JPH03210010A - ディーゼルエンジンの排気微粒子浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ＤＰＦ　（Ｄｉｅｓｅｌ　　Ｐａｒｔｉｃｕ
ｌａｔｅ　　Ｆｉｌｔｅｒ）をマグネトロン発振器で再
生するディーゼルエンジンの排気微粒子浄化装置に関す
るもし　ある。

〔従来の技術〕

低価格な軽油を使用するディーゼルエンジンは、ガソリ
ンエンジンと比較して燃費効率が優れているため、大型
自動車に限らず一般の普通自動車にも使用されるように
なっている。ところが、上記のディーゼルエンジンは、
排気ガス中に人体にとって有害な例えば未燃粒子である
ＳＯＦ　（Ｓ。

Ｉｂ１ｅ　　Ｏｒｇａｎｉｃ　　Ｆｒａｃｔｉｏｎ）や
カーボン粒子である５ＯＯＴからなる微粒子を含有して
いる。従って、上記の微粒子を除去する排気微粒子浄化
装置は、ディーゼルエンジンの性能を向上させる装置と
共に、環境を保全する低公害なエンジンを形成する上で
重要な要素となっている。

一般に、上記の排気微粒子浄化装置には、例えばセラミ
ックをハニカム構造に形成したＤＰＦであるフィルター
が用いられており、排気ガス中の微粒子は、このフィル
ターで捕集されることにより除去されるようになってい
る。ところが、上記のフィルターは、微粒子を捕集する
ことで目詰まりを生じることになる。従って、従来の排
気微粒子浄化装置は、例えばバーナーやヒータ等のフィ
ルター再生装置やエンジンの吸排気絞り等で微粒子を燃
焼させ、フィルターの目詰まりを解消するようになって
いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来のディーゼルエンジンの排気微
粒子浄化装置では、バーナーによるフィルター再生装置
の場合、フィルターに捕集された微粒子を確実に燃焼さ
せて目詰まりを解消することが可能になっているが、バ
ーナー等の構造が複雑化してコストの上昇を招来すると
共に、バーナーを着火する際の信頼性を充分に向上させ
ることが困難であるという問題を有している。

また、ヒータによるフィルター再生装置の場合には、上
記のバーナーの場合と比較して安価に構成することが可
能であるが、火炎がフィルターの半径方向に伝播しにく
く、微粒子を確実に燃焼させることが困難であるという
問題を有している。

また、吸排気絞りの場合には、微粒子を燃焼させること
かできる程度まで排気ガス温度を上昇させる必要がある
。従って、この場合には、ディーゼルエンジンを高速且
つ高負荷で運転させる必要が生じ、運転条件が非常に厳
しい制約を受けるという問題を有している。

このように、上記のフィルター再生装置や吸排気絞りに
よりフィルターを再生する従来の排気微粒子浄化装置は
、それぞれに問題を有しており、未だ商品化に至ってい
ない。

そこで、最近における排気微粒子浄化装置は、例えば特
開昭６１−１１４１４号公報に開示されているように、
上記のバーナーやヒータや吸排気絞りとは全く異なった
概念のマグネトロン発振器を用いたフィルター再生装置
で目詰まりの解消が図られている。

上記の排気微粒子浄化装置は、フィルター再生装置とし
て微粒子を選択的に加熱する高周波を出射するマグネト
ロン発振器と、マグネトロン発振器から出射された高周
波を反射する反射部材とが設けられた構成であり、マグ
ネトロン発振器から出射された高周波が反射部材で反射
されながら微粒子に照射されることで、微粒子のみを選
択的に効率良く加熱燃焼させるようになっている。

ところで、微粒子は、高い密度の高周波を照射すること
が確実に燃焼させる上で望ましい。また、フィルターに
捕集された微粒子は、通常、フィルターの吸入口側から
燃焼を開始し、この燃焼が排気口側へ順次移動して行く
ことで焼却されるようになっている。そこで、排気微粒
子浄化装置は、高周波をフィルターの吸入口側の全面に
均一な密度で照射させることが確実且つ均一にフィルタ
ーを再生させる必要条件になっている。

ところが、上記の排気微粒子浄化装置は、マグネトロン
発振器が固定されており、マグネトロン発振器とフィル
ターの吸入口側の端面との距離が不均一になっている。

従って、マグネトロン発振器から出射された高周波は、
フィルターの吸入口側に捕集された微粒子へ均一な密度
で照射されないことになり、特にマグネトロン発振器か
ら離れた部位の微粒子には、燃焼開始温度に到達するた
めに要する照射密度が不充分になることが多くなってい
る。そして、この不充分な照射密度は、フィルターの一
部分に未燃焼の微粒子を発生させる可能性を高くし、未
燃焼の微粒子が残留した場合には、フィルターの再生が
不充分になることから、再生後のフィルターを効率良（
使用することができないことになる。また、微粒子を完
全に焼却してフィルターを効率良く使用する場合には、
フィルターに対して高周波を余分に照射することが必要
となり、電力消費量の増大を招来することになる。

従って、本発明においては、フィルターの吸入口側の全
面に高周波を均一な密度で照射できるようにすることで
、未燃焼の微粒子の残留を防止することができると共に
、焼却に要する電力消費量を低減することができるディ
ーゼルエンジンの排気微粒子浄化装置を提供することを
目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るディーゼルエンジンの排気微粒子浄化装置
は、上記課題を解決するために、排気ガス中の微粒子を
捕集するフィルターと、上記微粒子を燃焼させる高周波
を排気ガスの吸入口側から出力するマグネトロン発振器
等の発振手段とを有しており、上記フィルターは、排気
ガスが流入する側の端面全面が発振手段から等距離とな
る湾曲形状に形成されていることを特徴としている。

〔作　用〕

上記の構成によれば、発振手段から出力される高周波は
、フィルターに捕集された微粒子を加熱して燃焼させる
ことが可能になっており、排気微粒子浄化装置の排気ガ
スの吸入口側からフィルターに照射されるようになって
いる。この際、フィルターは、排気ガスが流入する例の
端面全面が発振手段から等距離となる湾曲形状に形成さ
れている。

従って、上記のフィルターの端面全面には、発振手段か
らの高周波が均一な密度で照射されることになり、端面
付近の微粒子は、均一な加熱により全面で確実に燃焼す
ることになる。また、上記の燃焼は、端面全面で略同時
期に面状に発生することになり、この面状に発生した燃
焼は、排気ガスの流れと共にフィルター内を移動して排
気ガスが流出する側の端面で終了することになる。これ
により、フィルターに捕集された微粒子は、面状に発生
した燃焼がフィルター内を移動することで、未燃焼の微
粒子として残留することがない。そして、この未燃焼の
微粒子の残留の防止は、余分な高周波の出力を不要にす
ることで電力消費量を低減することを可能にしている。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図ないし第４図に基づいて説明
すれば、以下の通りである。

本実施例に係るディーゼルエンジンの排気微粒子浄化装
置１１は、第２図に示すように、ディーゼルエンジン１
の排気管２に接続されており、排気管２の開口部が排気
微粒子浄化装置１１の吸入口１１ａ側の略中央部に配設
されている。上記のディーゼルエンジン１は、例えば４
本のピストンおよびシリンダーからなる燃焼室３・・・
を有しており、これらの各燃焼室３・・・には、空気を
吸い込む開口部４ａを有する吸気マニホールド４が燃料
の吸入側に設けられている。そして、この吸気マニホー
ルド４には、開口部４ａから吸入された空気を濾過する
エアクリーナ５と、このエアクリーナ５で濾過された空
気の吸入量を調整するスロットル６と、高周波を反射す
る例えば金網等の反射部材２２とがこの順に設けられて
いる。尚、この反射部材２２は、排気微粒子浄化装置１
１の吸入口１１ａに設けられていても良い。

また、ディーゼルエンジン１には、燃焼室３・・・で生
じた駆動力を伝達する駆動軸７が設けられており、この
駆動軸７は、例えば■ベルト等の伝達部材８を介して燃
料を高圧にして燃焼室３・・・へ送出する燃料噴射ポン
プ９および空気を強制的に排気微粒子浄化装置１１へ送
出するエアポンプ１０に接続されている。

上記のエアポンプ１０は、後述の制御手段（ＣＰＵ）１
３で制御される電磁クラッチ１２を有しており、この電
磁クラッチ１２は、上記の伝達部材８とエアポンプ１０
との接続を任意に解除することで、エアポンプ１０の駆
動を制御するようになっている。また、このエアポンプ
１０には、空気を排気微粒子浄化装置１１へ導出するエ
ア配管１４が設けられており、このエア配管１４の開口
部は、排気微粒子浄化装置１１の吸入口１１ａ側の略中
央部に排気管２と共に配設されている。さらに、この排
気微粒子浄化装置１１の排出口１１ｂ側には、上述の反
射部材２２と同様の反射部材２３が設けられていると共
に、排気音を低減させるサイレンサ２４が設けられてい
る。

また、排気微粒子浄化装置１１には、ＳＯＦや５ＯＯＴ
からなる微粒子を燃焼させるフィルター再生装置として
の発振手段が吸入口１１ａ側に設けられている。この発
振手段は、高周波を出力するマグネトロン発振器１５と
、高周波を排気微粒子浄化装置ｌｌ内に導出する導波管
１６とからなっており、高周波を後述のフィルター１７
に斜め方向から照射するようになっている。

上記の高周波は、誘導加熱用周波数として６種類設定さ
れており、１３．５６Ｍｃ±０．０５％、２７．１２Ｍ
ｃ±０．６％、４０．６８Ｍｃ±０．０５％、９１５Ｍ
ｃ＋０．０５％、２．４５０Ｍｃ±５０Ｍｃ、および５
．８５０Ｍｃ±７５Ｍｃがある。これらの誘導加熱用周
波数のうち、上記のマグネトロン発振器１５は、２．４
５０Ｍｃ±５０Ｍｃの誘導加熱用周波数である高周波を
出力するようになっている。これにより、マグネトロン
発振器１５から出射された高周波は、金属で形成された
排気微粒子浄化装置１１の外壁や反射部材２２・２３に
反射し、且つセラミックで形成されたフィルター１７を
透過するようになっている。

上記の高周波を出力するマグネトロン発振器Ｉ５には、
例えばレッヘル線共振式４分割陽極マグネトロンや空洞
共振式８分割マグネトロン等の多分割マグネトロンが用
いられており、陰極と陽極との間に適当な長さのレッヘ
ル線を配設することで振動回路が形成されている。そし
て、このマグネトロン発振器１５は、制御手段１３でレ
ッヘル線を移動することで出力等が調整され、また、陽
極の電圧で波長が２，４５０Ｍｃ±５０Ｍｃの範囲内で
調整されるようになっている。

また、排気微粒子浄化装置１１には、第１図に示すよう
に、上記の高周波が照射されるＤＰＦであるフィルター
１７が設けられている。このフィルター１７は、表面か
ら裏面にかけて連通した微細孔を有するセラミック等が
ハニカム構造で形成されたＷａｌｌ　　Ｆｌｏｗ型のも
のであり、ディーゼルエンジン１からの排気ガス中に含
有される未燃粒子であるＳＯＦやカーボン粒子である５
ＯＯＴからなる微粒子を捕集するようになっている。尚
、上記のフィルター１７は、セラミックフオーム型であ
っても良い。

上記のフィルター１７は、排気ガスの流入する側となる
端面１７ａが湾曲形状に形成されており、全面がマグネ
トロン発振器１５に対して同一の距離になるように設定
されている。これにより、端面１７ａには、マグネトロ
ン発振器１５からの高周波が均一な密度で照射されるよ
うになっている。尚、端面１７ａは、マグネトロン発振
器１５に近い距離であることが、より高密度に照射され
る上で望ましい。

また、排気微粒子浄化装置１１の吸入口１１ａ側には、
第２図に示すように、吸入口１１ａ側の圧力を検出する
排圧センサ１８と、酸素濃度を検出する０２センサ１９
とが設けられており、これらの排圧センサ１８およびＯ
ｔセンサ１９は、制御手段１３に接続されている。さら
に、この制御手段１３には、上記の排圧センサ１８およ
び０□センサ１９と同様の排圧センサ２０および０２セ
ンサ２１が接続されており、これらの排圧センサ２０お
よび０□センサ２１は、排気微粒子浄化装置１１の排出
口１１ｂ側に設けられている。これにより、制御手段１
３は、排気微粒子浄化装置１１の吸入口１１ａ側と排出
口１１ｂ側との排圧および酸素濃度が入力されることで
、微粒子の燃焼状態やフィルター１７の目詰まり状態を
認識するようになっている。また、制御手段１３には、
上記の排圧および酸素濃度に加えて、ディーゼルエンジ
ンｌの回転数、負荷、吸気温、水温、および油温か運転
データとして入力されるようになっている。

上記の構成において、排気微粒子浄化装置１１のフィル
ター１７を再生させる動作について以下に説明する。

先ず、第２図に示すように、制御手段１３に排気ガス温
度、回転数、負荷、油温、水温、吸気温、および排圧が
運転条件として入力され、例えば上記の排圧を基にして
フィルター１７の再生を要するか否かが判定される。そ
して、再生を要すると判定した場合には、マグネトロン
発振器１５から高周波が出力されることになる。

上記の高周波が照射されるフィルター１７には、微粒子
が上部から下部にかけて、且つ吸入口１１ａ側から排出
口１１ｂ側にかけて捕集されており、高周波は、第１図
に示すように、湾曲形状を有した端面１７ａの全面に等
しい照射密度で照射されることになる。従って、フィル
ター１７の端面１７ａ付近に捕集された微粒子は、全面
で均一に加熱されることになり、燃焼が略同時期に開始
されることになる。そして、この端面１７ａの全面で面
状に生じた微粒子の燃焼は、排気ガスの流れと共にフィ
ルター１７内を他方側の端面１７ｂに向けて移動するこ
とになる。

上記の燃焼が行われている間、第２図に示す制御手段１
３は、排気微粒子浄化装置１１の吸入口１１ａ側および
排出口１１ｂ側に設けられた両０□センサ１９・２１で
検出された酸素濃度を監視している。そして、吸入口１
１ａ側の酸素濃度が一定値以下の場合には、エアポンプ
１０が駆動されて排気微粒子浄化装置１１内に空気が送
出され、この空気が微粒子の燃焼に利用されることにな
る。

一方、排出口１１ｂ側の微粒子が燃焼して焼却が完了し
た場合には、吸入口ＩＬａ側および排出口１１ｂ側の両
酸素濃度が等しくなり、これらの酸素濃度が入力された
制御手段１３は、微粒子の焼却が完了したとして、マグ
ネトロン発振器１５およびエアポンプ１０の作動を停止
する。これにより、排気微粒子浄化装置１１は、フィル
ター１７の再生が完了することになる。

このように、本実施例の排気微粒子浄化装置は、第１図
に示すように、端面１’７ａの全面がマグネトロン発振
器１５に対して等距離にあるため、端面１７ａ付近の微
粒子が均一な照射密度で加熱されることになり、微粒子
を面状に燃焼させることが可能になっている。従って、
排気微粒子浄化袋Ｗ１１は、面状の燃焼がフィルター１
７内を移動することで未燃焼の微粒子の残留を防止でき
ることより、フィルターを確実且つ均一に再生すること
が可能になり、再生後のフィルターを効率良く使用する
ことが可能になっている。また、未燃焼の微粒子の残留
の防止は、余分な高周波の照射を不要にし、ひいては電
力消費量の低減を可能にすることになる。

尚、本実施例における排気微粒子浄化装置１１は、排気
管２が排気微粒子浄化装置１１の吸入口１１ａ側の中央
部に配設され、マグネトロン発振器１５からの高周波が
フィルター１７に対して斜め方向から照射されるように
なっているが、これに限定されることはない。

即ち、排気微粒子浄化装置１１は、第３図に示すように
、マグネトロン発振器１５が排気微粒子浄化装置１１の
吸入口１１ａ側の中央部に配設され、フィルター１７の
端面１’７ａが中央部のマグネトロン発振器１５に対し
て等距離となるように湾曲形状に形成され、排気管２か
らの排気ガスがフィルター１７に対して斜め方向から照
射されるように°なっていても良い。これにより、排気
微粒子浄化袋２１１は、フィルターの吸入口側の全面に
高周波を均一な密度で照射できることで、未燃焼の微粒
子の残留を防止することができると共に、焼却に要する
電力消費量を低減することが可能になる。また、この場
合には、第４図に示すように、排気管２が排気微粒子浄
化装置１１の外周側に接続されることで、排気ガスが矢
視するように渦巻き状に流動することになり、微粒子を
フィルタ−１７全体に一層均一に捕集することが可能に
なる。

〔発明の効果〕

本発明に係るディーゼルエンジンの排気微粒子浄化装置
は、以上のように、排気ガス中の微粒子を捕集するフィ
ルターと、上記微粒子を燃焼させる高周波を排気ガスの
吸入口側から出力する発振手段とを有しており、上記フ
ィルターは、排気ガスが流入する側の端面全面が発振手
段から等距離となる湾曲形状に形成されている構成であ
る。

これにより、フィルターの排気ガスが流入する側の端面
全面が発振手段から等距離となる湾曲形状に形成されて
いるため、発振手段からの高周波が均一な密度で端面全
面に照射されることになり、この端面付近の微粒子が均
一に加熱されて略同時期に燃焼を開始し、この燃焼がフ
ィルター内を移動することで、未燃焼の微粒子の残留を
防止することが可能になる。そして、この未燃焼の微粒
子の残留を防止することで、余分な高周波の出力が不要
になり焼却に要する電力消費量を低減することが可能に
なるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は、本発明の一実施例を示すもので
ある。 第１図は、湾曲形状に形成された端面を有するフィルタ
ーに高周波が照射される状態を示す説明図である。 第２図は、ディーゼルエンジンの排気微粒子浄化装置の
概略構成図である。 第３図は、湾曲形状に形成された端面を有するフィルタ
ーに高周波が照射される状態を示す説明図である。 第４図は、排気ガスの流動状態を示す説明図である。 ｌはディーゼルエンジン、２は排気管、３は燃焼室、４
は吸気マニホールド、１０はエアポンプ１１は排気微粒
子浄化装置、１３は制御手段、１４はエア配管、１５は
マグネトロン発振器（発振手段）、１６は導波管（発振
手段）、１７はフィルター　１７ａ−１７ｂは端面、１
Ｂ・２０は排圧センサ、１９・２１はＯｘセンサ、２２
・２３は反射部材である。 第 図 丁／ａ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、排気ガス中の微粒子を捕集するフィルターと、上記
   微粒子を燃焼させる高周波を排気ガスの吸入口側から出
   力する発振手段とを有しており、上記フィルターは、排
   気ガスが流入する側の端面全面が発振手段から等距離と
   なる湾曲形状に形成されていることを特徴とするディー
   ゼルエンジンの排気微粒子浄化装置。