JP3684612B2

JP3684612B2 - Filter regeneration device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP3684612B2
Application number: JP11146995A
Authority: JP
Inventors: 等隆信江; 正夫野口; 宣彦藤原; 統雄垰
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-05-10
Filing date: 1995-05-10
Publication date: 2005-08-17
Anticipated expiration: 2020-08-17
Also published as: JPH08303229A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はディーゼルエンジン（内燃機関）が排出する排ガス中に含まれるパティキュレート（粒子状物質）を捕集するフィルタの捕集性能を永続するために、フィルタに捕集されたパティキュレートを加熱燃焼させて除去し、フィルタの捕集性能を再生する内燃機関用フィルタ再生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンが排出する排ガス中にはパティキュレート（粒子状物質）が含まれ、排気黒煙の原因となっている。また近年、このパティキュレートは発癌性物質を含むとされ排ガス規制の強化が図られつつある。パティキュレートは、主にＳＯＦ(Soluble Organic Fraction)、すす、硫黄化合物の３種類からなり、このパティキュレートを排気系で処理する方法の一つとして排ガス排出路にフィルタを配設しフィルタにてパティキュレートを捕集する方式の実用開発が進められている。
【０００３】
ところが、このフィルタを用いた排ガス浄化方式は、パティキュレートを捕集し続けるとフィルタは目詰まりを生じて排気ガスの流れが悪くなってエンジン出力の低下あるいはエンジンの停止に至る。従って、適当な時期にフィルタの捕集能力を再生させる必要がある。
【０００４】
このフィルタの捕集性能を再生させるタイミングの決定方法としては、フィルタの圧力損失に基づく方式やマイクロ波を利用してフィルタ内の誘電体特性の変化に基づく方式の開発が進められている。
【０００５】
一方、フィルタの捕集性能を再生処理する方法としては、フィルタ内でパティキュレートを燃焼除去する方式やフィルタに高圧空気を供給しフィルタ外にパティキュレートを吹き飛ばしてフィルタ外部でパティキュレートを燃焼除去する方式が提案され開発が進められている。フィルタ内で処理する方式は、高温燃焼によるフィルタの機械的破壊の回避が主課題であり、フィルタ外部で処理する方式は、パティキュレートの除去不良の解消が課題である。これら課題の解決、すなわちフィルタの捕集性能の耐久性の確保が実用化の大きな課題である。
【０００６】
本発明は、フィルタ内でパティキュレートを燃焼除去する方式に関するものである。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高温度域に昇温させるにはかなりの加熱エネルギーが必要である。加熱エネルギとして電気を使用する場合、電力源が商用電源の場合は電力料金の大小程度が問題であるが、電力源を車載用電源とした場合は容量不足あるいはバッテリー上がりといった実用上の重要な問題を含有する。この問題を解決するには、フィルタの再生周期をできる限り長時間にしさらには再生時の処理時間の短縮化を図る必要がある。これは、換言すればフィルタ再生時にフィルタに堆積したパティキュレートを可能な限り多くし、かつ可能な限り短時間で堆積したパティキュレートを加熱燃焼させることである。
【０００７】
パティキュレートの燃焼温度は、フィルタに堆積したパティキュレート量に依存しパティキュレート量が多くなるにつれて被燃焼量が増すために燃焼温度は高くなる。この燃焼温度を抑制する方策として、フィルタに供給する燃焼用ガスの酸素濃度を低下させることが考えられる。この種の先行技術として、特開平５−３３２１２４号公報あるいは特開平６−３２３１３０号公報がある。特開平５−３３２１２４号公報は、フィルタを通流した後の燃焼用ガスを再びフィルタに供給させるものであり、フィルタ内でのパティキュレート燃焼に対して酸素が消費されるのでフィルタを通流した後の燃焼用ガスは低酸素濃度のガスとなる。この低酸素濃度の燃焼用ガスを再びフィルタに供給することでフィルタ内での酸素量を制限しパティキュレート燃焼を抑制し燃焼温度の高温化を抑制するものである。また、特開平６−３２３１３０号公報はフィルタ通流後の燃焼用ガスの酸素濃度を検出する手段を付加し、フィルタ通流後の燃焼用ガスを再びフィルタに供給するタイミングを酸素濃度に応じて制御している。また、検出した酸素濃度が所定レベルに対して低い場合は二次空気を混合し、フィルタ内でのパティキュレート燃焼の促進を図っている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の装置は、フィルタが堆積した多量のパティキュレート量を短時間で加熱燃焼させる時に次のような課題を有している。
【０００９】
特開平５−３３２１２４号公報に開示された装置においては、燃焼用ガスのフィルタ通流後の温度を検出しその温度が高くなると燃焼用ガスをフィルタに循環供給させてパティキュレートの燃焼温度の高温化を抑制する方策が開示されているが、燃焼用ガス温度とフィルタ内部のパティキュレート燃焼温度との相関を規定することが困難であり、燃焼温度の高温化抑制を主におけば燃焼促進が抑制されて燃焼に長時間を要する課題がある。
【００１０】
また、特開平６−３２３１３０号公報に開示された装置においては、基本的な目的がフィルタを通流した後の燃焼用ガスの浄化であり、本発明の思想と異なるが、この開示された装置を本発明に使用した場合、検出した酸素濃度がフィルタ内でのパティキュレートの燃焼領域とその燃焼温度分布を的確に捉えれない恐れがあり、酸素濃度に基づいて再びフィルタに供給するフィルタ通流後の燃焼用ガス量を制御する場合、燃焼温度の高温化抑制が制御不能になる恐れがある。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するもので、フィルタ内に多量に堆積したパティキュレートの燃焼除去に対して燃焼温度の高温化を抑制すると同時に燃焼の促進を図り多量パティキュレートの短時間燃焼を図った、フィルタ通流後の燃焼用ガスを吸引して再びフィルタに供給してパティキュレートを燃焼する改良したフィルタ内処理方式の内燃機関用フィルタ再生装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の手段は、フィルタが捕集したパティキュレートを加熱燃焼して前記フィルタを再生する内燃機関用フィルタ再生装置において、前記パティキュレートの燃焼用ガスを通流させる構成を、送風手段が供給する前記パティキュレートの燃焼用ガスを前記フィルタの排ガス排出側に供給する供給管と、前記フィルタの排ガス流入側と排出側とに設けた排ガス排気管とそれぞれ接続し前記フィルタをバイパスするバイパス管と、前記バイパス管に設けバイパス路を開閉する第１の開閉手段と、前記フィルタの排ガス排出側の排ガス排気路を開閉する第２の開閉手段と、前記フィルタを通流後の燃焼用ガスを前記送風手段が吸引する吸引管とで構成し、前記フィルタの排ガス排出側と排気トップとの間の排ガス排気路を前記供給管の接続部と前記第２の開閉手段と前記バイパス管の接続部と前記吸引管の接続部とを順次配設した構成としている。
【００１３】
また、バイパス管の接続部に略対面する側の排ガス排気路に吸引管の接続部を設けた構成としている。
【００１４】
また、排ガス排気路において少なくとも吸引部または吸引管の接続部に対面する領域に排気路仕切り手段を配設した構成としている。
【００１５】
さらに、吸引部または吸引管の接続部は排ガス排気路内に延在する管部を有する構成としている。また、排気路仕切り手段は、吸引管の接続部に対面する部位とバイパス管の接続部との間に存在する仕切り部に複数の開穴を設けた構成としている。
【００１６】
【作用】
上記構成において、パティキュレートの燃焼用ガスの供給部に対して排ガス排気方向の下流側に設けた吸引部より、フィルタを通流後の燃焼用ガスを送風手段の動作により吸引する。
【００１７】
この燃焼用ガスの吸引において、送風手段の送風量が一定の場合、フィルタ内でのパティキュレート燃焼状態に応じてフィルタ通流後の燃焼用ガスの酸素濃度は変化する。たとえば、パティキュレートが燃焼可能温度まで加熱昇温される期間においては、酸素濃度はほとんど低下しない。従って、吸引される燃焼用ガスの酸素濃度はほぼ一定である。パティキュレートの温度が燃焼可能温度に到達し燃焼が始まるとフィルタ内で酸素が消費されるのでフィルタ通流後の燃焼用ガスの酸素濃度は低下する。従って、吸引される燃焼用ガスの酸素濃度も低下し、この酸素濃度が低い燃焼用ガスがフィルタに供給されるのでフィルタ内でのパティキュレート燃焼は供給される酸素量によって制限を受ける。特に、フィルタ内でのパティキュレート燃焼領域において、燃焼用ガス通流方向の下流側に位置する領域のパティキュレートの燃焼は酸素不足により燃焼温度の抑制が大きい。次に送風手段の送風量を増大した場合、フィルタを通流後の燃焼用ガス量に排ガス排出路の排気トップ側からの吸引が生じ、送風手段が吸引する燃焼用ガスは送風量増大前に比べて酸素濃度が高くなる。酸素濃度が高くなった燃焼用ガスをフィルタに供給することで燃焼が促進される。また、燃焼用ガスの供給量が増したことでフィルタ内でのパティキュレート燃焼領域の燃焼用ガス通流方向における上流領域で消費される酸素量が減り上流部での燃焼温度の高温化が抑制されるとともに、下流側へもある程度の酸素が供給されるので燃焼領域の下流側でも酸素量の制限を受けつつ燃焼が進み、全体として燃焼領域が拡大する。この結果フィルタ内に堆積されたパティキュレートの燃焼処理時間が短縮される。
【００１８】
送風手段と吸引部との間に設けた空気取り込み部は、排気トップ側からの二次空気吸引が困難な位置に吸引部を設けた場合に、この空気取り込み部から所定の二次空気を吸引してパティキュレートを常時燃焼させるのに必要な燃焼用ガスの最低限の酸素濃度を確保させる。
【００１９】
また、排ガス排気路に設けた排気路仕切り板は、吸引する燃焼用ガスの量を制限するとともに排気トップ側からの空気吸引通路を確保し、上述した空気取り込み部と同様に燃焼用ガスの最低限の酸素濃度を確保させている。
【００２０】
吸引部は排ガス排気路内に延在する管部を設けたことにより、吸引方向を規定させることができる。また、この管部を排気トップ側に折曲させることで排ガス通流時に排ガスが送風手段の吸気側に通流することを防止し送風手段の性能の保証および空気取り込み部の配設空間の自由設計を可能にできる。
【００２１】
排気路仕切り板の設けた複数の開穴は、フィルタを通流後の燃焼用ガスの吸引量を可動部材なしで制限し燃焼用ガスの最低限の酸素濃度を確保している。
【００２２】
フィルタ収納空間から検出したマイクロ波検出信号は、パティキュレートの予熱時にはその温度上昇に伴ってマイクロ波吸収度が増し時間的に漸減する。パティキュレートが燃焼可能温度に到達し燃焼が始まると燃焼火炎の存在により、燃焼領域でのマイクロ波吸収が減少し結果的にマイクロ波検出信号は漸増する。この現象に基づいて、パティキュレートの燃焼が始まったことが判定できる。燃焼が始まると酸素の消費が増大するので送風手段の供給する燃焼用ガス量を増大させて酸素供給量を増大し、パティキュレートの燃焼温度を抑制しつつ燃焼を継続促進させる。この結果、フィルタ内のパティキュレート燃焼処理時間の短縮を的確に図ることができる。
【００２３】
【実施例】
以下本発明の実施例を添付図面を参照して説明する。
【００２４】
図１は、本発明一実施例を示す内燃機関用フィルタ再生装置の構成図である。
【００２５】
図１において、１は内燃機関が排出する排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集するハニカム構造からなるフィルタ、２はフィルタ１を断熱保持材３を介して収納保持するフィルタ収納部、４はフィルタ１に堆積したパティキュレートを加熱するマイクロ波を発生するマイクロ波供給手段、５はマイクロ波供給手段を駆動する駆動電源部、６、７はそれぞれマイクロ波供給手段４が発生するマイクロ波をフィルタ収納部２に伝送する直線状および環状の矩形導波手段、８は環状の矩形導波手段７の終端に設けたマイクロ波を給電する導波孔であり対向配設（対向側の導波孔は図示していない）している。９は排ガス遮蔽手段であり、低誘電損失の耐熱材料から構成している。
【００２６】
１０はポンプ、コンプレッサあるいは送風ファンから構成した送風手段であり、加熱されたパティキュレートの燃焼を促進する燃焼用ガスの供給源である。１１は送風手段１０が供給する燃焼用ガスを搬送する供給管であり、フィルタ１の排ガス排出側の排気ガス排気管１２の所定位置に接続している。
【００２７】
１３はバイパス管であり、その両端はフィルタ１の排ガス流入側と排出側とにそれぞれ設けた排ガス排気管１４、１２とに接続しフィルタ１をバイパスして配設している。１５はバイパス管１３のバイパス路を開閉するポペット型のバルブ（第１の開閉手段）である。１６はバイパス管１２に設けたハニカム構造の酸化触媒体であり、燃焼用ガスを浄化する。
【００２８】
１７は吸引管であり、フィルタ１の排ガス排出側の排ガス排気路へのバイパス管１３の接続位置と排ガス排気管１２の排気トップ１８との間の所定位置に一端を接続し、他端を送風手段１０の吸気側に接続している。
【００２９】
１９はバルブ（第２の開閉手段）であり、フィルタ１の排ガス排出側の排ガス排気路において、送風手段１０が供給する燃焼用ガスを搬送する供給管１１の排ガス排気管１２への接続部２０とバイパス管１３の排ガス排気路への接続部２１（実施例においてはポペット型のバルブ１５の配設位置が該当する）との間に設け、排ガス排気路を開閉する。
【００３０】
２２はフィルタ収納部２の管壁の所定位置に設けたマイクロ波検出手段であり、配設部近傍のフィルタ収納部内に生じたマイクロ波電磁場強度を検出する。この検出信号は、検波して直流化し制御部２３に入力させる。
【００３１】
２４は温度検出手段であり、フィルタ１に流入する排ガスの温度あるいはフィルタ１に供給したパティキュレートの燃焼用ガスのフィルタ１通流後の温度を検出する。この検出信号は制御部２３に入力させる。
【００３２】
制御部２３は、マイクロ波検出手段２２の検出信号に基づいて制御部内で所定の演算処理をし、その演算処理結果に基づいてフィルタ１の再生処理実行タイミングを決定する。また再生処理の実行時には、ポペット型のバルブ１５とバルブ１９とを駆動する駆動源（図示していない）に制御信号を出力し、ポペット型のバルブ１５を開状態、バルブ１９を閉状態に制御する。その後、駆動電源部５および送風手段１０の動作を制御して、フィルタ１に堆積したパティキュレートを加熱燃焼除去する。パティキュレートの燃焼が終了すると各バルブ１５、１９を初期の状態、すなわちポペット型のバルブ１５は閉状態、バルブ１９は開状態に制御する。
【００３３】
上記した構成において、フィルタ１に排ガスを通流させている時、制御部２３は予め決めた適当な周期でマイクロ波供給手段の駆動電源部５を所定時間の間動作させ、フィルタ１を収納した空間にマイクロ波を伝送する。このときにマイクロ波検出手段２２が検出したマイクロ波電磁波強度の信号に基づいてフィルタ１に捕集されているパティキュレート量を制御部２３は判定処理する。この判定において、フィルタを再生する時期かどうかの判定が決定される。
【００３４】
フィルタ再生時期でない場合、制御部２３は次回の駆動電源部５を動作させる時期まで時間カウントする。
【００３５】
フィルタ再生時期と判定した場合、制御部２３の制御信号によるフィルタ１への排ガス流入の遮断、または内燃機関の停止状態において、フィルタ１に堆積したパティキュレートを加熱燃焼してフィルタ１の捕集性能を再生する。
【００３６】
このフィルタ１の再生に対して、制御部２３は各バルブ１５、１９、駆動電源部５および送風手段１０の動作を制御する。送風手段１０が供給する燃焼用ガスの通流路は供給管１１、排ガス排気管１２、フィルタ１、排ガス排気管１４、バイパス管１３、ポペット型のバルブ１５、排ガス排気管１２であり、ポペット型のバルブ１５を経て排ガス排気管１２に通流した燃焼用ガスは吸引管１７を経て送風手段１０に吸引される。すなわち、燃焼用ガスの少なくとも一部はフィルタ１を介して循環する燃焼ガス通流系を構成している。
【００３７】
次にフィルタ１に堆積したパティキュレートの加熱燃焼過程の詳細について図２を用いて説明する。以下の制御内容の指令はすべて制御部２３が発信する。まずバルブ１５、１９を所期の状態に設定する。設定の完了は、位置検出手段の信号あるいは時間制御に基づいて判定する。この設定完了後、マイクロ波供給手段４の駆動電源部５を動作させ、マイクロ波供給手段４を駆動する。マイクロ波供給手段４が発生したマイクロ波は直線状導波手段６を経て２分岐して環状導波管７を伝送し対向配設の導波孔８よりフィルタ収納部２の空間に供給される。このマイクロ波供給によりフィルタ１に堆積したパティキュレートが誘電加熱によって昇温する。誘電加熱によるパティキュレートの温度上昇度合はフィルタ１のマイクロ波供給側が幾分か高いが、その加熱領域はフィルタ１のマイクロ波供給側からフィルタ１の略中央側に亘る。
【００３８】
パティキュレートの燃焼可能な温度帯への昇温を促進させるためにマイクロ波供給開始時点から予め決めた時間においては燃焼用ガスの供給をしない。この予め決めた時間において、パティキュレートの温度は燃焼可能な温度帯である６００℃に対して約１００〜１５０℃低い温度帯まで加熱される。上記の所定時間を経た後、送風手段１０の動作を開始させる。送風手段１０は１０〜２０l／分の燃焼用ガスをフィルタ１に供給する。この燃焼用ガスの供給に伴って、ガス通流による冷却作用を伴ってパティキュレートの加熱昇温度合は幾分低下するが、燃焼用ガスの通流によりパティキュレート加熱領域が燃焼用ガス通流方向のフィルタ下流側に幾分拡張される。
【００３９】
一方、マイクロ波供給時間帯において、マイクロ波検出手段２２が検出する信号の時間的変化を制御部２３が監視している。上記のマイクロ波供給に伴ってマイクロ波検出信号は時間経過に伴って漸減する。燃焼用ガスの供給を開始した後もさらにマイクロ波検出信号は漸減する。これはフィルタ収納管２内に存在するマイクロ波の分布がパティキュレート温度上昇に伴ってフィルタ１内部で吸収される量が増し、フィルタ１の側面側に存在するマイクロ波の量が減少するためである。マイクロ波と燃焼用ガスとの同時供給において、パティキュレートの加熱が進み燃焼可能温度帯に達するまでは燃焼用ガス中に含まれる酸素濃度の消費は少ないのでフィルタ１を通流後の燃焼用ガスを吸引してフィルタ１に供給する燃焼用ガス中に含まれる酸素濃度の低下はほとんどない。マイクロ波加熱が進み、マイクロ波によるパティキュレートの加熱領域内の一部が燃焼可能温度に到達しパティキュレートの燃焼が始まる。この燃焼に伴って燃焼用ガス内の酸素が消費されるのでフィルタ通流後の燃焼用ガスの酸素濃度は幾分低下する。この酸素濃度が幾分低下したフィルタ通流後の燃焼用ガスの一部が吸引されて再度フィルタに供給されるのでフィルタに供給される燃焼用ガスに含まれる酸素濃度は幾分か低下するが燃焼を抑制する程の低い酸素濃度ではない。その後、この部分燃焼領域は徐々に拡大し自己発熱による燃焼領域の拡大が可能な状態、いわゆる火種のレベルに達する。この状態を以下ではパティキュレートが燃焼を開始した状態とする。マイクロ波はパティキュレートが燃焼を開始した時点での燃焼領域の存在を受けてその燃焼領域の内部へのマイクロ波侵入が遮断される。この現象に伴ってフィルタ１の側面側のマイクロ波量が増大する。時刻ｔ１がこのタイミングに相当する。この燃焼開始に伴うマイクロ波検出信号の時間的変化の変曲点を生じる時刻ｔ１より、送風手段１０が供給する燃焼用ガス量を増大させる。この燃焼用ガス供給量の増大により、広い領域でのパティキュレート燃焼促進に最低限必要な酸素を供給する。フィルタ１内でのパティキュレート燃焼領域の燃焼温度は酸素供給量の制約下での燃焼により、燃焼温度の高温化が抑制される。また、必要最低限の酸素供給を継続しているので燃焼領域拡大は進み、マイクロ波供給側から徐々にパティキュレートが燃焼して除去されていく。この間のマイクロ波検出信号の時間的変化は、上述した現象にパティキュレート除去に伴うフィルタ内部でのマイクロ波吸収度合の減少が加味されて漸増特性となる。
【００４０】
フィルタ再生完了（図中の時刻ｔ２）は、時間制御あるいは温度検出手段２４の温度信号の時間的変化に基づく制御あるいはマイクロ波検出信号の時間的変化特性に基づいて判定する。時間制御の場合、再生前に判定したフィルタ内へのパティキュレート堆積量に基づいて時間を設定する。通常の場合、時間固定であるが、再生処理タイミングによっては上記固定時間の前後の適当な時間を選択させてもよい。温度信号に基づく制御の場合、温度信号のピーク時刻以後の所定時間経過により再生完了と判定する。マイクロ波信号に基づく制御の場合、マイクロ波信号レベルが予め決めたレベルを越えた時点あるいは、信号レベルの時間的変化量が所定以下の変化になった時点を基準として完了判定処理を実行する。
【００４１】
図１の実施例において、パティキュレート燃焼期間中の酸素は排気トップ１８側から吸引する。本発明の実施例に示す構成様態は可動部材を含まない簡潔かつ高信頼性の構成としている。このため、吸引管１７の排ガス排気管１２への接続部と排気トップ１８との配設構成が設計の要点である。実施例における吸引管１７の接続部は排気トップ１８から３０ｃｍ以内である。また、バイパス管１３の排ガス排気管１２への接続部と吸引管１７の接続部とは排ガス排気管の略対面する領域に配設し、各接続部は適当な間隔、たとえば１０ｃｍ以上とし、フィルタ通流後の燃焼用ガスの吸引割合を規定させている。
【００４２】
本発明は上記した構成および制御内容を基本思想とし、フィルタを通流した後の燃焼用ガスを再度フィルタに供給し燃焼温度の高温化を抑制しつつ燃焼に必要な最低限の酸素量をフィルタに供給し再生の短時間処理を図ったものである。以下に実装構成上の諸課題に対応させた構成上の実施様態を説明する。
【００４３】
本発明の他の実施例を図３を用いて説明する。図３の図１との構成上の相違点は、吸引管１７の排ガス排気管１２への接続部から排気トップ２６に至る排気管の長さが長いこと、吸引管１７に規定した通流路面積を有する空気取り込み部２５を設けたこと、および吸引管１７の一端２７を排ガス排気管１２内に延在させた点である。
【００４４】
上記構成によれば、パティキュレート燃焼期間中の酸素を空気取り込み部２５から送風手段１０の供給する燃焼用ガス量に応じて規定した空気量を吸引しパティキュレートの燃焼を維持させることができる。
【００４５】
また、この構成は、排気トップ２６側からの酸素の吸引が不十分である場合に対応できると同時に吸引管１７の排ガス排気管１２への接続部の配設位置および配設構造の設計自由度をも図ることができる。
【００４６】
さらには、吸引管１７の一端を排ガス排気路１２内に延在させ吸引部の開穴を若干排気トップ２６側に配向させている。この構成により、排ガス通流時に排ガスが空気取り込み部２５から排出されることを防止している。この作用により、空気取り込み部２５の配設空間の自由設計を可能にしている。
【００４７】
次に本発明のさらに第１の実施例を図４を用いて説明する。図４の図１および図３との相違点は、吸引管１７の排ガス排気管１２への接続部２８に対面する排ガス排気路内に排気仕切り手段２９を配設した構成である。また、この排気仕切り手段２９は吸引管１７の排ガス排気管１２への接続部２８に対面する部位とバイパス管１３の排ガス排気管１２への接続部２１との間に仕切り部３０を延在させ、この仕切り部３０に複数の開穴３１を設けた構成としている。
【００４８】
上記した構成により、バイパス管１３を通流したフィルタ通流後の燃焼用ガスの吸引管１７への吸引量を規定させている。排気仕切り手段２９は排気トップ１８から吸引する空気の通流路をより規定し、排気仕切り手段２９に設けた複数の開穴３１により燃焼用ガスの吸引量を規定させている。このような構成を用いることで、所望の燃焼用ガスの吸引に対する吸引管１７およびその排ガス排気管への接続構成の設計自由度を高め可動部材のない最適な燃焼用ガスの吸引構成を実現している。
【００４９】
以上のフィルタ再生に関する実施様態は排ガス通流方向とは反対側から燃焼用ガスを供給するものであったが、本発明は排ガス通流方向と同一方向から燃焼用ガスを供給する構成の装置に対しても適用できる。図５はこの実施例を示す。
【００５０】
図５において、図１と同一または同一相当部材は同一番号で示す。図において、主要構成要素を再度記述する。１はフィルタ、２はフィルタ収納管、４はマイクロ波供給手段、５はマイクロ波供給手段の駆動電源部、８は導波孔（対向配設した一方の導波孔は図示していない）、１０は送風手段、１１は送風手段が供給する燃焼用ガスを搬送する供給管、１２はフィルタ１の排ガス排出側の排ガス排気管、１４はフィルタ１の排ガス流入側の排ガス排気管、１７はフィルタ１を通流した後の燃焼用ガスを送風手段１０に搬送する吸引管、１８は排気トップ、２０は排ガス排気路への供給管１１の接続部、２２はマイクロ波検出手段、２３は制御部、２４は温度検出手段である。
【００５１】
３２は放熱防止手段であり、セラミック材料からなるハニカム構造体をフィルタ１の排ガス流入側端面に密着または近接して配設している。この放熱防止手段３２のハニカム構造はフィルタ１のハニカム構造に比べて同等以上の大きさの格子構造としている。この放熱防止手段３２はフィルタ１の排ガス流入側端面近くに堆積したパティキュレートをフィルタ１内のパティキュレート燃焼熱を利用してより効果的に燃焼除去する作用がある。
【００５２】
また、図５の構成に図３及び図４に示した構成要件を適用させることができる。
【００５３】
また、図５の構成においてフィルタ１を再生する場合の制御内容は上記した制御内容と同様であるので説明は省略する。
【００５４】
図６は本発明の内燃機関用フィルタ再生装置と内燃機関との接続例を示す構成図を示す。図において、３３は内燃機関（ディーゼルエンジン）、３４は内燃機関３３が排出する排ガスを通流させる排気管、３５、３６は排気管３４から２分岐した排気管、３７、３８は排気管３５、３６の分岐部３９と各排気管の排気トップ４０、４１との間にそれぞれ配設した本発明の内燃機関用フィルタ再生装置、４２は排ガスの通流方向を切り替えるバルブである。
【００５５】
上記構成において、バルブ４２が図示した位置に制御された状態の場合、排ガスは排気管３６に流れ本発明の内燃機関用フィルタ再生装置３８のフィルタを通流して大気に排出される。マイクロ波検出信号に基づいて内燃機関用フィルタ再生装置３８のフィルタを再生処理するタイミングが来るとバルブ４２を切り替えて排ガスを排気管３５に通流させる。この後で内燃機関用フィルタ再生装置３８のフィルタを再生処理し、内燃機関用フィルタ再生装置３７のフィルタが再生処理タイミングに至るまで待機する。内燃機関用フィルタ再生装置３７のフィルタを再生処理するタイミングが来るとバルブ４２を切り替えて排ガスを排気管３６に通流させる。この後で内燃機関用フィルタ再生装置３７のフィルタを再生処理し待機する。以上の如く内燃機関用フィルタ再生装置を並列に排気系に組みこみ交互に排ガスを通流させて交互にフィルタを再生する。
【００５６】
なお、内燃機関の連続動作時間が少ない場合、内燃機関の排気管３４に本発明の内燃機関用フィルタ再生装置を直接配設することもできる。この場合、内燃機関の停止時にフィルタ再生を実行する。
【００５７】
【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よれば、以下の効果が得られる。
【００５８】
（１）排ガス通流方向に対して反対側から燃焼用ガスを供給してフィルタを再生する装置に対して、フィルタ通流後の燃焼用ガスをバイパス管を介して排ガス排気路に配流させ、その配流位置と排気トップとの間から燃焼用ガスを吸引する構成により、燃焼維持に必要な酸素を排気トップ側から吸引でき、可動部材不要の簡潔な燃焼用ガス吸引構成を提供できる。
【００５９】
（２）バイパス管の排ガス排気路への接続部と吸引部の接続部とを略対面する排気路側に配設した構成により、燃焼用ガスの供給量が少ない場合でも吸引量を制限できパティキュレート燃焼維持に必要な最低限の酸素の供給を可能にできる。
【００６０】
（３）排気路仕切り手段を配設した構成により、フィルタ通流後の燃焼用ガスの吸引量および排気トップ側からの空気吸入量を可動部材のない簡潔な構造体で最適に規定できるので吸引部と排気トップとの実装構成における設計の自由度が図れる。
【００６１】
（４）吸引管の一端を排ガス排気管内に延在させた構成により、排ガス通流時に吸引管先端部に負圧を形成できるので吸引管内への排ガス流入を防止できる。この結果、吸引管に空気取り入れ部を設けた場合、空気取り入れ部からの排ガス流出を解消できるので、空気取り入れ部の配設空間を自由に設計することができる。
【００６２】
（５）排気路仕切り手段に複数の開穴を設けることにより、送風手段が吸引するフィルタ通流後の燃焼用ガスの吸引量を可動部材のない簡潔な構造体で規定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例の内燃機関用フィルタ再生装置を示す構成図
【図２】本発明の第一の実施例のフィルタ再生時の制御内容を示す図
【図３】本発明の第二の実施例の内燃機関用フィルタ再生装置の構成図
【図４】本発明の第三の実施例の内燃機関用フィルタ再生装置の構成図
【図５】本発明の第四の実施例の内燃機関用フィルタ再生装置の構成図
【図６】本発明の内燃機関用フィルタ再生装置の内燃機関への接続例を示す構成図
【符号の説明】
１フィルタ
２フィルタ収納部
４マイクロ波供給手段
１０送風手段
１１供給管
１２、１４、３４、３５、３６排ガス排気管
１３バイパス管
１５ポペット型のバルブ（第１の開閉手段）
１７吸引管
１８、２６、４０、４１排気トップ
１９バルブ（第２の開閉手段）
２０供給管の接続部（供給部）
２１バイパス管の接続部
２２マイクロ波検出手段
２３制御部（制御手段）
２５空気取り込み部
２７吸引管の延在部
２８吸引管の接続部（吸引部）
２９排気路仕切り手段
３１複数の開穴[0001]
[Industrial application fields]
  The present invention heats and burns the particulates collected in the filter in order to perpetuate the collection performance of the filter that collects particulates (particulate matter) contained in the exhaust gas discharged from the diesel engine (internal combustion engine). The present invention relates to a filter regeneration device for an internal combustion engine that regenerates the filter collection performance.
[0002]
[Prior art]
  Particulate (particulate matter) is contained in the exhaust gas discharged from the diesel engine, which causes exhaust black smoke. In recent years, these particulates contain carcinogenic substances and exhaust gas regulations are being strengthened. There are mainly three types of particulates: SOF (Soluble Organic Fraction), soot, and sulfur compounds. As one of the methods of treating this particulate in the exhaust system, a filter is installed in the exhaust gas exhaust passage and the particulates are filtered. Practical development of a method for collecting curates is underway.
[0003]
  However, in the exhaust gas purification system using this filter, if the particulates are continuously collected, the filter is clogged, the flow of exhaust gas becomes worse, and the engine output is reduced or the engine is stopped. Therefore, it is necessary to regenerate the collecting ability of the filter at an appropriate time.
[0004]
  As a method for determining the timing for regenerating the collection performance of the filter, development of a method based on the pressure loss of the filter and a method based on a change in dielectric characteristics in the filter using a microwave is in progress.
[0005]
  On the other hand, as a method for regenerating the collection performance of the filter, a method of burning and removing particulates in the filter or a method of supplying high-pressure air to the filter and blowing the particulates outside the filter to burn and remove the particulates outside the filter. A method has been proposed and is being developed. The main problem with the process in the filter is to avoid mechanical destruction of the filter due to high-temperature combustion, and the problem with the process outside the filter is to eliminate defective removal of particulates. The solution of these problems, that is, ensuring the durability of the filter collection performance is a major problem for practical use.
[0006]
  The present invention relates to a method for burning and removing particulates in a filter. It is known that particulates burn from about 600 ° C. Considerable heating energy is required to raise the temperature of the particulates to this high temperature range. When electricity is used as the heating energy, when the power source is a commercial power source, the magnitude of the power charge is a problem, but when the power source is an on-vehicle power source, important practical problems such as insufficient capacity or battery exhaustion Containing. In order to solve this problem, it is necessary to make the regeneration period of the filter as long as possible and to shorten the processing time during the regeneration. In other words, this means that the particulates accumulated on the filter during the regeneration of the filter are increased as much as possible, and the particulates deposited in the shortest possible time are heated and burned.
[0007]
  The combustion temperature of the particulates depends on the amount of particulates deposited on the filter, and the combustion temperature increases as the amount of combustion increases as the amount of particulates increases. As a measure for suppressing the combustion temperature, it is conceivable to reduce the oxygen concentration of the combustion gas supplied to the filter. As this type of prior art, there is JP-A-5-332124 or JP-A-6-323130. In JP-A-5-332124, the combustion gas after flowing through the filter is supplied again to the filter. Since oxygen is consumed for particulate combustion in the filter, the gas flows through the filter. The later combustion gas is a low oxygen concentration gas. By supplying the low oxygen concentration combustion gas to the filter again, the amount of oxygen in the filter is limited, particulate combustion is suppressed, and the combustion temperature is prevented from increasing. Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-323130 adds means for detecting the oxygen concentration of the combustion gas after passing through the filter, and the timing for supplying the combustion gas after passing through the filter to the filter again according to the oxygen concentration. I have control. When the detected oxygen concentration is lower than the predetermined level, secondary air is mixed to promote particulate combustion in the filter.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
  However, the above-described conventional apparatus has the following problems when a large amount of particulates deposited on the filter is heated and burned in a short time.
[0009]
  In the apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-332124, the temperature of the combustion gas after passing through the filter is detected, and when the temperature rises, the combustion gas is circulated and supplied to the filter to increase the combustion temperature of the particulates. However, it is difficult to regulate the correlation between the combustion gas temperature and the particulate combustion temperature inside the filter. There is a problem that it is suppressed and requires a long time for combustion.
[0010]
  Further, in the apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-323130, the basic object is purification of combustion gas after flowing through a filter, which differs from the idea of the present invention, but this disclosed apparatus. Is used in the present invention, there is a possibility that the detected oxygen concentration may not accurately capture the particulate combustion region and the combustion temperature distribution in the filter, and after the filter is supplied again to the filter based on the oxygen concentration. When controlling the amount of combustion gas, there is a risk that the suppression of the combustion temperature may become uncontrollable.
[0011]
  The present invention solves the above-described problems, and suppresses the increase in the combustion temperature for combustion removal of particulates accumulated in a large amount in the filter, and at the same time, promotes combustion so as to burn a large amount of particulates in a short time. Another object of the present invention is to provide an improved filter processing internal combustion engine filter regeneration device that sucks the combustion gas after passing through the filter and supplies it again to the filter to burn the particulates.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
  Means of the present invention for achieving the above objectIn a filter regeneration apparatus for an internal combustion engine that regenerates the filter by heating and burning the particulates collected by the filter, the particulate combustion gas supplied by the blowing means is used for combustion of the particulates. A supply pipe for supplying gas to the exhaust gas discharge side of the filter, a bypass pipe for connecting to the exhaust gas exhaust pipe provided on the exhaust gas inflow side and the discharge side of the filter and bypassing the filter, and a bypass pipe provided in the bypass pipe A first opening / closing means for opening / closing a passage; a second opening / closing means for opening / closing an exhaust gas exhaust path on the exhaust gas discharge side of the filter; and a suction pipe for sucking combustion gas after flowing through the filter by the blowing means. The exhaust gas exhaust path between the exhaust gas exhaust side of the filter and the exhaust top is connected to the connection portion of the supply pipe and the second opening / closing means. It has a configuration in which sequentially disposed a connecting portion of the suction tube and the connection portion of the bypass pipe.
[0013]
  Further, the exhaust pipe exhaust passage on the side substantially facing the bypass pipe connection section is provided with a suction pipe connection section.
[0014]
  Further, the exhaust passage partitioning means is disposed at least in a region facing the suction portion or the connection portion of the suction pipe in the exhaust gas exhaust passage.
[0015]
  Further, the suction part or the connection part of the suction pipe has a pipe part extending into the exhaust gas exhaust passage. Further, the exhaust passage partitioning means has a structure in which a plurality of holes are provided in a partition portion existing between a portion facing the connection portion of the suction pipe and the connection portion of the bypass pipe.
[0016]
[Action]
  In the above configuration, the combustion gas after flowing through the filter is sucked by the operation of the air blowing means from the suction portion provided downstream of the particulate combustion gas supply portion in the exhaust gas exhaust direction.
[0017]
  In the suction of the combustion gas, when the blown amount of the blowing means is constant, the oxygen concentration of the combustion gas after passing through the filter changes according to the particulate combustion state in the filter. For example, the oxygen concentration hardly decreases during the period in which the particulates are heated to the combustible temperature. Therefore, the oxygen concentration of the combustion gas sucked is substantially constant. When the particulate temperature reaches the combustible temperature and combustion starts, oxygen is consumed in the filter, so the oxygen concentration of the combustion gas after passing through the filter decreases. Therefore, the oxygen concentration of the suctioned combustion gas is also reduced, and the combustion gas having a low oxygen concentration is supplied to the filter, so that particulate combustion in the filter is limited by the amount of oxygen supplied. In particular, in the particulate combustion region in the filter, the combustion of the particulates in the region located downstream in the combustion gas flow direction greatly suppresses the combustion temperature due to insufficient oxygen. Next, when the amount of air blown by the blower is increased, suction from the exhaust top side of the exhaust gas discharge passage occurs in the amount of combustion gas after flowing through the filter, and the combustion gas sucked by the blower before the amount of blown air increases Compared with oxygen concentration. Combustion is promoted by supplying the combustion gas having a high oxygen concentration to the filter. In addition, the increased amount of combustion gas supplied reduces the amount of oxygen consumed in the upstream region of the particulate combustion region in the filter in the flow direction of the combustion gas, and prevents the combustion temperature from increasing in the upstream region. At the same time, since a certain amount of oxygen is also supplied to the downstream side, combustion proceeds while being limited in the amount of oxygen also on the downstream side of the combustion region, and the combustion region is expanded as a whole. As a result, the combustion processing time of the particulates accumulated in the filter is shortened.
[0018]
  The air intake section provided between the air blowing means and the suction section sucks the predetermined secondary air from the air intake section when the suction section is provided at a position where secondary air suction from the exhaust top side is difficult. Thus, the minimum oxygen concentration of the combustion gas necessary for constantly burning the particulates is ensured.
[0019]
  Further, the exhaust passage partition plate provided in the exhaust gas exhaust passage restricts the amount of combustion gas to be sucked and secures an air suction passage from the exhaust top side. The maximum oxygen concentration is secured.
[0020]
  The suction portion is provided with a pipe portion extending in the exhaust gas exhaust passage, whereby the suction direction can be defined. In addition, by bending this pipe part to the exhaust top side, it is possible to prevent the exhaust gas from flowing to the intake side of the blower means when the exhaust gas flows, guaranteeing the performance of the blower means, and freeing the installation space of the air intake part Can be designed.
[0021]
  The plurality of holes provided in the exhaust passage partition plate restrict the suction amount of the combustion gas after flowing through the filter without a movable member to ensure the minimum oxygen concentration of the combustion gas.
[0022]
  The microwave detection signal detected from the filter housing space increases in the microwave absorption as the temperature rises, and gradually decreases with time during particulate preheating. When the particulate reaches the combustible temperature and combustion starts, the presence of the combustion flame reduces the microwave absorption in the combustion region, and as a result, the microwave detection signal gradually increases. Based on this phenomenon, it can be determined that particulate combustion has started. Since the consumption of oxygen increases when combustion starts, the amount of combustion gas supplied by the blowing means is increased to increase the oxygen supply amount, and the combustion is continuously promoted while suppressing the combustion temperature of the particulates. As a result, it is possible to accurately reduce the particulate combustion processing time in the filter.
[0023]
【Example】
  Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[0024]
  FIG. 1 is a configuration diagram of a filter regeneration device for an internal combustion engine showing an embodiment of the present invention.
[0025]
  In FIG. 1, 1 is a filter having a honeycomb structure that collects particulates contained in exhaust gas discharged from an internal combustion engine, 2 is a filter storage section for storing and holding the filter 1 via a heat insulating support material 3, and 4 is Microwave supply means for generating microwaves that heat the particulates deposited on the filter 1, 5 is a drive power supply unit that drives the microwave supply means, and 6 and 7 filter the microwaves generated by the microwave supply means 4, respectively. Linear and annular rectangular waveguide means for transmission to the storage section 2, 8 is a waveguide hole for feeding microwaves provided at the end of the annular rectangular waveguide means 7, facing each other (opposing waveguide hole on the opposite side) (Not shown). Reference numeral 9 denotes exhaust gas shielding means, which is made of a heat-resistant material with low dielectric loss.
[0026]
  Reference numeral 10 denotes an air blowing means composed of a pump, a compressor or an air blowing fan, which is a supply source of combustion gas for promoting the combustion of heated particulates. Reference numeral 11 denotes a supply pipe that conveys the combustion gas supplied by the blowing means 10 and is connected to a predetermined position of the exhaust gas exhaust pipe 12 on the exhaust gas discharge side of the filter 1.
[0027]
  Reference numeral 13 denotes a bypass pipe. Both ends of the bypass pipe are connected to exhaust gas exhaust pipes 14 and 12 provided on the exhaust gas inflow side and the exhaust side of the filter 1, respectively, so that the filter 1 is bypassed. A poppet type valve (first opening / closing means) 15 opens and closes the bypass path of the bypass pipe 13. An oxidation catalyst body 16 having a honeycomb structure provided in the bypass pipe 12 purifies the combustion gas.
[0028]
  Reference numeral 17 denotes a suction pipe, one end of which is connected to a predetermined position between the connection position of the bypass pipe 13 to the exhaust gas exhaust path on the exhaust gas discharge side of the filter 1 and the exhaust top 18 of the exhaust gas exhaust pipe 12, and the other end is blown It is connected to the intake side of the means 10.
[0029]
  Reference numeral 19 denotes a valve (second opening / closing means). In the exhaust gas exhaust path on the exhaust gas exhaust side of the filter 1, a connection portion 20 of the supply pipe 11 that conveys the combustion gas supplied by the blower means 10 to the exhaust gas exhaust pipe 12. And the connection portion 21 of the bypass pipe 13 to the exhaust gas exhaust passage (in the embodiment, the position where the poppet type valve 15 is disposed) is provided to open and close the exhaust gas exhaust passage.
[0030]
  Reference numeral 22 denotes a microwave detection means provided at a predetermined position on the tube wall of the filter housing portion 2 and detects the microwave electromagnetic field intensity generated in the filter housing portion in the vicinity of the arrangement portion. This detection signal is detected, converted into a direct current, and input to the control unit 23.
[0031]
  Reference numeral 24 denotes a temperature detecting means for detecting the temperature of the exhaust gas flowing into the filter 1 or the temperature of the particulate combustion gas supplied to the filter 1 after passing through the filter 1. This detection signal is input to the control unit 23.
[0032]
  The control unit 23 performs predetermined calculation processing in the control unit based on the detection signal of the microwave detection means 22 and determines the regeneration processing execution timing of the filter 1 based on the calculation processing result. When the regeneration process is executed, a control signal is output to a drive source (not shown) for driving the poppet type valve 15 and the valve 19 so that the poppet type valve 15 is opened and the valve 19 is closed. To do. Thereafter, the operations of the drive power supply unit 5 and the air blowing means 10 are controlled, and the particulates deposited on the filter 1 are removed by heating and burning. When the particulate combustion is completed, the valves 15 and 19 are controlled in an initial state, that is, the poppet type valve 15 is closed and the valve 19 is opened.
[0033]
  In the configuration described above, when the exhaust gas is allowed to flow through the filter 1, the control unit 23 operates the drive power source unit 5 of the microwave supply unit for a predetermined time at an appropriate predetermined period to store the filter 1. Transmit microwaves to space. At this time, the control unit 23 determines the amount of particulates collected by the filter 1 based on the signal of the microwave electromagnetic wave intensity detected by the microwave detection means 22. In this determination, it is determined whether it is time to regenerate the filter.
[0034]
  If it is not the filter regeneration time, the control unit 23 counts time until the next drive power supply unit 5 is operated.
[0035]
  When it is determined that the filter regeneration time is reached, the particulate matter accumulated in the filter 1 is heated and burned in the state where the exhaust gas inflow into the filter 1 is blocked by the control signal of the control unit 23 or the internal combustion engine is stopped, and the collection performance of the filter 1 Play.
[0036]
  For the regeneration of the filter 1, the control unit 23 controls the operations of the valves 15 and 19, the drive power supply unit 5, and the air blowing means 10. Combustion gas passages supplied by the blowing means 10 are a supply pipe 11, an exhaust gas exhaust pipe 12, a filter 1, an exhaust gas exhaust pipe 14, a bypass pipe 13, a poppet type valve 15, and an exhaust gas exhaust pipe 12. The combustion gas flowing through the exhaust gas exhaust pipe 12 through the valve 15 is sucked into the blowing means 10 through the suction pipe 17. That is, at least a part of the combustion gas constitutes a combustion gas flow system that circulates through the filter 1.
[0037]
  Next, details of the heating and combustion process of the particulates deposited on the filter 1 will be described with reference to FIG. The control part 23 transmits all the commands of the following control contents. First, the valves 15 and 19 are set to their intended states. Completion of setting is determined based on a signal from the position detection means or time control. After this setting is completed, the drive power supply unit 5 of the microwave supply unit 4 is operated to drive the microwave supply unit 4. The microwave generated by the microwave supply means 4 is branched into two through the linear waveguide means 6, is transmitted through the annular waveguide 7, and is supplied to the space of the filter housing portion 2 through the opposing waveguide hole 8. . With this microwave supply, the particulates deposited on the filter 1 are heated by dielectric heating. The degree of the temperature rise of the particulates due to the dielectric heating is somewhat high on the microwave supply side of the filter 1, but the heating region extends from the microwave supply side of the filter 1 to the substantially central side of the filter 1.
[0038]
  In order to promote the temperature rise of the particulates to the combustible temperature range, the combustion gas is not supplied for a predetermined time from the start of the microwave supply. In this predetermined time, the temperature of the particulates is heated to a temperature range lower by about 100 to 150 ° C. than 600 ° C. which is a combustible temperature range. After the predetermined time has passed, the operation of the blowing means 10 is started. The air blowing means 10 supplies a combustion gas of 10 to 20 l / min to the filter 1. As the combustion gas is supplied, the heating temperature rise of the particulates is somewhat reduced due to the cooling effect by the gas flow, but the particulate heating region is made to flow through the combustion gas flow by the flow of the combustion gas. Somewhat expanded downstream of the filter in the direction.
[0039]
  On the other hand, the control unit 23 monitors temporal changes in the signal detected by the microwave detection means 22 in the microwave supply time zone. As the microwave is supplied, the microwave detection signal gradually decreases with time. Even after the supply of the combustion gas is started, the microwave detection signal gradually decreases. This is because the amount of microwaves existing in the filter storage tube 2 is absorbed in the filter 1 as the particulate temperature rises, and the amount of microwaves present on the side surface of the filter 1 decreases. is there. In the simultaneous supply of the microwave and the combustion gas, the consumption of the oxygen concentration contained in the combustion gas is small until the heating of the particulates reaches the combustible temperature range, so the combustion gas after flowing through the filter 1 There is almost no decrease in the oxygen concentration contained in the combustion gas that is sucked and supplied to the filter 1. Microwave heating advances, and a part of the heating area of the particulate by the microwave reaches the combustible temperature, and the burning of the particulate starts. Oxygen in the combustion gas is consumed with this combustion, so the oxygen concentration of the combustion gas after passing through the filter is somewhat reduced. Although a part of the combustion gas after passing through the filter whose oxygen concentration has been somewhat reduced is sucked and supplied again to the filter, the oxygen concentration contained in the combustion gas supplied to the filter is somewhat reduced. The oxygen concentration is not low enough to suppress combustion. Thereafter, this partial combustion region gradually expands and reaches a state where the combustion region can be expanded by self-heating, that is, a so-called fire type level. Hereinafter, this state is assumed to be a state in which the particulates start to burn. The microwave receives the presence of the combustion region at the time when the particulate starts burning, and the microwave intrusion into the combustion region is blocked. With this phenomenon, the amount of microwaves on the side surface of the filter 1 increases. Time t1 corresponds to this timing. From the time t1 at which the inflection point of the temporal change of the microwave detection signal accompanying the start of combustion occurs, the amount of combustion gas supplied by the blower 10 is increased. By increasing the supply amount of the combustion gas, oxygen necessary for promoting particulate combustion in a wide area is supplied. The combustion temperature in the particulate combustion region in the filter 1 is suppressed from being increased by combustion under the restriction of the oxygen supply amount. Further, since the minimum necessary oxygen supply is continued, the expansion of the combustion region proceeds, and the particulates gradually burn out and are removed from the microwave supply side. The time change of the microwave detection signal during this period has a gradually increasing characteristic by adding a decrease in the degree of microwave absorption inside the filter accompanying particulate removal to the above-described phenomenon.
[0040]
  Completion of filter regeneration (time t2 in the figure) is determined based on time control or control based on the time change of the temperature signal of the temperature detection means 24 or time change characteristics of the microwave detection signal. In the case of time control, the time is set based on the amount of particulate accumulation in the filter determined before regeneration. Usually, the time is fixed, but depending on the reproduction processing timing, an appropriate time before and after the fixed time may be selected. In the case of the control based on the temperature signal, it is determined that the reproduction is completed when a predetermined time elapses after the peak time of the temperature signal. In the case of control based on a microwave signal, the completion determination process is executed with reference to a time point when the microwave signal level exceeds a predetermined level or a time point change amount of the signal level becomes a predetermined change or less.
[0041]
  In the embodiment of FIG. 1, oxygen during the particulate combustion period is sucked from the exhaust top 18 side. The configuration shown in the embodiment of the present invention is a simple and highly reliable configuration that does not include a movable member. For this reason, the arrangement configuration of the connection portion of the suction pipe 17 to the exhaust gas exhaust pipe 12 and the exhaust top 18 is the main point of the design. The connecting portion of the suction pipe 17 in the embodiment is within 30 cm from the exhaust top 18. Further, the connection part of the bypass pipe 13 to the exhaust gas exhaust pipe 12 and the connection part of the suction pipe 17 are arranged in a region substantially facing the exhaust gas exhaust pipe, and each connection part has an appropriate interval, for example, 10 cm or more. The suction rate of the combustion gas after passing is defined.
[0042]
  The present invention is based on the above-described configuration and control contents, and the combustion gas after flowing through the filter is supplied again to the filter, and the minimum oxygen amount necessary for combustion is filtered while suppressing the increase in the combustion temperature. And a short-time processing for regeneration. In the following, an embodiment of the configuration corresponding to various problems in the mounting configuration will be described.
[0043]
  Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3 is different from FIG. 1 in that the length of the exhaust pipe extending from the connection portion of the suction pipe 17 to the exhaust gas exhaust pipe 12 to the exhaust top 26 is long, and the flow path defined in the suction pipe 17 The air intake part 25 having an area is provided, and one end 27 of the suction pipe 17 is extended into the exhaust gas exhaust pipe 12.
[0044]
  According to the above configuration, oxygen during the particulate combustion period can be sucked in by the amount of air defined according to the amount of combustion gas supplied by the blowing means 10 from the air intake section 25, and the particulate combustion can be maintained.
[0045]
  Further, this configuration can cope with the case where oxygen is not sufficiently sucked from the exhaust top 26 side, and at the same time, the arrangement position of the connection portion of the suction pipe 17 to the exhaust gas exhaust pipe 12 and the degree of freedom in designing the arrangement structure. Can also be achieved.
[0046]
  Furthermore, one end of the suction pipe 17 extends into the exhaust gas exhaust passage 12, and the opening of the suction part is slightly oriented toward the exhaust top 26 side. With this configuration, the exhaust gas is prevented from being discharged from the air intake unit 25 when the exhaust gas flows. This action enables a free design of the arrangement space of the air intake portion 25.
[0047]
  Next, a further first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4 differs from FIG. 1 and FIG. 3 in that the exhaust partition means 29 is disposed in the exhaust gas exhaust passage facing the connection portion 28 of the suction pipe 17 to the exhaust gas exhaust pipe 12. The exhaust partition means 29 extends a partition 30 between a portion of the suction pipe 17 facing the connection portion 28 to the exhaust gas exhaust pipe 12 and a connection portion 21 of the bypass pipe 13 to the exhaust gas exhaust pipe 12. The partition portion 30 is provided with a plurality of apertures 31.
[0048]
  With the above-described configuration, the amount of suction of the combustion gas after passing through the filter that has passed through the bypass pipe 13 into the suction pipe 17 is regulated. The exhaust partition means 29 further defines a flow path for air sucked from the exhaust top 18, and a plurality of holes 31 provided in the exhaust partition means 29 define the suction amount of the combustion gas. By using such a configuration, the design flexibility of the suction pipe 17 and the connection configuration to the exhaust gas exhaust pipe with respect to the suction of the desired combustion gas is increased, and an optimum combustion gas suction structure without a movable member is realized. ing.
[0049]
  Although the above-described embodiment relating to filter regeneration is that the combustion gas is supplied from the side opposite to the exhaust gas flow direction, the present invention is an apparatus configured to supply the combustion gas from the same direction as the exhaust gas flow direction. It can also be applied to. FIG. 5 shows this embodiment.
[0050]
  In FIG. 5, the same or equivalent members as in FIG. In the figure, the main components are described again. 1 is a filter, 2 is a filter housing tube, 4 is a microwave supply means, 5 is a drive power supply unit of the microwave supply means, 8 is a waveguide hole (one waveguide hole arranged oppositely is not shown), 10 is a blowing means, 11 is a supply pipe for conveying combustion gas supplied by the blowing means, 12 is an exhaust gas exhaust pipe on the exhaust gas exhaust side of the filter 1, 14 is an exhaust gas exhaust pipe on the exhaust gas inflow side of the filter 1, and 17 is a filter 1 is a suction pipe that conveys combustion gas after flowing through 1 to the blower means 10, 18 is an exhaust top, 20 is a connection portion of a supply pipe 11 to an exhaust gas exhaust passage, 22 is a microwave detection means, and 23 is a control section. , 24 are temperature detection means.
[0051]
  Reference numeral 32 denotes a heat dissipation prevention means, in which a honeycomb structure made of a ceramic material is arranged in close contact with or close to the exhaust gas inflow side end face of the filter 1. The honeycomb structure of the heat radiation preventing means 32 is a lattice structure having a size equal to or larger than that of the honeycomb structure of the filter 1. This heat radiation prevention means 32 has an action of effectively removing particulates deposited near the exhaust gas inflow side end face of the filter 1 by using particulate combustion heat in the filter 1.
[0052]
  Further, the configuration requirements shown in FIGS. 3 and 4 can be applied to the configuration of FIG.
[0053]
  Further, since the control contents when the filter 1 is regenerated in the configuration of FIG. 5 are the same as the above-described control contents, description thereof will be omitted.
[0054]
  FIG. 6 is a block diagram showing an example of connection between the filter regeneration device for an internal combustion engine of the present invention and the internal combustion engine. In the figure, 33 is an internal combustion engine (diesel engine), 34 is an exhaust pipe through which exhaust gas discharged from the internal combustion engine 33 flows, 35 and 36 are exhaust pipes branched from the exhaust pipe 34, 37 and 38 are exhaust pipes 35, The internal combustion engine filter regenerator 42, which is disposed between the 36 branch portions 39 and the exhaust tops 40 and 41 of the exhaust pipes, is a valve for switching the flow direction of the exhaust gas.
[0055]
  In the above configuration, when the valve 42 is controlled to the illustrated position, the exhaust gas flows into the exhaust pipe 36, flows through the filter of the internal combustion engine filter regeneration device 38 of the present invention, and is discharged to the atmosphere. When it is time to regenerate the filter of the internal combustion engine filter regenerator 38 based on the microwave detection signal, the valve 42 is switched to allow the exhaust gas to flow through the exhaust pipe 35. Thereafter, the filter of the internal combustion engine filter regeneration device 38 is regenerated, and waits until the filter of the internal combustion engine filter regeneration device 37 reaches the regeneration processing timing. When it is time to regenerate the filter of the filter regeneration device 37 for the internal combustion engine, the valve 42 is switched to allow the exhaust gas to flow through the exhaust pipe 36. Thereafter, the filter of the internal combustion engine filter regeneration device 37 is regenerated and waits. As described above, the filter regeneration device for the internal combustion engine is incorporated in the exhaust system in parallel, and the exhaust gas is alternately passed to regenerate the filter alternately.
[0056]
  When the continuous operation time of the internal combustion engine is short, the internal combustion engine filter regeneration device of the present invention can be directly disposed in the exhaust pipe 34 of the internal combustion engine. In this case, filter regeneration is executed when the internal combustion engine is stopped.
[0057]
【The invention's effect】
  As described above, according to the filter regeneration device for an internal combustion engine of the present invention, the following effects can be obtained.
[0058]
  (1)For the device that regenerates the filter by supplying combustion gas from the opposite side to the exhaust gas flow direction, distribute the combustion gas after passing through the filter to the exhaust gas exhaust passage through the bypass pipe, and its distribution position With the configuration in which the combustion gas is sucked from between the exhaust top and the exhaust top, oxygen necessary for maintaining combustion can be sucked from the exhaust top side, and a simple combustion gas suction configuration that does not require a movable member can be provided.
[0059]
  (2)By connecting the bypass pipe to the exhaust gas exhaust path and the suction section on the exhaust path side facing each other, the suction volume can be limited even when the amount of combustion gas supplied is small, and particulate combustion can be maintained. It is possible to supply the minimum necessary oxygen.
[0060]
  (3)With the arrangement of the exhaust passage partitioning means, the suction amount of the combustion gas after passing through the filter and the air suction amount from the exhaust top side can be optimally defined with a simple structure having no movable member. Design freedom in the mounting configuration with the top.
[0061]
  (4)With the configuration in which one end of the suction pipe extends into the exhaust gas exhaust pipe, a negative pressure can be formed at the tip of the suction pipe when the exhaust gas flows, so that the exhaust gas can be prevented from flowing into the suction pipe. As a result, when the air intake portion is provided in the suction pipe, exhaust gas outflow from the air intake portion can be eliminated, so that the arrangement space of the air intake portion can be freely designed.
[0062]
  (5)By providing a plurality of holes in the exhaust passage partitioning means, the suction amount of the combustion gas after passing through the filter sucked by the blower means can be defined by a simple structure having no movable member.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a filter regeneration device for an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing control contents during filter regeneration in the first embodiment of the present invention
FIG. 3 is a block diagram of a filter regeneration device for an internal combustion engine according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram of a filter regeneration device for an internal combustion engine according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram of a filter regeneration device for an internal combustion engine according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a configuration diagram showing an example of connection of the filter regeneration device for an internal combustion engine of the present invention to the internal combustion engine.
[Explanation of symbols]
  1 Filter
  2 Filter housing
  4 Microwave supply means
  10 Air blowing means
  11 Supply pipe
  12, 14, 34, 35, 36 Exhaust gas exhaust pipe
  13 Bypass pipe
  15 Poppet type valve (first opening / closing means)
  17 Suction tube
  18, 26, 40, 41 Exhaust top
  19 Valve (second opening / closing means)
  20 Connection section of supply pipe (supply section)
  21 Bypass pipe connection
  22 Microwave detection means
  23 Control unit (control means)
  25 Air intake part
  27 Extension of suction tube
  28 Suction tube connection (suction part)
  29 Exhaust path partitioning means
  31 Multiple holes

Claims

In the filter regeneration apparatus for an internal combustion engine that regenerates the filter by heating and burning the particulates collected by the filter, the particulate combustion gas supplied by the blowing means is used for combustion of the particulates. A supply pipe for supplying gas to the exhaust gas discharge side of the filter, a bypass pipe for connecting to the exhaust gas exhaust pipe provided on the exhaust gas inflow side and the discharge side of the filter and bypassing the filter, and a bypass provided in the bypass pipe A first opening / closing means for opening / closing a passage; a second opening / closing means for opening / closing an exhaust gas exhaust path on the exhaust gas discharge side of the filter; and a suction pipe for sucking combustion gas after flowing through the filter by the blowing means. The exhaust gas exhaust path between the exhaust gas exhaust side of the filter and the exhaust top is connected to the connection portion of the supply pipe and the second opening / closing means. Connecting portion and the suction pipe of the connecting portion and sequentially arranged an internal combustion engine for a filter regeneration apparatus of the bypass pipe.

2. The filter regeneration device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein a connection portion for the suction pipe is provided in the exhaust gas exhaust passage on the side substantially facing the connection portion for the bypass pipe.

2. The filter regeneration device for an internal combustion engine according to claim 1 , wherein an exhaust passage partitioning means is disposed in at least a region facing the suction portion or the connection portion of the suction pipe in the exhaust gas exhaust passage.

The filter regeneration device for an internal combustion engine according to claim 1 or 3, wherein the suction part or the connection part of the suction pipe has a pipe part extending into the exhaust gas exhaust passage.

4. The filter regeneration device for an internal combustion engine according to claim 3 , wherein the exhaust passage partitioning means is provided with a plurality of holes in the partition portion existing between the portion facing the connection portion of the suction pipe and the connection portion of the bypass pipe.