JPH04136409A - 内燃機関用フィルタ再生装置 - 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 本発明は内燃機関の排気ガス中の炭素を含む微粒子（パ
ティキュレート）を除去するための内燃機関用フィルタ
再生装置に関するものである。

従来の技術 従来より内燃機関（特にディーゼルエンジン）の排気ガ
ス中のパティキュレートを捕集するためのフィルタおよ
びフィルタに蓄積したパティキュレートを除去再生する
装置に関しては、環境保全のため年々厳しくなる排気ガ
スの規制にしたがい、種々検討が行われている。

再生装置の熱源についても石油バーナ、電気ヒータ等に
加えてパティキュレートに直接作用し効率のよいマイク
ロ波を用いるという考案もなされている。

またこれら再生装置の駆動開始ならびに終了のタイミン
グを決定する手段もフィルタ上下流の圧力損失によるも
のやエンジンの運転時間によるもの等が考案されている
。

以下、第５図とともに従来例（特開昭６１−１１４１６
号公報）について説明する。

同図においてエンジン１には排気管２が接続されており
、この排気管２の通路の途中にはパティキュレートを捕
集するためのフィルタ３が設けられている。このフィル
タ３はフィルタ収納器４で固定支持されている。マイク
ロ波を発生するためのマグネトロン５はマイクロ波供給
路７を介してフィルタ収納器４と電波的および機械的に
結合されている。またマイクロ波供給路７にはマイクロ
波入射電圧および反射電圧を検出するためのアンテナ６
が配置されている。＠扉装置８は再生終了後のエンジン
１の運転時間およびアンテナ６からの入射、反射電圧を
入力信号とし、マグネトロン５の駆動信号を出力信号と
するものである。エンジン１が動作してフィルタ３の圧
力損失が増大しエンジン１の出力が低下するため、所定
の捕集状態でフィルタ３を再生する必要が生じる。そこ
でエンジン１がある一定の運転時間に達したらマグネト
ロン５から微小のマイクロ波をフィルタ収納器４に照射
し、パティキュレートを燃焼させてフィルタ３を再生す
る。詳しくはマイクロ波の入射電圧と反射電圧との比（
反射係数）は蓄積しているｖＡｔ体であるパティキュレ
ートの量によって変化する。したがって予め定めておい
た反射係数に低下すると、すなわちパティキュレートが
蓄積している量が増えると、マイクロ波の出力を多くし
、パティキュレートを燃焼させフィルタ３を再生する。

フィルタ３の再生中もマイクロ波の入射電圧と反射電圧
を検出しある程度パティキュレートが燃焼して反射係数
が増大するとマイクロ波を遮断して再生サイクルを終了
する。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、このような構成であればパティキュレー
トの付着量を入射電圧と反射電圧で検出しているためパ
ティキュレートを含むフィルタ収納器４の付加インピー
ダンスの変化、たとえばパティキュレートの賞による誘
電率の違い、フィルタ収納器４の膨張、収縮、変形によ
る共振状態の変化、再生時のパティキュレート燃焼の火
炎によるマイクロ波の吸収、あるいはフィルタ収納器４
およびフィルタ３に残存する再生パティキュレートの経
時変化など、フィルタ３に蓄積されたパティキュレート
以外の変動要因により影響をうけるため、再生の進捗状
態を正確に把握し安定した再生を制御することが困難で
あった。

そこで、本発明は再生の進捗状態を的確に把握し効率よ
く、安定したフィルタの再生がおこなえる内燃機関用フ
ィルタ再生装置を提供するものである。

課題を解決するための手段 前記課題を解決するため本発明の内燃機関用フィルタ再
生装置は、内燃機関の排気通路に設けられたキャビティ
と、前記キャビティに収納保持され排気ガス中に含まれ
るパティキュレートを捕集するフィルタと、前記フィル
タに送る排気ガス量を調整する制御弁と、前記フィルタ
に堆積した前記パティキュレートを誘電加熱するマイク
ロ波加熱手段と、燃焼する前記パティキュレートの発す
る光を検出する光学的受光素子と、前記光学的受光素子
の前面に設けた透光部とを有し、前記光学的受光素子か
らなる燃焼検出器を前記フィルタの排気ガス流通方向の
下流側に設け、前記燃焼検出器の出力変化により、前記
マイクロ波加熱手段および前記制御弁を制御し、また加
熱手段の動作中に燃焼検出器の出力が予め定めた第１の
値に達した後に、制御弁を動作させ燃焼検出器の出力が
予め定めた第２の値に達した時点で加熱手段を停止する
とともに、燃焼検出器の出力が予め定めた変化をしたと
きはその時点より第１の一定時間が経過した後に制御弁
を停止させ、予め定めた変化が認められない時は第１の
値を下回った時点で直ちに制御弁を停止させ、加熱手段
をふたたび動作させるとともに、第２の値を示した後に
さらに第２の一定時間経過した後加熱手段を停止させる
とともに、燃焼検出器の出力が予め定めた変化を示した
時点より第３の一定時間が経過した後に制御弁を停止さ
せる構成としている。

作用 上記構成により、本発明の内燃機関用フィルタ再生装置
は透光部を燃焼検出器である光学的受光素子の前面に設
けたので、燃焼検出器にはフィルタを通過し浄化された
排気ガスのみが当たるので汚染されることがない。また
、加熱手段によりフィルタ内に蓄積したパティキュレー
トの火炎を直接検出することができる。

実施例 以下、本発明の一実施例における内燃機関用フィルタ再
生装置について図面とともに説明する。

第１図において、エンジン９には排気管１０が取り付け
られ、この排気管１０は端部において、排気ガスをキャ
ビティ１２に連通ずる排気導入管１５とバイパス管１６
に選択的に分岐している。この分岐部には制御弁１４が
設けられており、この制御弁１４により排気導入管１５
とバイパス管１６に導く排気ガス量を調整する。キャビ
ティ１２内のフィルタ１１はパティキュレートを捕集す
るためのものである。フィルタの斜視図を第２図に示す
。キャビティ１２はフィルタ１１を熱絶縁および緩衝す
るためのスペーサ１３を介して収納保持している。マグ
ネトロン１７はパティキュレートの加熱手段であるマイ
クロ波を発振する。駆動型ｆ１１８はマグネトロン１７
を駆動する。導波管１９はマグネトロンから発振された
マイクロ波をキャビティ１２に伝送する。燃焼検出器２
１は排気ガスが流通するフィルタ１１の下流側で、測定
用孔２７からキャビティ１２の内部へ、その先端部にあ
る光ファイバー２２を差し込んだ状態で設けられている
。従ってマイクロ波加熱によって測定用孔２７から電波
が漏洩することもない。そして光ファイバー２２を介し
てフィルタｌｌ内部のパティキュレートの燃焼光を光学
的に検出する。光学的に検出する素子としてはＣｄＳな
どが一般的に知られている。また光ファイバー２２は石
英ガラス、サファイアガラスなどにより造られているた
め耐熱性に勝れている。光ファイバー２２の前面で排気
ガスの流通する上流にはフィルタ１１の開口があり、そ
こには透明の材料で形成されている封止栓２５が設けら
れている。燃焼検出器２１はフィルタｌｌ内のパティキ
ュレートの燃焼状態を検出し、その結果を演算部２３に
入力している。同しく演算部２３にはエンジン９より、
燃焼消費量や回転数が入力されている。演算部２３は内
蔵するタイマーや記憶部に蓄積されているデータや前述
の燃焼検出器２１、エンジン９のデータなどを比較演夏
して制御部２４に出力し駆動１ｉｉｆｆ１８や制御弁１
４等を制御する。エンジン９が駆動されている時パティ
キュレートを含む排気ガスは排気管１０．排気導入管１
５を経由してキャビティ１２のフィルタ１１に流入する
。フィルタ１１に流入した排気ガスは、フィルタ１１の
壁面を通過するときにパティキュレートを壁面に付着さ
せる。フィルタ１１はハニカム形状であり、隣接する孔
の端部を交互に封止栓２５により閉塞されている。

浄化された排気ガスは外部排気管２６を経由して機体外
に排出される。

一定時間エンジン９が駆動されるとフィルタｌｌ内には
パティキュレートが堆積し、排気圧力に応してフィルタ
１１による圧力損失が増大するため良好なエンジン９の
動作の維持が困難となり再生が必要となる。再生の開始
はエンジン９の回転数。

燃料の消費量、駆動時間、圧力損失の度合によりあらか
じめ推定できる。また無駄のない再生が行える、パティ
キュレートの付着量と再生に必要な時間は概ね比例する
ため多少の見積りの誤差は許容できる。再生サイクルが
開始されると制御弁１４はバイパス管１６に全排気ガス
を流入させるとともに駆動電源１８をＯＮする。第３図
は再生サイクル時の燃焼検出器２１および加熱手段、制
御弁の動作説明図である。加熱手段がＯＮＬ再生サイク
ルが始まるとフィルタ１１は予熱されやがて着火温度Ａ
（概ね５５０’Ｃ以上）に達すると燃焼が部分的に始ま
る。さらに燃焼域が増大して燃焼検出器２Ｉの出力が所
定の値Ｂになった時点で加熱手段はＯＦＦされる。その
時点をＣで示す。加熱手段がＯＦＦされるに先立って制
御弁１４の開閉角度により排気ガスの一部がキャビティ
１２に導入される。燃焼火炎は排気ガス中の酸素と反応
して燃焼火炎を空気流通方向の下流側に伝播する。従っ
て燃焼用空気の量もしくは流速および温度と加熱手段に
よる昇温によりその速度は異なるが、やがて再生は終了
する。この場合燃焼検出器２１の出力はパティキュレー
トが燃焼し終わると低下を始めるので制御弁１４により
全排気をフィルタ１１に流入させ捕集サイクルに戻る。

第４図は第３図と異なる状態の動作説明図である。同じ
く加熱手段がＯＮＬ再生サイクルが開始され着火しく図
中点Ｄ）燃焼が部分的に始まり、空気供給手段により燃
焼が伝播し始め加熱手段がＯＦＦされた（点Ｅ）後も通
常は燃焼が継続するが、燃焼用排気ガスの量が多すぎた
り、フィルタｌｌ内のパティキュレート付着が不均一で
あったりなどして燃焼火炎が維持できなかった（点Ｆ）
場合は燃焼検出器２１の出力が低下を始める。この場合
は再度加熱手段をＯＮ（点Ｇ）Ｌ再着火を促すとともに
、所定の燃焼検出器２１の出力に達して加熱手段をＯＦ
Ｆすべき時点Ｃ点Ｈ）よりさらにｔ１時間加熱を追加す
ることにより、失火によるパティキュレートの温度低下
を補い再生を確実にする。また加熱手段によりフィルタ
ｌｌ内で最初に着火する部位ばあらかしめ推定できるの
で、排気ガスの直接流入を阻止する排気ガスの流通の上
流に設けた封止栓２５を有する透光孔を、フィルタ１１
の上記最初に着火する部位に設ける。加えて、光学的受
光素子を燃焼検出器２１に用いたことによりパティキュ
レート自体の火炎を発光源とするため、着火を素早くか
つ正確に検出でき、予熱時間の短縮や火炎の伝播に適し
た燃焼空気量の選択が的確に行える。

なお本実施例では空気供給手段を排気ガスの一部を制御
弁１４によって制御するものとしたが別途ファンやエア
ーポンプ等を用いて制御しても同様の効果が発揮できる
。

発明の効果 以上の実施例の説明より明らかなように本発明はフィル
タの再生時のパティキュレートの燃焼そのものを検出で
き、また燃焼検出器が直接排気ガスにさらされることが
ないため、再生の進捗状態を的確に把握し効率よく、安
定したフィルタの再生が行え、信頼性が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における内燃機関用フィルタ
再生装置の排気ガスの回路構成図、第２図は同フィルタ
の斜視図、第３図、第４図は本実施例における内燃機関
用フィルタ再生装置の動作説明図、第５図は従来のフィ
ルタ再生装置の排気ガスの回路構成図である。 ９・・・・・・エンジン、１１・・・・・・フィルタ、
１２・・・・・・キャビティ、１４・・・・・・制御弁
、１７・・・・・・マグネトロン、２１・・・・・・燃
焼検出器、２２・・・・・・光ファイバー、２５・・・
・・・封止栓。 鶴１図 第 図 第 図 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内燃機関の排気通路に設けられたキャビティと、
   前記キャビティに収納保持され排気ガス中に含まれるパ
   ティキユレートを捕集するフィルタと、前記フィルタに
   送る排気ガス量を調整する制御弁と、前記フィルタに堆
   積した前記パティキュレートを誘電加熱するマイクロ波
   加熱手段と、燃焼する前記パティキュレートの発する光
   を検出する光学的受光素子と、前記光学的受光素子の前
   面に設けた透光部とを有し、前記光学的受光素子からな
   る燃焼検出器を前記フィルタの排気ガスの流通方向の下
   流側に設け、前記燃焼検出器の出力変化により、前記マ
   イクロ波加熱手段および前記制御弁を制御する内燃機関
   用フィルタ再生装置。
2. （２）加熱手段の動作中に前記燃焼検出器の出力が予め
   定めた第１の値に達した後に、前記制御弁を動作させ、
   前記燃焼検出器の出力が予め定めた第２の値に達した時
   点で前記加熱手段を停止するとともに、前記燃焼検出器
   の出力が予め定めた変化をしたときはその時点より第１
   の一定時間が経過した後に前記制御弁を停止させ、予め
   定めた変化が認められないときは前記第１の値を下回っ
   た時点で直ちに前記制御弁を停止させ、前記加熱手段を
   ふたたび動作させるとともに、前記第２の値を示した後
   にさらに第２の一定時間経過した後、前記加熱手段を停
   止させるとともに、前記燃焼検出器の出力が予め定めた
   変化を示した時点より第３の一定時間が経過した後に前
   記制御弁を停止させる請求項（１）記載の内燃機関用フ
   ィルタ再生装置。