JPH03210016A - 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、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＜
＜、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、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。

ところが、上記の排気微粒子浄化装置では、高温の排気
ガスがマグネトロン発振器に接触するため、マグネトロ
ン発振器に熱劣化を生じさせ易い。さらに、排気ガスと
マグネトロン発振器との接触は、排気ガス中に含まれる
微粒子をマグネトロン発振器に堆積させることになり、
この堆積物の燃焼は、上記の排気ガスの温度に加えてマ
グネトロン発振器を加熱することで熱劣化を一層促進さ
せることになる。また、堆積物となる微粒子は、高周波
で加熱されて燃焼するＳＯＦや５ＯＯＴのみならず、燃
料中に含有された硫黄成分による硫酸化合物や可動部分
からの金属摩耗粉等の高周波で加熱されない不燃粒子も
有しており、これらの不燃粒子は、燃焼せずにマグネト
ロン発振器に堆積していくことになる。そして、この不
燃粒子の堆積物は、マグネトロン発振器の高周波の照射
能力を低下させる要因になる。

そこで、例えば実開昭６ｉ−１４７０９号公報や特開昭
６３−９６１１号公報等には、マグネトロン発振器をセ
ラミック板で遮蔽することで、高温の排気ガスとマグネ
トロン発振器との接触が防止されたものが開示されてい
る。これにより、マグネトロン発振器は、排気ガスとの
接触および堆積物の燃焼による熱劣化が防止されるよう
になっている。ところが、堆積物中の不燃粒子は、高周
波で燃焼させることができないため、セラミック板に堆
積することになり、このセラミック板への堆積は、マグ
ネトロン発振器に堆積した場合と同様に高周波の照射能
力の低下を招来することになる。

従って、本発明においては、マグネトロン発振器の熱劣
化を防止すると共に、不燃粒子等の堆積による高周波の
照射能力の低下を防止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、上記発振手段には、外部
の空気を高周波の出力側に導入する例えばエアポンプに
接続された冷却筒部材等の２次空気供給手段が設けられ
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、発振手段には、外部の空気を高周波の出
力側に導入する２次空気供給手段が設けられている。こ
の２次空気供給手段から導入された空気は、排気微粒子
浄化装置内の酸素濃度を増大させ、フィルターに捕集さ
れた微粒子の燃焼を促進させることになると共に、発振
手段の出力側においてエアーカーテンとして働くことに
なる。

上記のエアーカーテンは、発振手段と排気ガスとの接触
を防止することになる。そして、この接触の防止は、排
気ガスによる発振手段への加熱を防止すると共に、発振
手段への微粒子の堆積を防止することになる。これによ
り、発振手段は、堆積物の燃焼による加熱も防止される
ことになり、上記の排気ガスによる加熱の防止と共に、
熱劣化が抑制されることになる。さらに、微粒子の堆積
の防止は、例えば硫酸化合物や金属摩耗粉等の不燃粒子
の堆積も防止することになり、高周波の照射能力の低下
を防止することになる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図ないし第６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ｌ〜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
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、酸素濃度が大きな外部の空気を２次空気とし
て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、マグネト
ロン発振器１５の周囲に配設された２次空気供給手段で
ある冷却筒部材３２に接続されている。

上記の冷却筒部材３２は、第２図に示すように、マグネ
トロン発振器１５に当接する内周壁３２ｂと、この内周
壁３２ｂの外周方向に配設された外周壁３２ｃとからな
っており、これらの内周壁３２ｂと外周壁３２ｃとの間
には、空間部３２ａが形成されている。そして、この空
間部３２ａは、エア配管１４の中空部に連通されること
で、第１図のエアポンプ１０から送出された空気を流通
させるようになっている。また、冷却筒部材３２には、
第３図に示すように、マグネトロン発振器１５からの高
周波を排気微粒子浄化装置１１内に導出する導波管とな
る開口部３２ｄが形成されており、この開口部３２ｄの
周囲には、空間部３２ａを流通する空気を排気微粒子浄
化装置１１内に吹き出して導入する複数の吹出口３２ｅ
・・・が内周壁３２ｂに形成されている。これにより、
吹出口３２ｅ・・・から吹き出された空気は、開口部３
２ｄにおいてエアーカーテンとして排気ガスを遮断する
ようになっている。

また、第１図に示すように、上記の冷却筒部材３２が配
設された排気微粒子浄化装置１１の吸入口１１ａ側には
、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設けられている一方、
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。

上記の発振手段は、第２図に示すように、高周波を出力
するマグネトロン発振器１５からなっており、高周波を
後述のフィルター１７に斜のＪｆｈから照射するように
なっている。この高周波は、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％、２
７．１２Ｍｃ±０．６％、４０．６８Ｍｃ±０．０５％
、９１５Ｍｃ±０．０５％、２．４５０Ｍｃ±５ＱＭｃ
、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、２，４５０Ｍｃ±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２
２・２３に反射し、且つセラミ・ツ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。

また、排気微粒子浄化装置１１には、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・ツク等がハニカム構造で形成
されたＷａｌｌ　　ＦＩＯＷ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５ＯＯＴ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には、微粒子の燃焼開始温度を低
下させる触媒層１７ｃが形成されている、この触媒層１
７ｃは、例えば白金（ＰＬ）−パラジウム（Ｐｄ）系の
触媒からなっており、さらに、この触媒には、ニッケル
オキサイド、カッパーオキサイド、或いは酸化バナジウ
ム等の卑金属が含有されていても良い。また、触媒層１
７ｃは、マグネトロン発振器１５とフィルター１７の端
面１７ａとの距離が所定距離より大きくなった位置に形
成されており、この位置でフィルター１７の両端面１７
ａ・１７ｂにかけて境界面１７ｄが略水平に形成されて
いる。尚、触媒層１７ｃは、フィルター１７を例えば触
媒が収容された容器等に上記の所定位置まで水平にした
状態で浸けることで形成されるようになっている。

また、排気微粒子浄化装置１１の吸入口１１ａ側には、
第１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０□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０
□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２】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１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と共に、エアポンプ
１０が作動される。作動されたエアポンプ１０は、第２
図に示すように、外部の空気をエア配管１４を介して冷
却筒部材３２へ送出し、冷却筒部材３２へ到達した空気
は、空間部３２ａで乱流状態で流動することになる。こ
れにより、空間部３２ａを形成する内周壁３２ｂは、上
記の空気により強制的に冷却されることになり、ひいて
は内周壁３２ｂを介してマグネトロン発振器１５を冷却
することになる。

また、上記の空気は、第３図に示すように、吹出口３２
ｅ・・・から排気微粒子浄化装置ｌｌ内へ排出される。

この際、排出された空気は、矢視方向に流動して開口部
３２ｄでエアーカーテンとして働き、排気ガスとマグネ
トロン発振器１５との接触を防止することになる。さら
に、この空気は、第２図に示すように、フィルター１７
方向へ流動し、排気ガスと共にフィルター１７を通過し
てフィルター１７内の酸素濃度を増大させ、微粒子の燃
焼を促進させることになる。

上記の燃焼が行われている間、第１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、排出口１
１ｂ側の微粒子が燃焼して焼却が完了した場合には、吸
入口１１ａ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、エアポ
ンプ１０からの空気をマグネトロン発振器１５の冷却、
マグネトロン発振器１５と排気ガスとの接触の防止、お
よび微粒子の燃焼用として利用できるようになっている
。これにより、マグネトロン発振器１５は、強制的な冷
却と共に排気ガスとの接触による加熱が防止されること
で、熱劣化が防止されるようになっている。また、マグ
ネトロン発振器１５と排気ガスとの接触の防止は、排気
ガス中に含有される微粒子がマグネトロン発振器１５に
堆積することを防止することにもなり、ひいては堆積し
た微粒子の燃焼によるマグネトロン発振器１５への加熱
の防止や堆積物中の例えば硫酸化合物や金属摩耗粉等の
不燃粒子による高周波の照射効率の低下を防止すること
も可能にしている。

尚、本実施例においては、エアポンプ１０がマグネトロ
ン発振器１５を出力するときに作動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、エアポン
プ１０は、微粒子の燃焼に要する酸素濃度が低下した場
合や排気ガスが高温となりマグネトロン発振器１５が所
定温度以上に加熱された場合等の条件付きで作動される
ようになっていても良いし、或いはディーゼルエンジン
１が運転中であれば無条件に常時作動されるようになっ
ていても良い。そして、条件付きで作動された場合には
、ディーゼルエンジン１の出力を有効に使用することが
可能になり、また、無条件で常時作動された場合には、
空気がマグネトロン発振器１５のエアカーテンとして常
時働くことになり、微粒子のマグネトロン発振器１５へ
の堆積を一層防止することが可能になる。

また、冷却筒部材３２の開口部３２ｄには、第４図に示
すように、開口部３２ｄの形状に略一致し、Ａ方向およ
びＢ方向に回動可能なシャッター弁３３が設けられてい
ても良い。これにより、マグネトロン発振器１５の停止
中は、シャッター弁３３を六方向に回動させることで、
第１図のエアポンプ１０を作動させることなくマグネト
ロン発振器１５と排気ガスとの接触を充分に防止するこ
とが可能になる。これにより、エアポンプ１０の作動は
、マグネトロン発振器１５を作動するときにシャッター
弁３３をＢ方向に回動した場合にのみ限定されることに
なり、この限定は、ディーゼルエンジン１の出力を有効
に使用することを可能にする。また、マグネトロン発振
器１５の作動中にシャッター弁３３をＡ方向およびＢ方
向に回動させて高周波の進行方向を変更させた場合には
、微粒子を一層確実且つ均一に燃焼させることが可能に
なる。

さらに、本実施例の２次空気供給手段は、第５図および
第６図に示すように、壁面に複数の吹出口３４ｅ・・・
が形成され、高周波を排気微粒子浄化装置１１内へ導出
する導波管３４と、この導波管３４の吹出口３４ｅ・・
・の周囲に配設された外周部材３５とからなっていても
良い。この場合には、第１図のエアポンプ１０から送出
された空気が導波管３４と外周部材３５とで形成された
空間部を経て、吹出口３４ｅ・・・から排気微粒子浄化
装置１１内に排出されることになり、排出された空気が
矢視方向に進行することでエアーカーテンとして働くこ
とになると共に微粒子の燃焼用に利用されることになる
。そして、上記のエアーカーテンで排気ガスとの接触が
防止されたマグネトロン発振器１５は、排気ガスとの接
触および堆積物の燃焼による加熱で生じる熱劣化を防止
することが可能になる。また、導波管３４の内周側には
、第４図のシャッター弁３３と同様のシャッター弁が設
けられていても艮（、この場合には、ディーゼルエンジ
ン１の出力を効率良く使用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、上記発
振手段には、外部の空気を高周波の出力側に導入する２
次空気供給手段が設けられている構成である。

これにより、２次空気供給手段で高周波の出力側に導入
された空気が発振手段の出力側においてエアーカーテン
として働くことで、発振手段と排気ガスとの接触を防止
することが可能になり、ひいては排気ガスや堆積した微
粒子の燃焼による発振手段の熱劣化が防止可能になる。

さらに、上記の微粒子の堆積の防止が例えば不燃粒子の
堆積も防止することになり、高周波の照射効率の低下を
防止することが可能になる。また、上記の空気が排気微
粒子浄化装置内の酸素濃度を増大させることになるため
、フィルターに捕集された微粒子の燃焼を促進させるこ
とが可能になるという効果も奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６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、２次空気供給手段から空気が排出される状態
を示す説明図である。 第３図は、第２図における２次空気供給手段の一部を拡
大して空気が排出される状態を示す説明図である。 第４図は、シャッター弁を有した２次空気供給手段の一
部を拡大して空気が排出される状態を示す説明図である
。 第５図は、本発明の他の実施例を示すものであり、２次
空気供給手段から空気が排出される状態を示す説明図で
ある。 第６図は、第５図における２次空気供給手段の一部を拡
大して空気が排出される状態を示す説明図である。 １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）、１７はフィルター　
１８・２０は排圧センサ、１９・２１は０２センサ、２
２・２３は反射部材、３２は冷却筒部材（２次空気供給
手段）、３２ｅは吹出口、３３はシャッター弁、３４は
導波管（２次空気供給手段）である。

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、上記発振手段には、外
   部の空気を高周波の出力側に導入する２次空気供給手段
   が設けら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。