のタイミングで
閉じることにより、パティキュレートを加熱して、助燃
気体を供給し燃焼除去する。

【００４９】フィルタの加熱再生は、次のような順序で
行われる。再生命令後、排気ガスはバルブ３１により切
り替えられ、バイパス管３２を通って排出される。高圧
コンデンサ切替部３８が高圧コンデンサの容量を大きく
するように切り替わる。フィルタ１９の再生制御指令が
制御部２７より発せられる。この制御部２７の指令に基
づいて、高周波発生装置２０に駆動電力が供給される。
このとき接点４７を導通させることによりインバータ電
源２９から電力が高圧トランス３３供給される。高周波
発生装置２０からの高周波は導波管２１を伝送して加熱
室１８内に給電される。この際、捕集されたパティキュ
レートの物理量に応じて高周波の供給時間が異なる。適
当な時間経過後、フィルタ１９のパティキュレートは燃
焼可能温度に到達する。この後に、送風手段２２が制御
され適当な流量の気体をフィルタ１９へ供給する。こう
してフィルタ１９のパティキュレートが燃焼を始め、時
間を経てフィルタ１９のほぼ全域のパティキュレートが
燃焼し除去される。なお、高周波発生装置２０の動作は
フィルタ１９全域のパティキュレート燃焼が完了するま
で継続する必要はなく、フィルタ１９のパティキュレー
トが燃焼状態に移行した後、適当な時期に停止させたり
高周波出力を低下させたりすることができる。この場合
下流側に存在するパティキュレートに対して、パティキ
ュレートの燃焼熱が送風手段２２からの気体の流れにそ
って熱伝達される。フィルタ再生が終了すると、終了表
示を行う。その後、バルブ３１が制御され、フィルタ１
８に排気ガスが流入され、パティキュレート捕集が再び
行われる。

【００５０】上記構成においては、フィルタの再生時
は、バイパス管３２に排気ガスを流していたが、バイパ
ス管３２の替わりに、もう一つ排気ガスフィルタと再生
装置を設けて、交互に捕集再生してもよい。

【００５１】パティキュレートの捕集状態を知る検出手
段として加熱室内の高周波の電界を高周波受信部でもと
めるものを示したが、それに加えて、温度センサによる
フィルタの温度情報や、エンジン動作時間の積分値など
の情報を組合せることによって一層の捕集量精度の向上
が図れる。すなわち、温度情報によりパティキュレート
の誘電損失の温度特性を補正することが可能であり、ま
た、エンジン動作時間情報により再生後のフィルタに残
る未燃焼パティキュレート量を推定可能となる。

【００５２】図４に、本発明の他の実施例の内燃機関用
フィルタ再生装置の回路図を示す。図２と同じ構成要素
は同符号をつけ、説明を省略する。

【００５３】図４において、高周波電源２８は高圧トラ
ンス３４、高圧コンデンサ４９、高圧ダイオード３７に
より構成される。高周波発生装置２０としてのマグネト
ロンは約４ｋＶの直流電圧によって駆動され、高周波を
発振する。

【００５４】パティキュレートをフィルタ１９に捕集し
ているときの動作を説明する。制御部２７から定期的
（数十分毎）に、約１０秒程度、接点４６、４７を導通
させる信号を送出する。接点４６、４７が導通するとＡ
Ｃ−ＤＣインバータ２９が動作し、高周波発生装置２０
に電力が供給される。この際、インバータ２９のスイッ
チング素子の駆動デューティーオンオフ比は、１：２程
度以下ににしている。デューティー比が小さいのでイン
バータ２９の出力電圧が抑制され、高周波出力は、デュ
ーティー比１：１の時の３分の１以下となる。高周波発
生装置２０からの高周波はフィルタ１９に捕集されたパ
ティキュレートで減衰されて、高周波受信部２４に到達
する。したがって、その受信された高周波の減衰量量で
パティキュレート量を検出する。

【００５５】フィルタの加熱燃焼再生は、自動的または
手動で行う。再生開始命令が出されると、制御部２７は
インバータのスイッチング素子の駆動デューティー比を
ほぼ１：１として、高周波出力を増加してパティキュレ
ートを加熱する。そして接点４６、４７、４８を所定の
タイミングで閉じることにより、パティキュレートを燃
焼除去する。再生命令後、排気ガスはバルブ３１により
切り替えられ、バイパス管３２を通って排出される。高
圧コンデンサ切替部３８が高圧コンデンサの容量を大き
くするように切り替わる。フィルタ１９の再生制御指令
が制御部２７より発せられる。フィルタ再生が終了する
と、終了表示を行い、バルブ３１が制御され、フィルタ
１８に排気ガスが流入され、パティキュレート捕集が再
び行われる。

【００５６】図５に、本発明の他の実施例の内燃機関用
フィルタ再生装置の回路図を示す。図２と同じ構成要素
は同符号をつけ、説明を省略する。

【００５７】図５において、高周波電源２８は高圧トラ
ンス３４、高圧コンデンサ４９、高圧ダイオード３７に
より構成される。高周波発生装置２０としてのマグネト
ロンは約４ｋＶの直流電圧によって駆動され、高周波を
発振する。

【００５８】パティキュレートをフィルタ１９に捕集し
ているときの動作を説明する。インバータ電源２９のト
ランス部４１の二次巻線には、中間タップ５２が設けて
ありタップ切り替え部５３は、二次電圧が低くなるよう
に切り替えられている。制御部２７から定期的（数十分
毎）に、約１０秒程度、接点４６、４７を導通させる信
号を送出する。接点４６、４７が導通するとＡＣ−ＤＣ
インバータ２９が動作し、高周波発生装置２０に電力が
供給される。この際、インバータ２９のトランス部４１
の二次出力電圧はトランスの巻数比が少なくなるよう
に、出力がタップ５２に切り替えられている。高圧トラ
ンスの一次電圧が小さいので、高周波出力は少なく抑制
される。高周波発生装置２０からの高周波はフィルタ１
９に捕集されたパティキュレートで減衰されて、高周波
受信部２４に到達する。したがって、その受信された高
周波の減衰量量でパティキュレート量を検出する。

【００５９】フィルタの加熱燃焼再生は、自動的または
手動で行う。再生開始命令が出されると、インバータ２
９のトランス部４１の二次巻線は、タップ切り替え部５
１が巻数比が高くなるようにタップ切り替えされる。こ
うして、高周波出力を増加してパティキュレートを加熱
する。そして接点４６、４７、４８を所定のタイミング
で閉じることにより、パティキュレートを燃焼除去す
る。再生命令後、排気ガスはバルブ３１により切り替え
られ、バイパス管３２を通って排出される。フィルタ再
生が終了すると、終了表示を行い、バルブ３１が制御さ
れ、フィルタ１８に排気ガスが流入され、パティキュレ
ート捕集が再び行われる。

【００６０】図６に、本発明の他の実施例の内燃機関用
フィルタ再生装置の回路図を示す。図２と同じ構成要素
は同符号をつけ、説明を省略する。

【００６１】図６において、高周波電源２８は高圧トラ
ンス３４、高圧コンデンサ４９、高圧ダイオード３７に
より構成される。高周波発生装置２０としてのマグネト
ロンは約４ｋＶの直流電圧によって駆動され、高周波を
発振する。

【００６２】パティキュレートをフィルタ１９に捕集し
ているときの動作を説明する。高圧電源２８の高圧トラ
ンス３４の一次巻線には、中間タップ５２が設けてあり
タップ切り替え部５３は、二次電圧が低くなるように切
り替えられている。制御部２７から定期的（数十分毎）
に、約１０秒程度、接点４６、４７を導通させる信号を
送出する。接点４６、４７が導通するとＡＣ−ＤＣイン
バータ２９が動作し、高周波発生装置２０に電力が供給
される。この際、高圧トランス３４のの二次出力電圧は
トランスの巻数比が少なくなるように、出力がタップ５
２に切り替えられている。二次電圧が小さいので、高周
波出力は少なく抑制される。高周波発生装置２０からの
高周波はフィルタ１９に捕集されたパティキュレートで
減衰されて、高周波受信部２４に到達する。したがっ
て、その受信された高周波の減衰量量でパティキュレー
ト量を検出する。

【００６３】フィルタの加熱燃焼再生は、自動的または
手動で行う。再生開始命令が出されると、高圧電源２８
の高圧トランス３４の一次巻線は、タップ切り替え部５
３が巻数比が高くなるようにタップ切り替えされる。こ
うして、高周波出力を増加してパティキュレートを加熱
する。そして接点４６、４７、４８を所定のタイミング
で閉じることにより、パティキュレートを燃焼除去す
る。再生命令後、排気ガスはバルブ３１により切り替え
られ、バイパス管３２を通って排出される。フィルタ再
生が終了すると終了表示を行い、バルブ３１が制御さ
れ、フィルタ１８に排気ガスが流入され、パティキュレ
ート捕集が再び行われる。

【００６４】上記のような構成とすることで、高周波に
よりパティキュレートの捕集量が検出可能で、かつ、高
周波加熱によりフィルタの再生が可能な内燃機関用フィ
ルタ再生装置が実現できる。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の内燃機関用
フィルタ再生装置には以下の効果がある。

【００６６】（１）高圧コンデンサの容量を切り替える
ことで、高周波出力を可変する構成をとることで、電源
電圧変動の影響を少なく安定した低出力を得られるの
で、捕集量検出精度の高くすることが可能である。

【００６７】（２）ＤＣ−ＡＣインバータのスイッチン
グ素子の駆動デューティー比を変えることで、高周波出
力を可変する構成をとることで、高周波出力を変えるた
めの部品が不要になる。

【００６８】（３）ＤＣ−ＡＣインバータの昇圧トラン
スの二次巻線にタップ切り替えを設けて、高周波を可変
する構成をとることで、高周波電源の高圧トランスは電
子レンジ用などの汎用の電源トランスを用いることがで
き、ＤＣ−ＡＣインバータ電源の駆動回路の制御も不要
である。

【００６９】（４）高周波電源の高圧トランスの一次巻
線にタップ切り替えを設けて、高周波を可変する構成を
とることで、ＤＣ−ＡＣインバータの駆動回路の制御が
不要となるとともに、電源電圧変動の影響を少なく安定
した低出力が得られるので、捕集量検出精度の高い内燃
機関用フィルタ再生装置が可能となる。

【００７０】（５）ＤＣ−ＡＣインバータを用いて、電
池電源をＡＣ電源に変換するため、高周波電源を商用電
源で動作する汎用の電源と共通にできる。また高周波の
出力をパティキュレートの捕集時とフィルタの再生時で
変化させることで省エネルギーとなり、電池容量も少な
くてすむ。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における内燃機関用フィルタ
再生装置の構成図

【図２】同内燃機関用フィルタ再生装置の主要部分の回
路構成図

【図３】同内燃機関用フィルタ再生装置の部分詳細図

【図４】本発明の他の実施例における内燃機関用フィル
タ再生装置の主要部分の回路構成図

【図５】本発明の他の実施例における内燃機関用フィル
タ再生装置の主要部分の回路構成図

【図６】本発明の他の実施例における内燃機関用フィル
タ再生装置の主要部分の回路構成図

【図７】従来例の内燃機関用フィルタ再生装置の構成図

【符号の説明】

１８加熱室１９フィルタ２０高周波発生装置２４高周波受信部（捕集量検出手段）２７制御部２８高圧電源（高圧トランス電源）２９ＤＣ−ＡＣインバータ電源３４高圧トランス３５、３６高圧コンデンサ３７高圧ダイオード３８高圧リレー４１インバータトランス５０二次巻線接続タップ５２一次巻線接続タップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者垰統雄大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者藤原宣彦大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (56)参考文献特開平７−310525（ＪＰ，Ａ) 特開平４−301119（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F01N 3/02 301 - 341 F01N 9/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気ガス中に含まれるパティキ
ュレートを捕集するフィルタと、前記パティキュレート
を加熱するための高周波を発生する高周波発生装置と、
前記フィルタを収納する加熱室に設けた高周波受信部か
らなる捕集量検出手段と、前記高周波発生装置に電力を
供給するための二次側に高圧コンデンサと高圧ダイオー
ドを備えた高圧トランス電源と、前記高圧コンデンサの
容量を切り替える高圧リレーを備え、少なくとも前記捕
集量検出手段の検出信号が所定値以上の場合に前記高圧
リレーによって前記高圧コンデンサの容量を小さく切り
替える構成とした内燃機関用フィルタ再生装置。
【請求項２】内燃機関の排気ガス中に含まれるパティキ
ュレートを捕集するフィルタと、前記パティキュレート
を加熱するための高周波を発生する高周波発生装置と、
前記フィルタを収納する加熱室に設けた高周波受信部か
らなる捕集量検出手段と、前記高周波発生装置に電力を
供給するための高圧トランス電源と、前記高圧トランス
電源に電力を供給するＤＣ−ＡＣインバータ電源を備
え、前記ＤＣ−ＡＣインバータのスイッチング素子の駆
動デューティー比を前記捕集量検出手段の検出信号に応
じて異なるデューティー比に切り替える構成とした内燃
機関用フィルタ再生装置。
【請求項３】内燃機関の排気ガス中に含まれるパティキ
ュレートを捕集するフィルタと、前記パティキュレート
を加熱するための高周波を発生する高周波発生装置と、
前記フィルタを収納する加熱室に設けた高周波受信部か
らなる捕集量検出手段と、前記高周波発生装置に電力を
供給するための高圧トランス電源と、前記高圧トランス
電源に電力を供給するＤＣ−ＡＣインバータ電源とを備
え、前記ＤＣ−ＡＣインバータ電源のインバータトラン
スは二次巻線の途中にタップを設け、少なくとも前記捕
集量検出手段の検出信号が所定値以上の場合に前記イン
バータトランスの二次巻線の接続タップを切り替えイン
バータの巻数比を小さくする構成とした内燃機関用フィ
ルタ再生装置。
【請求項４】内燃機関の排気ガス中に含まれるパティキ
ュレートを捕集するフィルタと、前記パティキュレート
を加熱するための高周波を発生する高周波発生装置と、
前記フィルタを収納する加熱室に設けた高周波受信部に
得られる物理量を検出する捕集量検出手段と、高周波発
生装置に電力を供給するための高圧トランス電源と、前
記高圧トランス電源に電力を供給するＤＣ−ＡＣインバ
ータ電源とを備え、前記高圧トランス電源の高圧トラン
スは一次巻線の途中にタップを設け、少なくとも前記捕
集量検出手段の検出信号が所定値以上の場合に前記高圧
トランスの一次巻線の接続タップを切り替え高圧トラン
スの巻数比を小さくする構成とした内燃機関用フィルタ
再生装置。
【請求項５】前記高圧トランス電源に電池から電力を供
給する構成とした請求項１ないし請求項４のいずれか１
項記載の内燃機関用フィルタ再生装置。