JPH0472411A - 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 本発明は内燃機関から排出される排気ガス中に含まれる
パティキュレート（粒子状物りを補集する内燃機関用フ
ィルタの再生装置に関するものである。

従来の技術 欧米および日本などのいわゆる先進国の高度な経済成長
は地球上の文明に大きく貢献してきた。

しかしながら、先進国の経済成長を中心とした化石燃料
エネルギーの浪費は地球の大気を汚染してきた。

地球環境保全に関して、今日では地球温暖化対策すなわ
ちＣ○２低減対策が大きくクローズアップされているが
、森林破壊を招く酸性雨の対策も無視できない。

酸性雨は硫黄酸化物や窒素酸化物等の大気汚染物質が汚
染源となって生しる自然現象であり、近年世界各国でこ
のような大気汚染物質の排出規制が強化される動きにあ
る。とくに自動車の排気ガスに関する規制は従来の濃度
規制から総量規制へ移行され規制値自体も大幅な削減と
なっている。

自動車の中でもディーゼル車は窒素酸化物と同時にパテ
ィキュレートの排出規制の強化が行われる。燃料噴射時
期遅延などの燃焼改善による従来の排気ガス中の汚染物
質低減対策だけでは排出ガス規制値を達成することは不
可能とされ、現状では排気ガスの後処理装置の付設が不
可欠である。

この後処理装置はパティキュレートを補集するフィルタ
を有するものである。

ところが、パティキュレートが補集され続けるとフィル
タは目詰まりを起こし補集能力が大幅に低下するととも
に排気ガスの流れが悪くなってエンジン出力の低下ある
いはエンジン停止といったことに至る。

したがって、現在世界中でフィルタの補集能力を再生さ
せるための技術開発が進められているが、今だ実用には
至っていない。

パティキュレートは６００”Ｃ程度から燃焼することが
知られている。パティキュレートをこの高温度域に昇温
するための熱源を発生する手段として、燃焼方式、電気
ヒータ一方式あるいはマイクロ波方式などが考えられて
いる。

本発明者らは昇温効率の良さ、安全性、装置構成の容易
さあるいは再生制御性の良さなどを考慮してマイクロ波
方式によるフィルタ再生装置を開発してきた。

マイクロ波方式によるフィルタ再生装置は、たとえば特
開平１−２９０９１０号公報に提案されている。

同発明に開示されている装置を第５図に示す、同図にお
いて１はエンジン、２．３はＴＭ０１ｐ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。

このような構成において、フィルタは空胴共振器の管軸
方向の略中央部に配設され、空胴共振器の管軸方向の両
端面とフィルタの端面との間に空間９．１０が作られて
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
タフに補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℃に程度になると
燃焼しはしめることになる。

発明が解決しようとする課題 しかしながら上記のようなマイクロ波給電系の構成は、
マイクロ波発生手段から放射アンテナに至るマイクロ波
伝送経路を中空の導波管５と同軸伝送路とで構成するこ
とが必要であり、伝送損失の増大および構造が複雑にな
るとともに機械強度の信転性確保が困難という課題を有
している。

本発明はかかる従来の課題を解消するものであり、第一
の目的はマイクロ波発生手段が発生するマイクロ波を効
率良く空胴共振器に伝送するマイクロ波伝送路を構成す
ることである。

第二の目的は燃焼による熱応力や本装置が自動車に搭載
された時に受ける振動に対して装置の機械的な強度を保
持できる装置構成にすることである。

さらに、第三の目的はフィルタに補集されたパティキュ
レートを均一にマイクロ波で加熱するマイクロ波給電構
成を提供することである。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するために本発明の内燃機関用フィルタ
再生装置は、内燃機関の排気管に設けられ排気ガス中の
パティキュレートを補集するフィルタと、前記フィルタ
が配設された空間に給電するマイクロ波を発生するマイ
クロ波発生手段と、前記排気管をとり囲むように配設さ
れ前記マイクロ波発生手段が発生するマイクロ波を前記
フィルタの配設空間に導く導波管とを備えたものである
。

また、第二の手段は第一の手段において空胴共振器をＴ
Ｍ０１ｐモードが励起される筒形状とし、前記空胴共振
器とそのＥ面が同心状に配設され前記マイクロ波発生手
段が発生するマイクロ波を前記空胴共振器に導く導波管
とを備えたものである。

さらに、第三の手段は第二の手段において前記空胴共振
器とそのＥ面が同心状に配設されるとともに空胴共振器
の筒面上において空胴共振器の中心軸より見た角度が略
９０°の間隔でもって配設された二つの開孔を通して前
記マイクロ波発生手段が発生するマイクロ波を空胴共振
器に導く導波管とを備えたものである。

作用 本発明は上記した構成によって、空胴共振器の外周側面
を導波管のＥ面に兼用することによりマイクロ波発生手
段の発生するマイクロ波の伝送路を中空の導波管のみで
構成でき高効率なマイクロ波伝送が行える。また、一体
的な構成とすることにより装置の機械的強度を保証する
ことができる。

さらには導波管のＥ面に設けた空胴共振器との結合用の
ふたつの開孔はその配設位置の関係を空胴共振器の管軸
より見て略９０°　としたことにより、空胴共振器内に
生じるＴＭ０１ｐモードの均一な励振を確保できパティ
キュレートの均一加熱を実行できる。

実施例 以下、本発明の実施例を添付図面にもとづいて説明する
。

第１図において１１はエンジン（内燃機関）、１２１３
は各排気分岐管に設けられたＴＭ０１ｐモードが励振さ
れる円筒状の空胴共振器、１４．１５は各空胴共振器の
内部に設けられた排気ガス中に含まれるパティキュレー
トを補集するフィルタ、１６．１７は空胴共振器の外周
側面をＥ面とし空胴共振器と同心状にかつ一体的に構成
配設された導波管、１８゜１９はマイクロ波発生手段で
あるマグネトロン、２０〜２３は空胴共振器の外周側面
に設けられ空胴共振器と導波管とを電波的に結合させる
開孔である。

フィルタ１４．１５はたとえばムライトやコージライト
などの多硬質セラミックを担体とじハニカム形状で構成
されている。このフィルタはその外周囲を絶縁材２４．
２５で覆い、この絶縁材を介して空胴共振器内の所定位
置に固定保持されている。

このような構成を基本とするフィルタ再生装置において
、排気ガスの流れ、パティキュレート補集のプロセスお
よび再生プロセスを以下に説明する。

内燃機関の排気ガスは主排気管２６を流れてガス流切替
手段２７によって選択された一つの排気分岐管（図の場
合２８）に導かれフィルタ１５に流れこむ。

このフィルタ内を流れる間にパティキュレートが除去さ
れる。浄化された排気ガスは排気へ放出される。

フィルタはパティキュレートを補集しつづけると目詰ま
りを生じるので適当な時期にフィルタの再生を行わなけ
ればならない、この時期は空胴共振器の入口側の排気管
に設けられた圧力検出手段２９の出力があらかじめ設定
された圧力基準値に到達するタイミングで判断される。

なお、このとき圧力検出は上記のような空胴共振器の入
口側の背圧によって決定してもよいし空胴共振器の入口
と出口の圧力差にもとづいて決定してもよい。

この適当な時期に至るとガス流切替手段が作動し、主排
気管を流れる排気ガスを他の排気分岐管（図の場合３０
）に導くように制御される。図はフィルタ１４が補集能
力の限界に達してガス流切替手段が作動した後の状態を
示している。

図の状態のときフィルタ１４は再生される。再生開始指
示が制御部３１から発せられると駆動１ｉｆｉ３２が動
作しマグネトロン１８が動作する。マグネトロン１８が
発生するマイクロ波は導波管１６、空胴共振器の外周側
壁に設けられた開孔２０．２１を通って空胴共振器内に
給電される。このマイクロ波によりフィルタ１４に補集
されたパティキュレートは誘電加熱されて昇温し赤熱す
る。パティキュレートが燃焼するには空気が必要である
が、空気を空胴共振器に導く前に５〜１０分間パティキ
ュレートをいぶし状態にする。そののち分流管３３に設
けられたバルブ３４が作動制御されて排気分岐管２８を
流れる排気ガスの一部が分流取りこみされ空胴共振器１
２に導かれる。この空気により高温になっているパティ
キュレートはすみやかに燃焼状態へ移る。この燃焼状態
はマイクロ波加熱をともなってフィルタ出力方向に移動
する。フィルタ全域での燃焼が終わると再生が完了する
。

なお、このときマイクロ波の給電は燃焼が終了するまで
続ける必要はなく適当な時期に給電を停止すれば良い。

また、空胴共振器の出口側の排気管には排気温度検出手
段３５が設けられている。この温度検出手段の出力によ
って燃焼の終了を検出できる。さらにはこの温度検出手
段の時間的な出力変化にもとづいてバルブ３４を制御し
分流する空気量を制御し最適な燃焼を実行させることが
できる。パティキュレートの加熱および燃焼に関する各
部の制御はエンジンの動作状態を知らせる信号や再生装
置に設けられた各検出手段の信号が入力される演算部３
６で制御内容を決定するデータの演真がなされる。

なお、３７はバッテリーあるいは発電機からなる電源、
３８〜４１は空胴共振器の端面を形成するハニカム状あ
るいはパンティング状の電波遮蔽用導体である。

第２図は第１図の主要部断面図である。４２は空胴共振
器の外周側面であり導波管のＥ面を兼用している。

また、４３は導波管のもうひとつのＥ面であり、空胴共
振器と同心状に配設されている。導波管１６には仕切り
以下４４．４５が配設されており、マグネトロン１８が
発生するマイクロ波は効率良く一方向に伝送され開孔２
０．２１より空胴共振器内に給電される。開孔２０．２
１は同じ位相の磁界で励振されるように構成され、かつ
空胴共振器の管軸から見て略９０°の間隔で設けられて
いる。

第３図は開孔の配設関係を示すものであり、説明の便宜
上直線状の導波管にて示している。導波管１６はその長
さが仕切り板４４．４５によって限定されている。

仕切り板４４と所定の間隙をもってマグネトロン１８が
導波管に取りつけられる。この導波管には線４６で示す
ような電界分布が形成される。この電界分布にもとづい
て開口２０．２１が所定の位置に設けられている。この
開孔２０．２１の導波管長手方向における中心間の距離
は導波管内を伝搬するマイクロ波の波長の１波長の長さ
としている。

なお、均一加熱を促進するために二つの開孔から空胴共
振器内に給電されるマイクロ波パワーの量をほぼ等しい
ように各開孔の形状は最適化されている。

このような開孔構成により空胴共振器はＴＭ、、。

モードの安定な励振が保たれフィルタの半径方向の広い
範囲に均一な高周波電界分布が形成できパティキュレー
トの均一加熱が促進される。

つぎに、第４図を用いて導波管と空胴共振器との結合構
成を説明する。空胴共振器１２はＴ　Ｍ、、。

モードが励振されるように構成されている０図は例とし
てＰ＝４の場合を示しており、図示したような電界分布
４７が生じる。

フィルタ１４の配設位置はこの電界分布を基本として決
定する。フィルタ存在空間でのマイクロ波の波長圧縮を
考慮しフィルタの両端面が図示したように電界分布の腹
の近傍に位置するように配設される。

導波管１６と空胴共振器１２とは導波管のＥ面で接する
ように構成されているので図示したように空胴共振器の
外周側面の電界分布の節にあたる位置に導波管を接合さ
せている。なお、この接合位置は電界分布の節位置を基
本とするが再生開始時のマイクロ波給電状態および再生
進行中のマイクロ波給電状態の変化を考慮して電界分布
の節位置近傍において最適な位置が選択される。

このような給電構成により給電開始時には開孔に近い側
のフィルタ端両側が径方向に均一加熱が促進され、随時
フィルタの他端面倒にこの加熱が進行することになる。

前述したように所定の予熱時間を持たせることによりフ
ィルタの全域が昇温する。その後の空気投入により予熱
されたパティキュレートは直ちに燃焼状態に移行する。

なお、励振モードのＰ値は３，５．６でもよい。

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よ
れば次の効果が得られる。

（］）排気管を兼用する空胴共振器の同心状に導波管を
配設した構成により、マイクロ波発生手段が発生するマ
イクロ波を空胴共振器に伝送する伝送路でのマイクロ波
損失を最小限に抑え高効率でもってマイクロ波を空胴共
振器に給電することができる。

（２）また、上記の構成により空胴共振器と導波管とを
一体的に構成できるので構造の機械的な強度を十分に保
持することができパティキュレート燃焼時の熱応力や本
装置が自動車に搭載された時に本装置に加わる振動に対
する十分な信較性をもった装置を提供できる。

（３）空胴共振器と導波管との結合構成をその配設関係
が略９０°の二つの開孔にて構成することにより空胴共
振器に生じる励振モードを安定にしパティキュレートの
均一な加熱を促進できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の内燃機関用フィルタ再生装置
の全体構成図、第２図は同装置の主要部断面図、第３図
は同装置の導波管構成を説明する構成図、第４図は同装
置の空胴共振器と導波管との結合を説明する構成図、第
５図は従来の内燃機関用フィルタ再生装置の構成図であ
る。 １１・・・・・・内燃機関、１２．１３・・・・・・空
胴共振器、１４１５・・・・・・フィルタ、１６．１７
・・・・・・導波管、１８．１９・・・・・・マイクロ
波発生手段、２０〜２３・・・・・・開孔、２６・・・
・・・排気管、２８．３０・・・・・・排気分岐管。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名／２．／３ 内燦機聞 空胴扱狼器 第２図 第　３　図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）内燃機関の排気管に設けられた排気ガス中のパテ
   ィキュレートを補集するフィルタと、前記フィルタが配
   設された空間に給電するマイクロ波を発生するマイクロ
   波発生手段と、前記排気管をとり囲んで配設され前記マ
   イクロ波発生手段が発生するマイクロ波を前記フィルタ
   の配設空間に導く導波管とを備えた内燃機関用フィルタ
   再生装置。
2. （２）内燃機関の排気管の一部を形成しＴＭ＿０＿１＿
   ｐモードが励気される筒状の空胴共振器と、前記空胴共
   振器に配設され前記内燃関の排気ガス中に含まれるパテ
   ィキュレートを補集するフィルタと、前記空胴共振器に
   給電するマイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、
   前記空胴共振器とそのＥ面が同心状に配設され前記マイ
   クロ波発生手段が発生するマイクロ波を前記空胴共振器
   に導く導波管とを備えた内燃機関用フィルタ再生装置。
3. （３）内燃機関の排気管の一部を形成しＴＭ＿０＿１＿
   ｐモードが励起される筒状の空胴共振器と、前記空胴共
   振器に配設され前記内燃機関の排気ガス中に含まれるパ
   ティキュレートを補集するフィルタと、前記空胴共振器
   に給電するマイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と
   、前記空胴共振器とそのＥ面が同心状に配設されるとと
   もに空胴共振器の筒面上において空胴共振器の中心軸よ
   り見た角度が略９０゜の間隔で配設された二つの開孔を
   通して前記マイクロ波発生手段が発生するマイクロ波を
   空胴共振器に導く導波管とを備えた内燃機関用フィルタ
   再生装置。