JP6217694B2 - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の排気浄化システムに関する。

空気通路内に配置され、空気を浄化する空気浄化触媒と、空気通路内における空気浄化触媒の上流側に配置され、空気浄化触媒に向けて所定周波数のマイクロ波を照射するマイクロ波照射装置とを備え、空気浄化触媒は、担体基材と、担体基材上に配置され、空気を浄化する触媒物質と、を備え、担体基材はマイクロ波を吸収可能な発熱体を含み、発熱体はマイクロ波照射装置からのマイクロ波を吸収して発熱する、空気清浄器が知られている（例えば、特許文献１参照）。

触媒物質は一般的には活性化温度以上にならないと触媒として機能しない。そこで、特許文献１では、マイクロ波で発熱体を発熱させることで、担体基材を加熱して、それにより担体基材上の触媒物質を活性化温度以上に加熱している。

特開２００６−１５８９４７号公報

上記特許文献１では、空気浄化触媒が配置された空気通路は電磁波遮蔽部材で被覆されている。したがって、上記特許文献１には明示されていないが、電磁波遮蔽部材に被覆された空気通路内にマイクロ波の進行波と反射波とが合成された定在波が形成され、発熱体はマイクロ波の定在波を吸収して発熱する。ここで、定在波は電界強度が比較的大きい高電界領域と比較的小さい低電界領域とを有する。このとき、発熱体として誘電体を用いると、高電界領域では発熱体が発熱するが、低電界領域では発熱体があまり発熱せず、それゆえに担体基材の中に十分に発熱する領域とあまり発熱しない領域とができる。その結果、担体基材上の触媒物質を均一に加熱できないおそれがある。ここで、上記特許文献１の触媒物質の加熱方法は、内燃機関の排気浄化触媒を加熱する方法にも適用可能である。しかし、その場合でも担体基材上の触媒物質を均一に加熱できないおそれがあることにかわりはない。その結果、排気浄化触媒により排気ガスを十分に浄化できないおそれがある。

本発明によれば、機関排気通路内に配置された筐体と、前記筐体内に配置され、排気ガスを浄化する排気浄化触媒と、前記機関排気通路内における前記排気浄化触媒の上流側又は下流側に配置され、前記排気浄化触媒に向けて所定周波数のマイクロ波を照射するマイクロ波照射装置と、を備え、前記排気浄化触媒は、担体基材と、前記担体基材上に配置され、前記排気ガスを浄化する触媒物質と、を備え、前記担体基材は、前記マイクロ波を吸収可能な磁性体を含む少なくとも一つの磁性体領域と、前記マイクロ波を吸収可能な誘電体を含む少なくとも一つの誘電体領域と、を有し、前記筐体内には、前記マイクロ波により、磁界強度が前記磁界強度の最大値の所定割合以上となる高磁界領域と、電界強度が前記電界強度の最大値の所定割合以上となる高電界領域とを有し、前記磁界強度が最大値を取る位置と前記電界強度が最大値を取る位置とが互いに異なる定在波が形成され、前記高磁界領域が前記磁性体領域に位置し、かつ、前記高電界領域が前記誘電体領域に位置している、内燃機関の排気浄化システムが提供される。

触媒物質を概ね均一に加熱することができる。

排気浄化システムが適用された内燃機関の全体図である。 スタートアップ排気浄化触媒の正面図である。 スタートアップ排気浄化触媒の側面断面図である。 磁性体の特性を示すグラフである。 誘電体の特性を示すグラフである。 マイクロ波照射装置の動作を説明する図である。 定在波の特性を示す模式図である。 スタートアップ排気浄化触媒の模式図である。 スタートアップ排気浄化触媒の隔壁の部分拡大断面図である。 磁性体及び誘電体の特性を示すグラフである。 別の実施例のスタートアップ排気浄化触媒の模式図である。 排気浄化システムの触媒温度制御のフロー図である。 更に別の実施例のスタートアップ排気浄化触媒の模式図である。 更に別の実施例のスタートアップ排気浄化触媒の隔壁の部分拡大断面図である。 定在波の特性を示す模式図である。 更に別の実施例のスタートアップ排気浄化触媒の模式図である。 更に別の実施例のスタートアップ排気浄化触媒の模式図である。 筐体内での位置ずれの無い定在波の模式図である。 筐体内での位置ずれのある定在波の一例の模式図である。 周波数の変化量Δωのマップを示す図である。 更に別の実施例の位置ずれ補正を含むマイクロ波の照射の制御のフロー図である。 位相の変化量Δφのマップを示す図である。 二つのマイクロ波照射装置の動作を説明する図である。

図１を参照すると、圧縮着火式内燃機関の本体１には、各気筒の燃焼室２、燃焼室２内に燃料を噴射するための電磁制御式燃料噴射弁３、吸気マニホルド４及び排気マニホルド５が設けられている。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ｃの出口に連結され、コンプレッサ７ｃの入口は吸気導入管８を介してエアフロメータ９及びエアクリーナ１０に順次連結される。吸気ダクト６内には電気制御式スロットル弁１１が配置され、更に吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１２が配置される。一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｔの入口に連結され、排気タービン７ｔの出口は機関排気通路としての排気管２１に連結される。排気管２１には排気後処理システム２０が連結される。

各燃料噴射弁３は燃料供給管１３を介してコモンレール１４に連結され、このコモンレール１４は電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ１５を介して燃料タンク１６に連結される。燃料タンク１６内には燃料が液体の形で貯蔵されている。燃料タンク１６内の燃料は燃料ポンプ１５によってコモンレール１４内に供給され、コモンレール１４内に供給された燃料は各燃料供給管１３を介して燃料噴射弁３に供給される。本発明による実施例ではこの燃料は軽油から構成される。図示しない別の実施例では、内燃機関はリーン空燃比のもとで燃焼が行われる火花点火式内燃機関から構成される。この場合には燃料はガソリンから構成される。

排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲという。）通路１７を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１７内には電気制御式ＥＧＲ制御弁１８が配置される。また、ＥＧＲ通路１７周りにはＥＧＲ通路１７内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１９が配置される。

図１に示す実施例では、排気後処理システム２０はスタートアップ排気浄化装置２２を備える。排気タービン７ｔ下流の排気管２１にはスタートアップ排気浄化装置２２の筐体２３の入口が連結され、筐体２３の出口は排気管２１ａに連結される。筐体２３内にはスタートアップ排気浄化触媒２４が配置される。図１に示す実施例ではスタートアップ排気浄化触媒２４は担体基材と、担体基材上に担持された排気浄化触媒とを含む。排気浄化触媒は比較的小容量であり、短時間のうちに活性化する、すなわち暖機が終わるようになっている。図１に示す実施例では排気浄化触媒は三元触媒である。三元触媒は担体基材全体に概ね均一に担持される。また、排気後処理システム２０はマイクロ波照射装置５０を更に備える。スタートアップ排気浄化装置２２上流に位置する排気管２１にはマイクロ波照射装置５０のマイクロ波放射器５３が配置される。マイクロ波放射器５３には伝送路５２を介してマイクロ波発振器５１が接続される。マイクロ波放射器５３はマイクロ波を放射し、マイクロ波を受信する。マイクロ波放射器５３としては例えばループアンテナのようなアンテナが用いられる。マイクロ波発振器５１はマイクロ波を発生し、発生するマイクロ波の周波数及び位相を変更可能であり、受信されたマイクロ波の周波数、位相及び強度を計測可能である。ただし、マイクロ波は進行波、反射波又はそれらを合成した合成波、すなわち定在波である。マイクロ波発振器５１としては例えばガンダイオードのような半導体素子を用いた半導体発振器が用いられる。伝送路５２はマイクロ波発振器５１で発生されたマイクロ波をマイクロ波放射器５３へ伝送し、マイクロ波放射器５３で受信されたマイクロ波をマイクロ波発振器５１へ伝送する。伝送路５２としては例えば同軸ケーブルが用いられる。マイクロ波発振器５１で発生したマイクロ波は伝送路５２を経由してマイクロ波放射器５３からスタートアップ排気浄化触媒２４へ向かって放射され、スタートアップ排気浄化触媒２４を加熱する。図１に示す実施例ではマイクロ波の周波数は２．４５ＧＨｚである。

また、排気後処理システム２０は主排気浄化装置２５を更に備える。スタートアップ排気浄化装置２２下流の排気管２１ａには主排気浄化装置２５の筐体２６の入口が連結され、筐体２６の出口は排気管２１ｂに連結される。筐体２６内には主排気浄化触媒２７が配置される。図１に示す実施例では主排気浄化触媒２７は排気ガス中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、パティキュレートフィルタ上に担持され、ＮＯｘを浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒とから構成される。また、主排気浄化触媒２７上流に位置する排気管２１ａには、炭化水素ないし燃料を液体の形で２次的に供給する電磁式の添加弁２８が取り付けられる。添加弁２８は図示しない別の燃料ポンプを介して燃料タンク１６に連結される。燃料タンク１６内の燃料は別の燃料ポンプによって添加弁２８に供給され、次いで添加弁２８によって主排気浄化触媒２７に供給される。

電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５及び出力ポート３６を具備する。スタートアップ排気浄化触媒２４下流の筐体２３内には、スタートアップ排気浄化触媒２４から流出する排気ガスの温度を検出する温度センサ６１が取り付けられる。この排気ガスの温度はスタートアップ排気浄化触媒２４の温度を表している。また、筐体２６には主排気浄化触媒２７の前後差圧を検出する差圧センサ６２が取り付けられる。エアフロメータ９、マイクロ波発振器５１、温度センサ６１及び差圧センサ６２の出力電圧はそれぞれ対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル３９にはアクセルペダル３９の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４０が接続され、負荷センサ４０の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。さらに、クランクシャフトが例えば３０度回転するごとに出力パルスを発生するクランク角センサ４１が入力ポート３５に接続される。ＣＰＵ３４ではクランク角センサ４１からの出力パルスに基づいて機関回転数が算出される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１１の駆動装置、燃料ポンプ１５、ＥＧＲ制御弁１８、マイクロ波発振器５１、添加弁２８、及び別の燃料ポンプ（図示しない）に接続される。

図１に示す実施例では、スタートアップ排気浄化装置２２のスタートアップ排気浄化触媒２４は詳細には以下の構成を有している。図２Ａ及び図２Ｂはそれぞれスタートアップ排気浄化触媒２４の構成例を示す正面図及び側面断面図である。図２Ａ及び図２Ｂに示されるようにスタートアップ排気浄化触媒２４はストレートフロー型のハニカム構造を有する担体基材７０を備え、スタートアップ排気浄化触媒２４の形状、すなわち担体基材７０の形状は略円柱である。担体基材７０は互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路７１とこれら排気流通路７１を互いに隔てる隔壁７２とを有する。排気流通路７１は上流端及び下流端が開放された排気ガス通路により構成されており、図２Ｂに矢印で示されるように、排気ガスは排気流通路７１に上流端から流入し、下流端から流出する。

図１に示す実施例では、主排気浄化装置２５の主排気浄化触媒２７のパティキュレートフィルタはウォールフロー型のハニカム構造を有する。機関吸気通路、燃焼室２及び主排気浄化触媒２７上流の排気通路内に供給された空気及び燃料ないし炭化水素の比を排気ガスの空燃比と称し、吸収と吸着とを包含する用語として吸蔵という用語を用いると、パティキュレートフィルタ上のＮＯｘ吸蔵還元触媒は、排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸蔵したＮＯｘを放出し還元する機能を有する。ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、白金（Ｐｔ）を含む貴金属触媒と、カリウム（Ｋ）のようなアルカリ金属元素、バリウム（Ｂａ）のようなアルカリ土類金属元素、ランタン（Ｌａ）のような希土類元素及び銀（Ａｇ）のようなＮＯｘに電子を供与しうる金属を含む塩基性層とを備える。

図１に示す実施例では、燃焼室２において酸素過剰のもとで燃焼が行われる。その場合、ＮＯｘ吸蔵還元触媒への流入排気ガスの空燃比はリーンに維持され、このとき流入排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ吸蔵還元触媒内に吸蔵される。そして、ＮＯｘ吸蔵還元触媒内に吸蔵されたＮＯｘが予め設定された閾値量を超えると添加弁２８から燃料が２次的に供給され、流入排気ガスの空燃比がリッチ又は理論空燃比にされる。空燃比がリッチ又は理論空燃比にされることで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒からＮＯｘが放出され還元されて窒素ガスとなり、排気ガスが浄化されて排出される。

詳細は後述するが、スタートアップ排気浄化触媒２４の担体基材は、マイクロ波照射装置５０から出力される所定周波数（例示：２．４５ＧＨｚ）のマイクロ波を吸収可能な磁性体と、その所定周波数のマイクロ波を吸収可能な誘電体とを含んでいる。

担体基材内の磁性体を含め、磁性体は一般に図３に示す特性を有する。図３において横軸は温度Ｔであり、縦軸は磁性体のマイクロ波の吸収率α１である。ただし、マイクロ波の吸収率α１とは、磁性体に照射された所定周波数（例示：２．４５ＧＨｚ）のマイクロ波のエネルギに対する磁性体に吸収されたマイクロ波のエネルギの割合である。図中の曲線ＤＨが示すように、磁性体では、マイクロ波の吸収率α１は温度Ｔの上昇と共に単調に減少する。担体基材内の磁性体の材料としては、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）及びニッケル（Ｎｉ）又はそれらの組み合わせのような強磁性体、並びに、フェライト（Ｆｅ_３Ｏ_４）のようなフェリ磁性体が例示される。

担体基材内の誘電体を含め、誘電体は一般に図４に示す特性を有する。図４において横軸は温度Ｔであり、縦軸は誘電体のマイクロ波の吸収率α２である。ただし、マイクロ波の吸収率α２とは、誘電体に照射された所定周波数（例示：２．４５ＧＨｚ）のマイクロ波のエネルギに対する誘電体に吸収されたマイクロ波のエネルギの割合である。図中の曲線ＤＥが示すように、誘電体では、マイクロ波の吸収率α２は温度Ｔの上昇と共に単調に増加する。担体基材内の誘電体の材料としては、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）、ジルコニア（ＺｒＯ_２）、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）及びチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）のような酸化物や炭化物が例示される。

担体基材内の誘電体は担体基材内の磁性体とは互いに異なる材料である。また、担体基材内の磁性体は磁界のエネルギを吸収するだけでなく、電界のエネルギを吸収するものであってもよい。また、担体基材内の誘電体は電界のエネルギを吸収するだけでなく、磁界のエネルギを吸収するものであってもよい。ただし、磁性体による磁界のエネルギの吸収量は誘電体による磁界のエネルギの吸収量よりも大きい。また、誘電体による電界のエネルギの吸収量は磁性体による電界のエネルギの吸収量よりも大きい。

担体基材は所定周波数（例示：２．４５ＧＨｚ）のマイクロ波が概ね透過可能な多孔質材料から形成される。担体基材の材料としては、例えばコージェライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ_２Ｏ_３・５ＳｉＯ_２）、シリカ（ＳｉＯ_２）、ムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）のようなセラミックが挙げられる。

触媒物質である三元触媒は、排気ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）をそれぞれ浄化する。三元触媒としては、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）及びロジウム（Ｒｈ）からなる貴金属触媒が、セリア（ＣｅＯ_２）及びセリア（ＣｅＯ_２）−ジルコニア（ＺｒＯ_２）のような酸化物担体に担持された触媒に例示される。

次に、図５乃至図７を参照して、マイクロ波照射装置５０によりスタートアップ排気浄化触媒２４の筐体２３内に発生するマクロ波の進行波と反射波とが合成された定在波について説明する。

図５に示すように、マイクロ波放射器５３からスタートアップ排気浄化触媒２４へ向かって放射されたマイクロ波の進行波ＭＷｉは筐体２３の入口端２３ｉから筐体２３へ進入する。このとき、筐体２３の内部はスタートアップ排気浄化触媒２４でほぼ満たされているが、スタートアップ排気浄化触媒２４の大部分を占める担体基材７０はマイクロ波が概ね透過可能な材料で形成されている。したがって、筐体２３の内部はマイクロ波にとって空洞（キャビティ）であり、マイクロ波の進行波ＭＷｉはスタートアップ排気浄化触媒２４にほとんど邪魔されずに筐体２３内を進むことができる。そして、筐体２３内ではマイクロ波の進行波ＭＷｉと進行波ＭＷｉが筐体２３内の壁面２３ｗに反射して生じる反射波ＭＷｒとが重なり合って筐体２３内に三次元的に広がる定在波が形成される。したがって、定在波は筐体２３内にスタートアップ排気浄化触媒２４と重なるように形成される。なお、図示しない別の実施例では、マイクロ波が筐体２３の出口端２３ｏから排気管２１へ漏れ出すことを防止する金網のような電波遮蔽部材が出口端２３ｏに配置される。

図６は定在波の特性を示す模式図である。ただし、上側の図は筐体２３の側面図である。筐体２３は、筐体２３の入口端２３ｉから出口端２３ｏに向かう方向が長手方向になるように形成されており、Ｃ１はその長手方向に平行な筐体２３の長手方向中心線を示す。図６に示す実施例では、筐体２３の長手方向は排気ガスの流れ方向に沿っている。下側の図は長手方向中心線Ｃ１上の位置での筐体２３内に形成される定在波の磁界強度ＩＨ及び電界強度ＩＥを示すグラフである。横軸は長手方向中心線Ｃ１上の筐体２３での位置Ｐを示し、縦軸は磁界強度ＩＨ及び電界強度ＩＥを示す。グラフでは、定在波の磁界成分ＳＷＨで磁界強度を示し、定在波の電界成分ＳＷＥで電界強度を示す。なお、図５に示す実施例では、マイクロ波放射器５３はループアンテナであり、筐体２３の入口付近に配置されている。また、そのアンテナは、筐体２３の長手方向中心線Ｃ１の延長線上に配置されている。

図６の下側の図に示すように、定在波の磁界成分ＳＷＨとして、磁界強度ＩＨの大きい高磁界領域９１と磁界強度ＩＨの小さい低磁界領域９３とが交互に繰り返すように長手方向中心線Ｃ１に沿って筐体２３内に分布する。また、定在波の電界成分ＳＷＥとして、電界強度ＩＥの大きい高電界領域９２と電界強度ＩＥの小さい低電界領域９４とが交互に繰り返すように長手方向中心線Ｃ１に沿って筐体２３内に分布する。ただし、高磁界領域９１は磁界強度ＩＨがその最大値ＩＨＭの所定割合（例示：５０％）以上、すなわち磁界強度ＩＨＴＨ以上となる筐体２３内の領域である。低磁界領域９３は磁界強度ＩＨがその最大値ＩＨＭの所定割合未満、すなわち磁界強度ＩＨＴＨ未満となる筐体２３内の領域である。また、高電界領域９２は電界強度ＩＥがその最大値ＩＥＭの所定割合（例示：５０％）以上、すなわち電界強度ＩＥＴＨ以上となる筐体２３内の領域である。低電界領域９４は電界強度ＩＥがその最大値ＩＥＭの所定割合未満、すなわち電界強度ＩＥＴＨ未満となる筐体２３内の領域である。図６に示す実施例では、高磁界領域９１は筐体２３内の位置Ｐ１０（入口端２３ｉ）から位置Ｐ１１までの領域及び位置Ｐ１２から位置Ｐ１３までの領域である。高電界領域９２は筐体２３内の位置Ｐ１１から位置Ｐ１２までの領域及び位置Ｐ１３から位置Ｐ１４（出口端２３ｏ）までの領域である。

また、筐体２３内に形成される定在波では、磁界成分ＳＷＨの位相と電界成分ＳＨＥの位相とは互いにずれる。言い換えると、磁界成分ＳＷＨがピークを示す（磁界強度が最大値を取る）位置と電界成分ＳＷＥがピークを示す（電界強度が最大値を取る）位置とが互いに異なり、互いにずれる。例えば、図６の下側の図に示す実施例では、磁界成分ＳＷＨがピークＨｐを示す位置と電界成分ＳＷＥがピークＥｐを示す位置とがずれることに示されるように、磁界成分ＳＷＨの位相と電界成分ＳＨＥの位相とが長手方向中心線Ｃ１に沿って互いに１／２波長だけずれる。そのため、高磁界領域９１と高電界領域９２とは長手方向に互いに１／２波長だけずれ、低磁界領域９３と低電界領域９４とは互いに１／２波長だけずれる。言い換えると、筐体２３内では、高磁界領域９１と高電界領域９２とが長手方向に交互に繰り返すように分布する。なお、定在波の形状や位相のずれの程度は、マイクロ波の周波数及び筐体２３の形状などにより定まる。

本実施例では、長手方向中心線Ｃ１上の位置での磁界強度及び電界強度の分布、すなわち図６の下側の図の分布が、筐体２３内全体の磁界強度及び電界強度の分布を代表するものとする。具体的には以下に示すとおりである。まず、図６の上側の図に示す筐体２３において、長手方向中心線Ｃ１に垂直な面ＳＶで筐体２３を仮想的に輪切りした薄肉円柱状の領域９１ａ、９２ａを考える。ここで、領域９１ａの位置が高磁界領域９１の位置に対応し、領域９２ａの位置が高電界領域９２の位置に対応するように領域９１ａ、９２ａを形成する。すなわち、長手方向中心線Ｃ１上の位置で示すと、領域９１ａは位置Ｐ１０から位置Ｐ１１までの領域及び位置Ｐ１２から位置Ｐ１３までの領域であり、領域９２ａは位置Ｐ１１から位置Ｐ１２までの領域及び位置Ｐ１３から位置Ｐ１４までの領域である。そして、領域９１ａ全体が高磁界領域９１であるとし、領域９２ａ全体が高電界領域９２であるとする。この場合、筐体２３内の磁界強度及び電界強度の分布は、高磁界領域９１である領域９１ａと高電界領域９２である領域９２ａとが長手方向中心線Ｃ１に沿って交互に並んだ分布となる。

このような磁界強度及び電界強度の分布を有する筐体２３内にスタートアップ排気浄化触媒２４が配置される。ここで、筐体２３の内部空間の形状とスタートアップ排気浄化触媒２４の外形とはほぼ一致している。したがって、筐体２３の長手方向はスタートアップ排気浄化触媒２４（担体基材）の長手方向と一致し、筐体２３の長手方向中心線Ｃ１はスタートアップ排気浄化触媒２４の長手方向中心線と一致する。よって、以下ではスタートアップ排気浄化触媒２４の長手方向中心線についてもＣ１と記す。また、筐体２３内の入口端２３ｉの位置Ｐ１０から出口端２３ｏの位置Ｐ１４までの領域にスタートアップ排気浄化触媒２４が配置される。したがって、長手方向中心線Ｃ１上の筐体２３の位置Ｐを特定することで、長手方向中心線Ｃ１上のスタートアップ排気浄化触媒２４の位置を特定することができる。よって、以下ではスタートアップ排気浄化触媒２４の内の位置についても位置Ｐ（例示：位置Ｐ１０）で記す。

図７はスタートアップ排気浄化触媒の模式図である。図７において、上側の図はスタートアップ排気浄化触媒２４の仮想的な分解斜視図であり、下側の図はスタートアップ排気浄化触媒の側面図である。

図７に示す実施例では、担体基材７０は薄肉円柱状の磁性体領域８１Ｈと誘電体領域８１Ｅとが長手方向中心線Ｃ１に沿って交互に並んだ構成を有する。ただし、磁性体領域８１Ｈは担体基材７０の薄肉円柱状の領域であり磁性体を含んでおり、誘電体領域８１Ｅは担体基材７０の薄肉円柱状の領域であり誘電体を含んでいる。また、下側の図に示すように、磁性体領域８１Ｈは筐体２３内の高磁界領域９１に位置し、誘電体領域８１Ｅは筐体２３内の高電界領域９２に位置する。すなわち、スタートアップ排気浄化触媒２４内では、磁性体領域８１Ｈは位置Ｐ１０（入口端２４ｉ）から位置Ｐ１１までの領域及び位置Ｐ１２から位置Ｐ１３までの領域であり、誘電体領域８１Ｅは位置Ｐ１１から位置Ｐ１２までの領域及び位置Ｐ１３から位置Ｐ１４（出口端２４ｏ）までの領域である。言い換えると、高磁界領域９１が磁性体領域８１Ｈに位置し、かつ、高電界領域９２が誘電体領域８１Ｅに位置するように定在波が形成される。

図７に示す実施例では、個々の磁性体領域８１Ｈ内では、担体基材７０に担持された磁性体の担持量は全体に概ね均一である。また、複数の磁性体領域８１Ｈ同士間では磁性体の担持量は概ね同じである。同様に、個々の誘電体領域８１Ｅ内では、担体基材７０に担持された誘電体の担持量は全体に概ね均一である。また、複数の誘電体領域８１Ｅ間では誘電体の担持量は概ね同じである。

図８はスタートアップ排気浄化触媒の隔壁の部分拡大断面図を示している。図８に示される実施例では、スタートアップ排気浄化触媒２４の担体基材７０内には磁性体領域８１Ｈと誘電体領域８１Ｅとが並んで形成される。磁性体領域８１Ｈはマイクロ波照射装置５０からのマイクロ波を吸収可能な磁性体８１ｈａを含み、誘電体領域８１Ｅはマイクロ波照射装置５０からのマイクロ波を吸収可能な誘電体８１ｅａを含んでいる。図８に示される実施例では、磁性体領域８１Ｈ及び誘電体領域８１Ｅは担体基材７０の表面上に形成される。磁性体領域８１Ｈ及び誘電体領域８１Ｅの表面上には触媒層８２が形成される。触媒層８２は排気浄化触媒の触媒物質８２ａを含んでおり、図８に示す実施例では触媒物質８２ａは三元触媒である。したがって、磁性体領域８１Ｈでは、担体基材７０の表面上に磁性体８１ｈａが形成され、磁性体８１ｈａの表面上に触媒物質８２ａが形成される。また、誘電体領域８１Ｅでは、担体基材７０の表面上に誘電体８１ｅａが形成され、誘電体８１ｅａの表面上に触媒物質８２ａが形成される。また、図示しない別の実施例では磁性体８１ｈａ及び誘電体８１ｅａは担体基材７０の内部に含有され、すなわち磁性体領域８１Ｈ及び誘電体領域８１Ｅは担体基材７０の内部に含有される。

定在波の磁界強度ＩＨの位相と電界強度ＩＥの位相とは互いにずれているので、筐体２３内で磁界強度ＩＨが大きくなる高磁界領域９１と電界強度ＩＥが大きくなる高電界領域９２とは異なる。別の見方をすると、高磁界領域９１と低電界領域９４とが重なり、低磁界領域９３と高電界領域９２とが重なる。本実施例では、定在波の磁界成分からエネルギを吸収可能な磁性体８１ｈａを配置する磁性体領域８１Ｈと高磁界領域９１とを対応させ、定在波の電界成分からエネルギを吸収可能な誘電体８１ｅａを配置する誘電体領域８１Ｅと高電界領域９２とを対応させる。それにより、磁性体８１ｈａ及び誘電体８１ｅａが吸収するエネルギをいずれも大きくすることができる。また、磁性体領域８１Ｈと誘電体領域８１Ｅとが長手方向中心線Ｃ１に沿って並んで形成されているので、スタートアップ排気浄化触媒２４内の場所による吸収可能なエネルギにムラができることを防止できる。したがって、スタートアップ排気浄化触媒２４内の温度が場所によって異なることを抑制でき、触媒物質８２ａ（三元触媒）を概ね均一に加熱することができる。

図７に示す実施例では、担体基材７０には、磁性体領域８１Ｈ及び誘電体領域８１Ｅが合わせて四か所設けられている。それら磁性体領域８１Ｈと誘電体領域８１Ｅとは長手方向中心線Ｃ１方向に交互に形成されている。それにより、交互に形成される高磁界領域９１と高電界領域９２から磁性体８１ｈａと誘電体８１ｅａによりエネルギを効率的に吸収でき、それによりスタートアップ排気浄化触媒２４をムラなく効率よく加熱することができる。

また、図７に示す実施例では、担体基材７０には、磁性体領域８１Ｈと誘電体領域８１Ｅとは互いに隙間なく形成されているため、マイクロ波によりスタートアップ排気浄化触媒２４全体を隙間なく加熱することができる。また、図７に示す実施例では、磁性体領域８１Ｈと誘電体領域８１Ｅとは互いに重なっていない。そのため、スタートアップ排気浄化触媒２４の製造が容易である。

また、図７に示す実施例では、担体基材７０には、排気ガスが流入してくる側、すなわち長手方向中心線Ｃ１方向の最上流側に磁性体領域８１Ｈが形成されている。スタートアップ排気浄化触媒２４の最上流側の位置は、排気ガスの熱とマイクロ波からのエネルギの両方を受けるため熱くなり易い。そのため、スタートアップ排気浄化触媒２４の最上流側が温まったが、下流側が温まっていないとき、マイクロ波を照射し続けるとスタートアップ排気浄化触媒２４の最上流側の位置の温度が高くなり過ぎてしまうおそれがある。ここで、図３に示す特性を有する磁性体８１ｈａを用いると、図９の曲線ＤＨｔに示すように、磁性体８１ｈａはその温度Ｔが一定以上になるとマイクロ波のエネルギの吸収率α１が低下し、時間ｔが経過しても温度Ｔが上がらなくなる。そこで、図７に示す実施例では、磁性体８１ｈａを最上流部に配置し、高磁界領域９１を最上流部に位置するように定在波を形成する。それによりスタートアップ排気浄化触媒２４の最上流部が温まったが、下流側が温まっていないときにマイクロ波を照射しても、最上流部はマイクロ波をあまり吸収しないためほとんど温度が上がらなくなり、下流側はマイクロ波を徐々に吸収し易くなって加熱が進む。したがって、スタートアップ排気浄化触媒２４の最上流部が排気熱とマイクロ波熱を受けることによる過加熱を防止できる。

また、最上流部の磁性体領域８１Ｈは迅速に加熱されるので、最上流部で発生した熱を、排気ガスで、下流側に伝達することにより、スタートアップ排気浄化触媒２４をムラなく効率よく加熱することができる。

図示しない別の実施例では、個々の磁性体領域８１Ｈ内で、磁性体の担持量はその磁性体領域８１Ｈ内の位置により相違する。例えば個々の磁性体領域８１Ｈは、長手方向中心線Ｃ１方向に複数の薄肉円柱状の小領域に分割され、個々の小領域内では磁性体の担持量は全体に概ね均一であり、複数の小領域間では長手方向中心線Ｃ１方向の両端部で担持量が多く、中央部で担持量が少ない。図示しない更に別の実施例では、個々の誘電体領域８１Ｅ内で、誘電体の担持量はその誘電体領域８１Ｅ内の位置により相違する。例えば個々の誘電体領域８１Ｅは、長手方向中心線Ｃ１方向に複数の薄肉円柱状の小領域に分割され、個々の小領域内では誘電体の担持量は全体に概ね均一であり、複数の小領域間では長手方向中心線Ｃ１方向の両端部で担持量が多く、中央部で担持量が少ない。すなわち、担持量を磁界成分ＳＷＨ及び電界成分ＳＷＥの分布により対応させることで触媒物質をより均一に加熱できる。

図１０に示す更に別の実施例では、上側の図示に示すように、スタートアップ排気浄化触媒２４の最上流部に磁性体領域８１Ｈを形成し、残りの部分すなわち磁性体領域８１Ｈの下流に誘電体領域８１Ｅを形成する。このとき、下側の図示に示すように、高磁界領域９１を最上流部に位置するように定在波を形成する。この場合、図９に示す磁性体の特性から、前方を優先的に加熱でき、最上流部で発生した熱を排気ガスで下流側に伝達して、スタートアップ排気浄化触媒２４をムラなく効率よく加熱することができる。

図７に示すようなスタートアップ排気浄化触媒２４の製造方法については、例えば薄肉円筒状の磁性体領域８１Ｈ及び誘電体領域８１Ｅをそれぞれ別個の担体基材に形成し、それらを例えばセラミックス接着剤で互いに接着する方法が考えられる。その場合、各磁性体領域８１Ｈの製造方法については、例えばまず担体基材７０に磁性体８１ｈａを含むスラリーを塗布し、加熱・乾燥させて磁性体８１ｈａを形成し、その後に磁性体８１ｈａに触媒物質８２ａを含浸法により含浸させて触媒層８２を形成する方法が考えられる。一方、各誘電体領域８１Ｅの製造方法については、磁性体８１ｈａの代わりに誘電体８１ｅａを用いるほかは磁性体領域８１Ｈの製造方法と同じ方法が考えられる。

図１０に示すようなスタートアップ排気浄化触媒２４の製造方法については、例えば一つの担体基材７０の長手方向中心線Ｃ１方向の両側からそれぞれ磁性体８１ｈａ及び誘電体８１ｅａを含むスラリーを塗布し、加熱・乾燥させて磁性体８１ｈａ及び誘電体８１ｅａをそれぞれ形成し、その後に磁性体８１ｈａ及び誘電体８１ｅａに触媒物質８２ａを含浸法により含浸させて触媒層８２を形成する方法が考えられる。あるいは、薄肉円筒状の磁性体領域８１Ｈ及び誘電体領域８１Ｅをそれぞれ別個の担体基材に形成し、それらを例えばセラミックス接着剤で互いに接着する方法が考えられる。

上記の筐体と排気浄化触媒とを備えるスタートアップ排気浄化装置２２と、排気浄化触媒に向けてマイクロ波を照射するマイクロ波照射装置５０とは、マイクロ波によって排気浄化触媒を加熱することで排気ガスの浄化を行う内燃機関の排気浄化システムを構成していると見ることができる。

次に、スタートアップ排気浄化装置２２及びマイクロ波照射装置５０の動作方法、すなわち内燃機関の排気浄化システムの動作方法について説明する。排気浄化システムは以下のような触媒温度制御を行っている。エンジンの始動時又は温度センサ６１で検出されるスタートアップ排気浄化触媒２４の温度が予め設定された基準温度未満の時、マイクロ波放射器５３からスタートアップ排気浄化触媒２４へマイクロ波が放射される。それにより、スタートアップ排気浄化触媒２４の磁性体領域８１Ｈ及び誘電体領域８１Ｅがそれぞれ発熱して触媒層８２が加熱されて触媒物質８２ａが活性化温度以上となり、触媒として機能するようになる。その結果、スタートアップ排気浄化触媒２４での排気ガスの浄化が可能となる。一方、スタートアップ排気浄化触媒２４での触媒反応が進み、スタートアップ排気浄化触媒２４の温度が高まって、温度センサ６１で検出されるスタートアップ排気浄化触媒２４の温度が基準温度以上になった時、マイクロ波放射器５３からのマイクロ波の放射を停止する。

図１１は上述した内燃機関の排気浄化システムの触媒温度制御を実行するルーチンを示している。このルーチンは予め設定された設定時間ごとの割り込みによって実行される。図１１を参照すると、ステップ１００では温度センサ６１によりスタートアップ排気浄化触媒２４の温度ＴＳが計測される。ステップ１０１では温度ＴＳが予め設定された基準温度ＴＳｔｈ未満であるか否かが判別される。温度ＴＳが基準温度ＴＳｔｈ以上である場合、制御プロセスを終了する。そのとき、マイクロ波の照射が行われていれば、マイクロ波の照射が停止される。これに対して、温度ＴＳが基準温度ＴＳｔｈ以下である場合、続くステップ１０２にてマイクロ波照射装置５０によりスタートアップ排気浄化触媒２４へマイクロ波が照射される。そのとき、マイクロ波の照射が行われていれば、マイクロ波の照射が継続される。

次に、更に別の実施例について図１２及び図１３を参照して説明する。

図１２及び図１３に示す更に別の実施例は、定在波の磁界成分ＳＷＨの位相と電界成分ＳＷＥの位相とのずれが１／２波長よりも小さい場合（例示：１／４波長）であり、磁性体領域８１Ｈと誘電体領域８１Ｅとが互いに部分的に重なっている点が、図６及び図７に示す実施例と相違する。以下、主に相違点について説明する。

図１２に示す更に別の実施例では、下側の図に示すように、高磁界領域９１は定在波の磁界強度ＩＨがその最大値ＩＨＭの所定の割合（例示：約２０％）以上となる領域であり、高電界領域９２は定在波の電界強度ＩＥがその最大値ＩＥＭの所定の割合（例示：約２０％）となる領域である。この所定の割合は図７に示す実施例での所定の割合より小さくされている。その理由は次のとおりである。磁界成分ＳＷＨと電界成分ＳＷＥの間の位相のずれが小さい場合、所定の割合を図７の実施例の約５０％のような高い値にすると、高磁界領域９１でも高電界領域９２でもない領域、すなわち磁性体や誘電体を含まない領域が発生してしまう。そうなると、マイクロ波によるスタートアップ排気浄化触媒の加熱が不均一になるおそれがある。そこで図１２に示す実施例では、所定の割合を小さくして、高磁界領域９１でも高電界領域９２でもない領域をなくすようにしている。その結果として、磁性体領域８１Ｈと誘電体領域８１Ｅとが互いに部分的に重さなった領域８１Ｓが形成されている。

図１２に示す実施例において、高磁界領域９１に対応して磁性体領域８１Ｈは長手方向中心線Ｃ１上の位置でいえば位置Ｐ３０（入口端２４ｉ）から位置Ｐ３２までの範囲及び位置Ｐ３３から位置Ｐ３５までの範囲に形成される。また、高電界領域９２に対応して誘電体領域８１Ｅは長手方向中心線Ｃ１上の位置でいえば位置Ｐ３１から位置Ｐ３３までの範囲及び位置Ｐ３４から位置Ｐ３６（出口端２４ｏ）までの範囲に形成される。そのため、磁性体領域８１Ｈと誘電体領域８１Ｅとが重なった領域８１Ｓが、位置Ｐ３１から位置Ｐ３２までの範囲及び位置Ｐ３４から位置Ｐ３５までの範囲に形成される。図１３に示す実施例では、領域８１Ｓにおいて担体基材７０の表面上に磁性体領域８１Ｈが形成され、その上に誘電体領域８１Ｅが形成される。図示しない別の実施例では、この領域８１Ｓにおいて担体基材７０の表面上に誘電体領域８１Ｅが形成され、その上に磁性体領域８１Ｈが形成される。図示しない更に別の実施例では、この領域８１Ｓにおいて磁性体８１ｈａ及び誘電体８１ｅａが混合される。

この場合にも、図７の実施例と同様の効果を得ることができる。また、磁界成分ＳＷＨの位相と電界成分ＳＷＥの位相とのずれが小さい場合でも、磁性体領域８１Ｈと誘電体領域８１Ｅとが互いに部分的に重ねることで、磁性体領域８１Ｈでも誘電体領域８１Ｅでもない領域、すなわちマイクロ波で加熱されない領域が発生して、マイクロ波によるスタートアップ排気浄化触媒２４の加熱が不均一になるのを防止できる。すなわちスタートアップ排気浄化触媒２４を均一に加熱することができる。

次に、更に別の実施例について図１４及び図１５を参照して説明する。

図１４及び図１５に示す更に別の実施例は、図６及び図７に示す実施例と比較すると、磁性体領域８１Ｈと誘電体領域８１Ｅとが長手方向中心線Ｃ１に垂直な方向に沿って交互に並んで形成され、磁性体８１ｈａ及び誘電体８１ｅａが長手方向中心線Ｃ１方向に一様に形成されている点が、図６及び図７に示す実施例と相違する。以下、主に相違点について説明する。

図１４は、定在波の特性を示す模式図である。ただし、左側の図は筐体２３の正面図である。Ｃ２は長手方向中心線Ｃ１を通りかつ長手方向中心線Ｃ１に垂直な方向の線を示す。右側の図は線Ｃ２上の位置での筐体２３内に形成される定在波の磁界強度ＩＨ及び電界強度ＩＥを示すグラフである。縦軸は線Ｃ２上の筐体２３での位置ＰＴを示し、横軸は磁界強度ＩＨ及び電界強度ＩＥを示し、定在波の磁界成分ＳＷＨで磁界強度を示し、電界成分ＳＷＥで電界強度を示す。

図１４の右側の図に示すように、定在波の磁界成分ＳＷＨとして、高磁界領域９１と低磁界領域９３とが交互に繰り返すように線Ｃ２に沿って筐体２３内に分布する。また、定在波の電界成分ＳＷＥとして、高電界領域９２と低電界領域９４とが交互に繰り返すように線Ｃ２に沿って筐体２３内に分布する。図１４に示す実施例では、高磁界領域９１は筐体２３内の位置ＰＴ１０（下側２３ｄ）から位置ＰＴ１１までの領域及び位置ＰＴ１２から位置ＰＴ１３（上側端２３ｕ）までの領域である。高電界領域９２は筐体２３内の位置ＰＴ１１から位置ＰＴ１２までの領域である。また、図１４の右側の図に示す実施例では定在波の磁界成分ＳＷＨの位相と電界成分ＳＨＥの位相とは線Ｃ２に沿って互いに１／２波長だけずれる。そのため、高磁界領域９１と高電界領域９２及び低磁界領域９３と低電界領域９４は線Ｃ２に沿ってそれぞれ互いに１／２波長だけずれる。

本実施例では、線Ｃ２上の位置での磁界強度及び電界強度の分布、すなわち図１４の右側の図の分布が、筐体２３内全体の磁界強度及び電界強度の分布を代表するものとする。具体的には以下に示すとおりである。まず、図１４の上側の図に示す筐体２３において、長手方向中心線Ｃ１を中心線とする円筒状の曲面ＶＲで筐体２３を仮想的に区切ってできる円柱状の領域９２ｂ及び円環状の領域９１ｂを考える。ここで、領域９２ｂの位置が高電界領域９２の位置に対応し、領域９１ｂの位置が高磁界領域９１の位置に対応するように領域９２ｂ、９１ｂを形成する。すなわち、線Ｃ２上の位置で示すと、領域９２ｂは位置ＰＴ１１から位置ＰＴ１２までの領域であり、領域９１ｂは位置ＰＴ１０から位置ＰＴ１１までの領域及び位置ＰＴ１２から位置ＰＴ１３までの領域である。そして、領域９２ｂ全体が高電界領域９２であるとし、領域９１ｂ全体が高磁界領域９１であるとする。この場合、筐体２３内の磁界強度及び電界強度の分布は、高電界領域９２である領域９２ｂと高磁界領域９１である領域９１ｂとが線Ｃ２に沿って交互に並んだ分布となる。

このような磁界強度及び電界強度の分布を有する筐体２３内にスタートアップ排気浄化触媒２４が配置される。ここで、筐体２３の内部空間の形状とスタートアップ排気浄化触媒２４の外形とは一致している。したがって、筐体２３の線Ｃ２はスタートアップ排気浄化触媒２４の長手方向中心線に垂直な線と一致する。よって、以下ではスタートアップ排気浄化触媒２４の長手方向中心線に垂直な線についてもＣ２と記す。また、筐体２３内の下側端２３ｄの位置ＰＴ１０から上側端２３ｕの位置ＰＴ１３までの領域にスタートアップ排気浄化触媒２４が配置される。したがって、線Ｃ２上の筐体２３の位置ＰＴを特定することで、線Ｃ２上のスタートアップ排気浄化触媒２４の位置を特定することができる。よって、以下ではスタートアップ排気浄化触媒２４の内の位置についても位置Ｐ（例示：位置ＰＴ１０）で記す。

図１５は更に別の実施例のスタートアップ排気浄化触媒の模式図である。図１５において、上側の図はスタートアップ排気浄化触媒２４の仮想的な分解斜視図であり、下側の図はスタートアップ排気浄化触媒の正面図である。

図１５に示す実施例では、担体基材７０は円柱状の誘電体領域８１Ｅと円環状の磁性体領域８１Ｈとが、長手方向中心線Ｃ１から長手方向中心線Ｃ１に垂直な方向、すなわち線Ｃ２方向に沿って交互に並んだ構成を有する。ここで、誘電体領域８１Ｅは長手方向中心線Ｃ１を中心軸とする円柱状の担体基材７０の領域であり誘電体を含んでおり、磁性体領域８１Ｈは長手方向中心線Ｃ１を中心軸とし、誘電体領域８１Ｅの外側を囲む円環状の担体基材７０の領域であり磁性体を含んでいる。また、下側の図に示すように、誘電体領域８１Ｅは筐体２３内の高電界領域９２に位置し、磁性体領域８１Ｈは筐体２３内の高磁界領域９１に位置する。言い換えると、高磁界領域９１が磁性体領域８１Ｈに位置し、かつ、高電界領域９２が誘電体領域８１Ｅに位置するように定在波が形成される。

この場合にも、図７の実施例と同様の効果を得ることができる。

次に、更に別の実施例について図１６を参照して説明する。

図１６に示す更に別の実施例は、図７に示す実施例と図１５に示す実施例を組み合わせた実施例である。すなわち、図６及び図１４に示す定在波の磁界成分ＳＷＨ及び電界成分ＳＷＥの三次元的な分布に磁性体領域８１Ｈ及び誘電体領域８１Ｅをより対応させている。

図６において、筐体２３内の高磁界領域９１とみなした領域９１ａ内には、磁界強度の低い領域が実際には含まれる。例えば長手方向中心線Ｃ１から線Ｃ２の方向に所定距離だけ離れた位置などである。同様に、図１４において、筐体２３内の高磁界領域９１とみなした領域９１ｂ内には、磁界強度の低い領域が実際には含まれる。例えば長手方向中心線Ｃ１の方向に所定距離だけ離れた位置などである。したがって、図７や図１５に示す実施例のスタートアップ排気浄化触媒２４では定在波の磁界成分ＳＷＨ及び電界成分ＳＷＥの三次元的な分布を大よそ反映しているが、正確に反映できているとはいえない。しかし、図１６に示す実施例では、図７の実施例及び図１５に示す実施例と比較して、磁性体領域８１Ｈ及び誘電体領域８１Ｅの配置が定在波の磁界成分ＳＷＨ及び電界成分ＳＷＥの三次元的な分布に近づいているため、より一様にスタートアップ排気浄化触媒２４を加熱することができる。

次に、定在波の高磁界領域及び高電界領域の筐体２３内での位置の調整について説明する。マイクロ波照射装置５０や筐体２３やスタートアップ排気浄化触媒２４は、定在波の高磁界領域及び高電界領域がそれぞれスタートアップ排気浄化触媒２４の磁性体領域及び誘電体領域に位置するように形成される。ただし、内燃機関の運転時間が長くなると、排気ガス中の水分や炭化水素（ＨＣ）により定在波の位置、すなわち高磁界領域及び高電界領域の位置がずれる場合が考えられる。そうなるとスタートアップ排気浄化触媒２４の磁性体領域及び誘電体領域が十分にマイクロ波を吸収できず、十分に発熱できなくなり、スタートアップ排気浄化触媒２４を十分に加熱できなくなるおそれがある。そこで、以下に示す方法により高磁界領域及び高電界領域の位置ずれを防止する。

図１７及び図１８は筐体内の定在波の状態を示す模式図である。以下では、定在波の電界成分ＳＷ（以下、単に定在波という）について説明するが、磁界成分についても同様である。図１７は高電界領域９２の位置が誘電体領域８１Ｅの位置と重なる、すなわち位置ずれの無い定在波ＳＷ１を示す。図１８は定在波ＳＷ１の位置からずれた定在波ＳＷ２、すなわち位置ずれのある定在波ＳＷ２の一例を示す。

図１７に示すように、位置ずれの無い定在波ＳＷ１では、マイクロ波発振器５１で計測される定在波の強度はＩＳＷ１である。一方、図１８に示すように、位置ずれのある定在波ＳＷ２では、マイクロ波発振器５１で計測される定在波の強度はＩＳＷ２である。図１８に示すように、定在波の位置が定在波ＳＷ１の位置からずれる位置ずれが起きると、定在波の強度ＩＳＷが変化量ΔＩＳＷ＝ＩＳＷ２−ＩＳＷ１だけ変化する。このとき、定在波ＳＷの位置ずれを修正する、すなわち定在波の強度ＩＳＷ２を強度ＩＳＷ１に戻すためには、例えばマイクロ波発振器５１から出力されるマイクロ波の周波数ωをΔωだけ変化させる方法が考えられる。そのような周波数ωの変化量Δωは、例えば、マイクロ波の周波数ωと定在波の強度の変化量ΔＩＳＷとの関数として図１９に示すマップの形で電子制御ユニット３０のＲＯＭ３２に格納されている。

図２０は上述した位置ずれを補正する制御を含むマイクロ波の照射の制御を実行するルーチンを示している。このルーチンは予め設定された設定時間ごとの割り込みによって実行される。図２０を参照すると、ステップ２００では温度センサ６１によりスタートアップ排気浄化触媒２４の温度ＴＳが計測される。ステップ２０１では温度ＴＳが予め設定された基準温度ＴＳｔｈ未満であるか否かが判別される。温度ＴＳが基準温度ＴＳｔｈ以上である場合、制御プロセスを終了する。マイクロ波の照射中であれば、マイクロ波の照射が停止される。これに対して、温度ＴＳが基準温度ＴＳｔｈ以下である場合、続くステップ２０２にてマイクロ波照射装置５０によりスタートアップ排気浄化触媒２４へマイクロ波が照射される、又は、マイクロ波の照射が継続される。続くステップ２０３ではマイクロ波発振器５１により定在波の強度ＩＳＷ２が計測される。続くステップ２０４では計測された定在波の強度ＩＳＷ２と、位置ずれの無い場合の定在波の強度ＩＳＷ１とから変化量ΔＩＳＷが算出される。続くステップ２０５では現在のマイクロ波の周波数ωと変化量ΔＩＳＷとから図１９のマップを参照して、変化量Δωが算出され、マイクロ波の周波数ωが（ω＋Δω）に変更される。

更に別の実施例では、マイクロ波の周波数ωをΔωだけ変化させる代わりに、変化量ΔＩＳＷ及びマイクロ波の周波数ωに基づいてマイクロ波の位相φをΔφだけ変化させる。そのような位相φの変化量Δφは、例えば、マイクロ波の周波数ωと定在波の強度の変化量ΔＩＳＷとの関数として図２１に示すてマップの形で電子制御ユニット３０のＲＯＭ３２に格納されている。

図示しない更に別の実施例では、上記変化量Δω及びΔφを同時に変化させる。そのような変化量（Δω、Δφ）は例えばマイクロ波の周波数ωと定在波の強度の変化量ΔＩＳＷとの関数としてマップ（図示せず）の形で電子制御ユニット３０のＲＯＭ３２に格納される。図示しない更に別の実施例では定在波の強度の代わりに反射波の強度を用いる。

また、図示しない更に別の実施例では、上記の定在波の高磁界領域及び高電界領域の筐体２３内での位置の調整方法を用いて、触媒層８２全体をより均一に加熱する。上記の図７に示すように、高磁界領域９１内でも磁界強度ＩＨに分布があるため磁性体領域８１Ｈは必ずしも一様に加熱されず、磁界強度ＩＨのピークのところで最も加熱される。そこで、本実施例では、位置ずれとは関係なく、マイクロ波発振器５１からのマイクロ波の周波数及び位相を変化させ、定在波の高磁界領域における磁界強度ＩＨのピークを長手方向中心線Ｃ１方向の前後に移動させる。それにより、触媒層８２の磁性体領域８１Ｈをピークの磁界強度を用いて長手方向中心線Ｃ１方向に一様に発熱させることができ、その結果、磁性体領域８１Ｈ上の触媒層８２を長手方向中心線Ｃ１方向に満遍無く加熱することができる。同様に、定在波の高電界領域における電界強度のピークを長手方向中心線Ｃ１方向の前後に移動させることにより、誘電体領域８１Ｅ上の触媒層８２を長手方向中心線Ｃ１方向に満遍無く加熱することができる。

また、図示しない更に別の実施例では、更に、上記の定在波の高磁界領域及び高電界領域の筐体２３内での位置の調整方法を用いて、触媒層８２全体をより均一に加熱する。まず、マイクロ波発振器５１からのマイクロ波の周波数及び位相を変化させ、定在波の高磁界領域及び高電界領域を長手方向中心線Ｃ１に沿ってスタートアップ排気浄化触媒２４上を移動させる。そして、マイクロ波発振器５１で定在波の強度ＩＳＷを計測して、定在波の強度ＩＳＷの変化の不連続箇所の有無を検出する。不連続箇所があるのは、磁性体領域８１Ｈや誘電体領域８１Ｅにおいて定在波の吸収量が不連続的に大きい箇所があるためと考えられる。したがって、不連続箇所がある場合、そのときの定在波の強度ＩＳＷから予測される定在波の波形から、その不連続箇所の原因となった磁性体領域８１Ｈでの吸収量が大きい箇所又は誘電体領域８１Ｅの吸収量が大きい箇所を推定する。例えば、定在波の波形の高磁界領域とある磁性体領域８１Ｈとが重なっていた場合、その磁性体領域８１Ｈが定在波の吸収量の大きい箇所と推定する。同様に、定在波の波形の高電界領域とある誘電体領域８１Ｅとが重なっていた場合、その誘電体領域８１Ｅが定在波の吸収量の大きい箇所と推定する。磁性体領域８１Ｈでの吸収量が大きい場合では、図３の磁性体の特性からその磁性体領域８１Ｈでの温度は低いと考えられる。したがって、その磁性体領域８１Ｈでの磁界強度が大きくなるように周波数Δω及び位相Δφを制御して定在波を動かす。また、誘電体領域８１Ｅでの吸収量が大きい場合では、図４の誘電体の特性からその誘電体領域８１Ｅでの温度は高いと考えられる。したがって、その誘電体領域８１Ｅを除いた領域での電界強度が大きくなるように周波数Δω及び位相Δφを制御して定在波を動かす。

次に、更に別の実施例について図２２を参照して説明する。

図２２に示す更に別の実施例は、図５に示す実施例と比較すると、マイクロ波照射装置が２個配置されている点が、図５に示す実施例と相違する。以下、主に相違点について説明する。

図２２に示す更に別の実施例では、排気管２１内におけるスタートアップ排気浄化装置２２の上流側にマイクロ波照射装置５０が配置されるだけでなく、排気管２１内におけるスタートアップ排気浄化装置２２の下流側にも別のマイクロ波照射装置５０ａが配置されている。

図２２に示すように、別のマイクロ波照射装置５０ａは、マイクロ波発振器５１ａで発生させた別のマイクロ波ＭＷ２（例示：別の周波数２．４５ＧＨｚ±Δ）を、伝送路５２ａを介してマイクロ波放射器５３ａからスタートアップ排気浄化装置２２へ向かって放射する。別のマイクロ波ＭＷ２は筐体２３の出口端２３ｏから筐体２３へ進入する。一方、マイクロ波照射装置５０のマイクロ波放射器５３からのマイクロ波ＭＷ１は筐体２３の入口端２３ｉから筐体２３へ進入する。そうすると、別のマイクロ波ＭＷ２及びその筐体２３内での反射波並びにマイクロ波ＭＷ１及びその筐体２３内での反射波とは筐体２３で重なり合って筐体２３内に定在波が形成される。

次に、図２２に示す更に別の実施例における定在波の高磁界領域及び高電界領域の筐体２３内での位置の調整について説明する。図１７及び図１８の場合と同様に、排気ガス中の水分などにより高電界領域及び高磁界領域の位置が正常な位置からずれた場合には、定在波の強度ＩＳＷの変化は、マイクロ波照射装置５０及び別のマイクロ波照射装置５０ａのうちの少なくとも一方で計測される。したがって、図１７及び図１８の場合と同様に、マイクロ波照射装置５０及び別のマイクロ波照射装置５０ａのうちの少なくとも一方で計測された定在波の強度ＩＳＷの変化量ΔＩＳＷに基づいて、マイクロ波照射装置５０及び別のマイクロ波照射装置５０ａのうちの少なくとも一方のマイクロ波の周波数ωを変えることで、定在波の強度ＩＳＷを正常な値に戻すことができる。あるいは、マイクロ波照射装置５０及び別のマイクロ波照射装置５０ａのうちの少なくとも一方のマイクロ波の位相φを変えることで、定在波の強度ＩＳＷを正常な値に戻すことができる。

上記の各実施例ではマイクロ波照射装置５０のマイクロ波放射器５３は排気管２１のスタートアップ排気浄化装置２２上流に配置され、磁性体領域８１Ｈと誘電体領域８１Ｅがスタートアップ排気浄化触媒２４に含有されている。図示しない別の実施例では、マイクロ波照射装置５０のマイクロ波放射器５３は排気管２１のスタートアップ排気浄化装置２２下流かつ主排気浄化装置２５上流に配置され、磁性体領域８１Ｈと誘電体領域８１Ｅが主排気浄化触媒２７に含有される。例えば、図３に示す場合と同様に、担体基材としてのパティキュレートフィルタ上又は内部に磁性体領域８１Ｈと誘電体領域８１Ｅが形成され、その上に触媒物質としてＮＯｘ吸蔵還元触媒が担持される。この場合にも、上記の各実施例の場合と同様の効果を主排気浄化装置２５において奏することができる。ただし、この場合には、筐体と排気浄化触媒とを備える主排気浄化装置２５と、排気浄化触媒に向けてマイクロ波を照射するマイクロ波照射装置５０とが内燃機関の排気浄化システムを構成していると見ることができる。

２１ 排気管
２３ 筐体
２４ スタートアップ排気浄化触媒
５０ マイクロ波照射装置

Claims (14)

1. 機関排気通路内に配置された筐体と、
   前記筐体内に配置され、排気ガスを浄化する排気浄化触媒と、
   前記機関排気通路内における前記排気浄化触媒の上流側又は下流側に配置され、前記排気浄化触媒に向けて所定周波数のマイクロ波を照射するマイクロ波照射装置と、
   を備え、
   前記排気浄化触媒は、
   担体基材と、
   前記担体基材上に配置され、前記排気ガスを浄化する触媒物質と、
   を備え、
   前記担体基材は、
   前記マイクロ波を吸収可能な磁性体を含む少なくとも一つの磁性体領域と、
   前記マイクロ波を吸収可能な誘電体を含む少なくとも一つの誘電体領域と、
   を有し、
   前記筐体内には、前記マイクロ波により、磁界強度が前記磁界強度の最大値の所定割合以上となる高磁界領域と、電界強度が前記電界強度の最大値の所定割合以上となる高電界領域とを有し、前記磁界強度が最大値を取る位置と前記電界強度が最大値を取る位置とが互いに異なる定在波が形成され、
   前記高磁界領域が前記磁性体領域に位置し、かつ、前記高電界領域が前記誘電体領域に位置している、
   内燃機関の排気浄化システム。
2. 前記担体基材は、前記筐体の入口端から出口端へ向かう方向が長手方向になるように形成されており、
   前記担体基材には、前記担体基材の長手方向中心線に沿って前記磁性体領域と前記誘電体領域とが並んで形成されている、
   請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
3. 前記担体基材には、前記長手方向の最上流側に前記磁性体領域が形成される、
   請求項２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
4. 前記担体基材には、前記磁性体領域及び前記誘電体領域が合わせて三か所以上設けられ、
   前記磁性体領域と前記誘電体領域とは前記長手方向に交互に形成される、
   請求項２又は３に記載の内燃機関の排気浄化システム。
5. 前記担体基材は、前記筐体の入口端から出口端へ向かう方向が長手方向になるように形成されており、
   前記担体基材には、前記担体基材の長手方向中心線に垂直な方向に前記磁性体領域と前記誘電体領域とが並んで形成されている、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
6. 前記磁性体領域と前記誘電体領域とは互いに隙間なく形成される、
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
7. 前記磁性体領域と前記誘電体領域とは互いに部分的に重なっている、
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
8. 前記磁性体領域と前記誘電体領域とは互いに重なっていない、
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
9. 前記磁性体と前記誘電体とは互いに異なる材料である、
   請求項１乃至８のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
10. 前記磁性体領域では前記磁性体が前記担体基材上に形成されており、
    前記磁性体上に前記触媒物質が配置されている、
    請求項１乃至９のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
11. 前記誘電体領域では前記誘電体が前記担体基材上に形成されており、
    前記誘電体上には前記触媒物質が配置されている、
    請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
12. 前記マイクロ波照射装置は、前記マイクロ波の周波数及び位相の少なくとも一方を変化させることで、前記高磁界領域の位置、及び、前記高電界領域の位置を変化させる、
    請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
13. 前記機関排気通路内における前記排気浄化触媒を挟んで前記マイクロ波照射装置と反対の側に配置され、前記排気浄化触媒に向けて別の所定周波数の別のマイクロ波を照射する別のマイクロ波照射装置を更に備え、
    前記マイクロ波及び前記別のマイクロ波により前記筐体内で前記定在波が形成される、
    請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
14. 前記マイクロ波照射装置及び前記別のマイクロ波照射装置の少なくとも一方は、前記マイクロ波及び前記別のマイクロ波の少なくとも一方の周波数及び位相の少なくとも一方を変化させることで、前記高磁界領域の位置、及び、前記高電界領域の位置を変化させる、
    請求項１３に記載の内燃機関の排気浄化システム。

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