JPH04203310A - 内燃機関用フィルタ再生装置 - Google Patents

内燃機関用フィルタ再生装置

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JPH04203310A
JPH04203310A JP2333985A JP33398590A JPH04203310A JP H04203310 A JPH04203310 A JP H04203310A JP 2333985 A JP2333985 A JP 2333985A JP 33398590 A JP33398590 A JP 33398590A JP H04203310 A JPH04203310 A JP H04203310A
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JP
Japan
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cavity
filter
particulates
cavity resonator
exhaust gas
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Pending
Application number
JP2333985A
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English (en)
Inventor
Masahiro Nitta
昌弘 新田
Tomotaka Nobue
等隆 信江
Yu Fukuda
祐 福田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F01N3/027Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using electric or magnetic heating means
    • F01N3/028Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using electric or magnetic heating means using microwaves

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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)を除去するためのフィルタの再生装
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
ス内のパティキュレートを捕集するためのフィルタ及び
、フィルタに蓄積したパティキュレートを除去しフィル
タを再生する装置に関して種々検討が行なわれてきた。
特に近年大気汚染を防止し環境保全のため、排気ガスの
規制が年々厳しくなるに従い、さかんに検討がおこなわ
れるようになってきた。また、再生装置の熱源も石油バ
ーナー、電気ヒーターに加え、マイクロ波を用いる方法
も検討されているが実用化には至っていない。
以下第4図とともに従来例(特開平1−290910)
について説明する。同図において1はエンジン2.3は
T M01 Pモードが励振される円筒状の空胴共振器
、4はマイクロ波放射アンテナ、5は導波管、6はマイ
クロ波発生手段、7はフィルタ、8は排気ガス流の切換
弁である。
この様な構成においてフィルタ7は空胴共振器の管軸方
向の略中心部に配設され、さらにフィルタと空胴共振器
の両端面との間にそれぞれ空間9゜10が設けられてい
る。マイクロ波発生手段6が発生するマイクロ波は導波
管5を通って上記空間9゜10内に突出した放射アンテ
ナ4より空胴共振器2または3に給電される。フィルタ
に捕集されているパティキュレートは給電されたマイク
ロ波によって誘電加熱され600℃程度になると着火し
燃焼してフィルタは再生される。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、この構成において単一のマイクロ波発生
手段6から導波管5を経由して放射アンテナ4により空
胴共振器2の2ケ所にマイクロ波を給電しているため、
マイクロ波の伝送経路が長くなるだけでなく、インピー
ダンスの変換部も多くなりマイクロ波を効率良く被加熱
物であるフィルタ7に供給することは困難であり、また
、各々の放射アンテナより供給されるマイクロ波電力量
が異なるため均一にフィルタ7を昇温させられなかった
また、フィルタフのパティキュレートの付着状態(燃焼
によるパティキュレートの減少も含む)によって負荷の
比誘電率および誘電正接が変化するため、空胴共振器2
の等測寸法が変わり安定してTMIOPモードが励振し
えなかった。
さらに、フィルタ7の前面はエンジン1が運転され排気
ガス流が直接あたるためパティキュレートが他より多く
堆積する。それにもかかわらず再生時に与えられたマイ
クロ波電力はパティキュレート堆積面とマイクロ波電界
が直交し温度上昇が少ないうえ、パティキュレーI・の
表面より黒体放射により放熱するため温度が上昇せず再
生が不可能であった。
また、一方のフィルタが再生されている間は別個のフィ
ルタに排気ガスを導いているので複数個のフィルタおよ
びキャビティが必要なばかりでなくマイクロ波発振器よ
りのマイクロ波電力を適当な割合で分配する装置も必要
であった。
また、フィルタ7は微粒子を濾過するため多孔質体で構
成されており機械的強度が弱く不均一な排気ガス流によ
り前面部が削損する恐れもあった。
本発明は、フィルタ内に堆積したパティキュレートの量
に関係なく、短時間でかつ確実にこれを燃焼でき、しか
も加熱効率が良く、再生能力を継続的に維持することが
できる信頼性の高い内燃機関用フィルタ再生装置を提供
することを第1の目的としている。また、単一のフィル
タでパティキュレートの捕集と再生を同時に行い、装置
の簡易化および小形化を計ることを第2の目的としてい
る。
課題を解決するだめの手段 本発明は前記第1の目的を達成するために、フィルタと
、フィルタを収納保持するキャビティと、マイクロ波発
振器と前記マイクロ波発振器と前記キャビティとの間に
前記キャビティと同一軸上に接続された空胴共振器と、
前記キャビティと前記空胴共振器との隔壁にマイクロ波
をキャビティに伝送する複数個の結合孔とを設けた構成
とした。
また、キャビティと結合孔群を介して連通ずる空胴共振
器をTMOIPが励振される略円筒形とするとともに、
前記結合孔群を前記キャビティと前記空胴共振器の隔壁
の中心軸上に同心的にもうける構成とした。また、キャ
ビティと結合孔群を介して連通ずる空胴共振器をTEI
OPが励振される方形にする構成とした。
さらに本発明は第2の目的を達成するためにキャビティ
と空胴共振器との隔壁に複数個の結合孔と当該マイクロ
波を遮断する小孔群を設けるとともに前記結合孔群のフ
ィルタにたいする相対位置を任意に変えられる構成とし
た。
作用 本発明は前記構成により、マイクロ波発振器より発振し
たマイクロ波は伝送路を経由して空胴共振器で所定の共
振状態となるため、負荷(パティキュレートを含むフィ
ルタ)が変動しても結合孔より効率よくマイクロ波を放
射することができる。
また、キャビティと結合孔群を介して連通ずる空胴共振
器をT M kA Pが励振される略円筒形とするとと
もに、前記結合孔群を前記キャビティと前記空胴共振器
の隔壁の中心軸上に同心的にもうける構成であるので隔
壁上の壁面電流分布は中心軸から等距離上は同一となる
ため同心的な位置に結合孔を設けることで負荷(パティ
キュレートを含むフィルタ)を均一に加熱できる。
また、キャビティと結合孔群を介して連通ずる空胴共振
器をTEIOPが励振される方形にする構成であるので
略円筒形の空胴共振器と同じく隔壁」二の壁面電流は規
則正しく分布するため負荷(パティキュレートを含むフ
ィルタ)を均一に加熱できるとともに空胴共振器ならび
にキャビティの作成が容易である。
キャビティと空胴共振器との隔壁に複数個の結合孔と当
該マイクロ波を遮断する小孔群を設けるとともに前記結
合孔群のフィルタにたいする相対位置を任意に変えられ
る構成であるので、排気ガスを隔壁の小孔群を通過させ
てパティキュレートを捕集しながら結合孔群よりマイク
ロ波を供給し再生できる。また強い排気ガス流を小孔群
で緩和できるのでフィルタの損傷もなく均一にパティキ
ュレートを捕集できる。
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。
実施例1 第1図のシステム及び主要部の断面図において、1)は
エンジン、12はエンジン1)の排気をキャビティ13
に導入する排気導入管、14はキャビティ13内に設け
られたパティキュレートを捕集するためのフィルタであ
り、ハニカム形状で隣接するセルを交互に風」=1風下
側で閉塞しており、多孔性のセル壁を排気ガスが通過す
る際にパティキュレートがセル壁に堆積する。15はフ
ィルタ14を断熱および緩衝するためのスペーサーであ
る。16はパティキュレートの加熱源であるマイクロ波
発振器であるマグネトロン、17はマグネトロン16を
駆動するための高電圧を発生させる駆動電源、】8はマ
グネI・ロン16のマイクロ波出力が導波管19を経由
して搬入される空胴共振器である。空胴共振器18は略
円筒形でT Mo1lモードが励振できる直径、長さお
よび導波管19の給電位置となっている。20は空胴共
振器18とキャビティ13を仕切る隔壁であり結合孔2
1a、21bが設けられている。隔壁20のどの位置に
どのような形状、大きさの結合孔を設けるかについては
空胴共振器18の共振モードにより隔壁に流れる壁面電
流分布が解るため(壁面電流をより多く切る程マイクロ
波放射量が増加する)フィルタ14をより均一に加熱で
きるように幾何学的対称性を保ちつつ決定すればよい。
第2図に参考として円形TMOIIモードの空胴共振器
1日、導波管19の壁面電流分布と中心軸上同心的にも
うけた結合孔をしめす。なお、空胴共振器18を方形と
しても壁面電流分布は解る。第1図にもどり、22は結
合孔21a、21bを閉塞する耐熱性低誘電損失よりな
るカバーである。ごのカバーは排気ガスが結合孔21a
、21bを通って空胴共振器18に入るのを防ぐための
ものである。エンジン1)が運転されている間は、パテ
ィキュレートを含む排気ガスは排気導入管12よりキャ
ビティ13内のフィルタ14に流太し、フィルタ14の
セル壁でパティキュレートが除去され外部排気管23よ
り大気中に放出される。
一定時間エンジン1)が運転されるとパティキュレート
の堆積によりフィルタ14の圧力損失が増大し、エンジ
ン1)の良好な運転が維持できな(なるため、前述の圧
力損失を検知してフィルタ14の再生を行なう。再生サ
イクルにおいてエンジン1)よりの排気ガスを弁(図示
せず)等で排気導入管12への導入は停止され、駆動電
源17で加勢されたマグネトロン16より発振されたマ
イクロ波が導波管19を伝送して空胴共振n18に搬入
され、結合孔21a、21bよりキャビティI3に放射
され、対向するフィルタ前面近傍のパティキュレートを
加熱昇温さぜる。
パティキュレートが着火温度に達するとエアーポンプ2
4より燃焼用空気を吐出し始める。フィルタ前面近傍で
はじまったパティキュレートの燃焼は空気中の酸素と反
応し次第に風下側に広がってゆき、やがて燃焼は終了し
フィルタ14は再生される。
マイクロ波の供給はパティキュレートが着火したことを
検出した俊速やかに停止させればよい。このようにして
再生が終了すれば再び排気ガスをフィルタに導入しパテ
ィキュレートの捕集を再開する。
実施例2 第3図は本発明の他の一実施例における内燃機関用フィ
ルタ再生装置のシステム及び主要部の断面図であり、主
要要素には第1図と同様の番号を付与した。第3図にお
いて排気導入管12は空胴共振器18に接続されている
。また、隔壁20には結合孔21a、21bとともに当
該マイクロ波を遮断し排気ガスのみを通過させる小孔群
25が設けられている。エンジン1)が運転されている
間は、パティキュレートを含む排気ガスは排気導入管1
2より空胴共振器18に流入し小孔群25を通ってキャ
ビティ13内のフィルタ14に流入し、フィルタ14の
セル壁でパティキュレートが除去され外部排気管23よ
り大気中に放出される。この場合強い勢いの排気ガス流
は隔壁20および小孔群25に阻害されフィルタ14の
前面に直接当たることは無い。再生サイクルにおいては
マイクロ波はカバー22を透過して結合孔21a、21
bに対向するフィルタ前面近傍のパティキュレートを加
熱昇温させ、隔壁20とフィルタI4の前面の空隙より
排気ガスに含まれる酸素を得て燃焼を盛んにしやがて再
生は終了する。結合孔21a、21bおよび小孔群25
の設けられた隔壁20は外周にバネ等のマイクロ波漏洩
阻止手段26をもつ隔壁駆動手段27によりフィルタ1
4に対する相対位置を任意に変えられる。本実施例の場
合は中心軸Cにたいして180度回軸回転場合を示す。
したがって、フィルタ14の結合孔21a、21bに対
向する側が再生中でこの時小孔群25を排気ガスが通過
しパティキュレートを捕集している。
発明の効果 以上のように、本発明の内燃機関用フィルタ再生装置に
ついては、下記の効果を得ることが出来る。
fil  加熱源であるマイクロ波は一旦所定の共振モ
ードをもつ空胴共振器にはいりその後結合孔群で均一化
されてキャビティに放射されるため、フィルタ内に堆積
したパティキュレートの量に関係なく短時間でかつ確実
に燃焼できるので加熱効率が良い。また、再生能力を継
続的に維持することができる。
(2)導波管および空胴共振器を方形につくれるので製
作が容易で精度がよく伝送損失が少なくインピーダンス
整合のよいマイクロ波誘電加熱源となる。
(3)排気ガス流速(圧力)が隔壁によって緩和される
のでフィルタの摩耗、損傷が低減でき耐久性が向上する
(4)単一のフィルタでパティキュレートの捕集と再生
が同時におこなえるので複数個のフィルタおよびキャビ
ティを必要とせずさらに必ずしも空気発生手段も必要と
しないので装置が簡単で小形化でき経済的である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第一の実施例における内燃機関用フィ
ルタ再生装置のシステム及び要部断面図、第2図は本発
明の他の実施例における内燃機関用フィルタ再生装置の
状態説明図、第3図は本発明の他の実施例における内燃
機関用フィルタ再生装置のシステム及び要部断面図、第
4図は従来の内燃機関用フィルタ再生装置の構成をしめ
ず断面図である。 12・・・・・・排気導入管、14・・・・・・フィル
タ、16・・・・・・マイクロ波発振器、18・・・・
・・空胴共振器、20・・・・・・隔壁、21a、21
b・・・・・・結合孔、25・・・・・・小孔群、27
・・・・・・隔壁駆動手段。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)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、前記フィルタを収納保持するキャビティ
    と、前記フィルタに蓄積されたパティキュレートを誘電
    加熱し燃焼させるマイクロ波発振器と、前記マイクロ波
    発振器と前記キャビティとの間に前記キャビティと同一
    軸上に接続された空胴共振器と、マイクロ波をキャビテ
    ィに伝送するため前記キャビティと前記空胴共振器との
    間に設けられた複数個の結合孔を有する隔壁とより成る
    内燃機関用フィルタ再生装置。
  2. (2)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、前記フィルタを収納保持するキャビティ
    と、前記フィルタに蓄積されたパティキュレートを誘電
    加熱し燃焼させるマイクロ波発振器と、前記マイクロ波
    発振器と前記キャビティとの間に前記キャビティと同一
    軸上に接続された空胴共振器と、前記キャビティと前記
    空胴共振器との間に設けられたマイクロ波をキャビティ
    に伝送するための複数個の結合孔とマイクロ波を遮蔽す
    る小孔群とを有する隔壁と、前記隔壁を駆動する隔壁駆
    動手段とより成る内燃機関用フィルタ再生装置。
  3. (3)キャビティと結合孔群を介して連通する空胴共振
    器をTM01Pが励振される略円筒形とするとともに、
    前記結合孔群を前記キャビティと前記空胴共振器の隔壁
    の中心軸上同心的にもうける構成とした請求項1または
    2記載の内燃機関用フィルタ再生装置。
  4. (4)キャビティと結合孔群を介して連通する空胴共振
    器をTE10Pが励振される方形とするとともに、前記
    結合孔群を前記キャビティと前記空胴共振器の隔壁の中
    心軸上同心的にもうける構成とした請求項1または2記
    載の内燃機関用フィルタ再生装置。
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