JPH03210012A - 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　　’Ｐａｒｔｉｃ
ｕｌａｔｅ　　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
するものである。

〔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一１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。

１ｂｌｅ　　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顛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
が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、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。

即ち、上記のフィルター再生装置は、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
材とからなる構成であり、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、上記のマグネトロン発振器は、電気的に駆動
されるものであり、電源には、自動車に搭載されたバッ
テリーが用いられる。この際、上記のバッテリーは、自
動車に搭載されるため、電力量が制限されている場合が
多い。従って、上記のマグネトロン発振器による微粒子
の加熱燃焼はより少ない電力消費量で完了できることが
望ましい。

そこで、例えば特開昭６１−１１４１４号公報には、マ
グネトロン発振器の出力をフィルターに捕集された微粒
子の付着量に応じて調整することでフィルターを再生す
る排気微粒子浄化装置が開示されている。ところが、上
記の微粒子は、燃焼を開始する温度である燃焼開始温度
が略一定である。従って、排気ガスの温度が燃焼開始温
度に近い場合には、マグネトロン発振器の出力が僅かで
あっても、充分に燃焼させることが可能であり、また、
触媒等で微粒子の燃焼開始温度が低下され、且つ排気ガ
スの温度が充分に高い場合には、マグネトロン発振器の
作動が不要になる。

このように、微粒子は、排気ガスの温度等の雰囲気で燃
焼に要する高周波の照射量が変動するものであり、捕集
された微粒子の付着量のみで出力を調整した場合には、
充分に電力消費量を低減させることが望めない。

従って、本発明においては、排気ガスの温度に応じてマ
グネトロン発振器を微粒子の燃焼にとり必要最小限な出
力に設定し、微粒子の焼却を一層少ない電力消費量で完
了させ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てフィル
ターを再生させるフィルタ−再生装置とを有したディー
ゼルエンジンの排気微粒子浄化装置において、 上記フィルター再生装置は、フィルターに流入する排気
ガス温度を検出する例えば熱電対で形成された温度セン
サ等の温度検出手段と、この温度検出手段で検出された
排気ガス温度に基づいた微粒子の燃焼に必要最小限な出
力で高周波を出力するマグネトロン発振器等の発振手段
とを有していることを特徴としている。

〔作　用〕

上記の構成によれば、フィルター再生装置は、高周波を
出力する発振手段を有しており、この発振手段から出力
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いる。一方、フィル
ターに捕集された微粒子は、排気ガス温度によって燃焼
開始温度に近い温度にまで加熱されていたり、或いは燃
焼開始温度以上に加熱されている。

従って、発振手段は、上記の排気ガス温度を温度検出手
段で検出し、この排気ガス温度に基づいた微粒子の燃焼
に必要最小限な出力で高周波を出力することにより、少
ない消費電力で効率良く微粒子を燃焼させることが可能
になる。そして、この効率の良い消費電力による燃焼は
、微粒子の焼却を一層少ない電力消費量で完了させるこ
とを可能にする。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図および第２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１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、後述
の排気微粒子浄化装置１１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
央部に配設されている。さらに、この排気微粒子浄化装
置１１１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。

上記の排気微粒子浄化装置１１には、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３００Ｔ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。

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側に設けられており、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、１２　
Ｍ　ｃ　ｔｏ、　６％、４０．６８Ｍｃ±０．０５％、
９１５Ｍｃ±０．０５％、２．４５０Ｍｃ±５０Ｍｃ、
および５．８５０Ｍｃ±７５Ｍｃがある。そして、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、２．４５０Ｍｃ±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１５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。

上記のマグネトロン発振器１５と同一側には、排気微粒
子浄化装置１１内の吸入口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０２
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
０２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０２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１３
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人力されることで、
微粒子の燃焼状態やフィルター１７の目詰まり状態を認
亀するようになっている。

また、上記の制御手段１３には、温度検出手段である例
えば熱電対で形成された温度センサ２５が接続されてお
り、この温度センサ２５は、排気微粒子浄化装置１１の
吸入口１１ａ側の排気管２に設けられている。これによ
り、制御手段１３には、排気微粒子浄化装置ｌｌ内に送
出される排気ガスの温度が温度センサ２５を介して入力
されるようになっている。さらに、制御手段１３には、
上記の排気ガス温度、排圧および酸素濃度に加えて、デ
ィーゼルエンジン１の回転数、負荷、吸気温、水温、お
よび油温が運転データとして入力されるようになってい
る。

上記の運転データは、制御手段１３のメモリに一時的に
記憶されるようになっており、このメモリには、第２図
に示すマグネトロン発振器１５の出力と排気ガス温度と
の関係から得られる演算データや計算式が記憶されてい
ると共に、上記の演算データや運転データに基づいてデ
ィーゼルエンジン１やマグネトロン発振器１５を制御す
るプロダラムが例えばサブルーチンとして記憶されてい
る。

上記のマグネトロン発振器１５を制御するプログラムは
、温度センサ２５から得られる排気ガス温度に基づいて
、燃焼開始温度となる微粒子への加熱が必要最小限とな
るマグネトロン発振器１５の出力値を算出するようにな
っており、この出力値の算出は、上記の演算データや計
算式に排気ガス温度を代入することで行われるようにな
っている。これにより、マグネトロン発振器１５の出力
は、第２図に示すように、排気ガス温度が微粒子の燃焼
開始温度となる例えば６５０　”Ｃ以上の場合に停止さ
れ、排気ガス温度が６５０℃から低下するのに伴って増
加され、排気ガス温度が最低となるアイドリング時の例
えば１００℃で最大に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１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　（ＤＰＦ）の再生時か否かが判定され
る。そして、再生時の場合には、排気ガス温度と、メモ
リに記憶された第２図に示すマグネトロン発振器１５の
出力およびと排気ガス温度の関係から得られる例えば演
算データとで、マグネトロン発振器１５の出力値が算出
される。

この際、排気ガス温度が微粒子の燃焼開始温度である例
えば６５０°Ｃよりも高い場合には、出力値が０とされ
、マグネトロン発振器１５が作動されないことになる。

一方、排気ガス温度が微粒子の燃焼開始温度よりも低い
場合には、出力値が微粒子を燃焼させるのに必要最小限
な値にされる。

そして、上記の出力値が算出されると、マグネトロン発
振器１５の発振が開始され、微粒子の焼却が行われる。

次いで、この焼却が行われている間、制御手段１３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・２０で検出さ
れた酸素濃度を監視している。そして、吸入口１１ａ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。ま
た、吸入口１１ａ側および排出口１１ｂ側の両酸素濃度
が等しくなった場合には、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
動が停止される。

このように、本実施例の排気微粒子浄化装置は、温度セ
ンサ２５で得られる排気ガス温度と、マグネトロン発振
器１５の出力および排気ガス温度の関係から得られる演
算データや計算式とで、マグネトロン発振器１５の出力
値を微粒子の燃焼に必要最小限な値に算出するようにな
っている。従って、マグネトロン発振器１５は、少ない
消費電力で効率良く微粒子を燃焼させることが可能にな
り、結果として微粒子の焼却を一層少ない電力消費量で
完了させることが可能になっている。

また、排気微粒子浄化装置１１は、酸素濃度が低下して
いる場合、エアポンプ１０で微粒子に空気を供給するこ
とが可能になっており、この空気の供給は、微粒子の燃
焼を短時間で完了させることを可能にしている。

尚、本実施例においては、微粒子の燃焼開始温度が６５
０°Ｃになっており、この６５０°Ｃがマグネトロン発
振器１５を停止する温度になっているが、これに限定さ
れることはない。即ち、フィルター１７に触媒等を付与
して微粒子の燃焼開始温度を低下させた場合には、この
低下した燃焼開始温度をマグネトロン発振器１５の停止
する温度に設定することが望ましい。

〔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、フィルター再生装置がフィルターに
流入する排気ガス温度を検出する温度検出手段と、この
温度検出手段で検出された排気ガス温度に基づいた微粒
子の燃焼に必要最小限な出力で高周波を出力する発振手
段を有している構成である。

これにより、フィルターに捕集された微粒子が排気ガス
温度によって燃焼開始温度に近い温度にまで加熱されて
いたり、或いは燃焼開始温度以上に加熱されていること
から、温度検出手段で検出された排気ガス温度に基づい
た微粒子の燃焼に必要最小限な出力で高周波を出力する
ことにより、少ない消費電力で効率良く微粒子を燃焼さ
せることが可能になり、結果として微粒子の焼却を一層
少ない電力消費量で完了させ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図および第２図は、本発明の一実施例を示すもので
ある。 第１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２図は、マグネトロン発振器の出力と排気ガス温度と
の関係を示すグラフである。 ■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　１８・２０は排圧センサ、
１９・２１は０２センサ、２２・２３は反射部材、２５
は温度センサ（ｍ度検出手段）である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、排気ガス中の微粒子を捕集するフィルターと、上記
   微粒子を燃焼させてフィルターを再生させるフィルター
   再生装置とを有したディーゼルエンジンの排気微粒子浄
   化装置において、 上記フィルター再生装置は、フィルターに流入する排気
   ガス温度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段
   で検出された排気ガス温度に基づいた微粒子の燃焼に必
   要最小限な出力で高周波を出力する発振手段とを有して
   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。