JPH0472419A

JPH0472419A - 内燃機関用フィルタ再生装置

Info

Publication number: JPH0472419A
Application number: JP2181924A
Authority: JP
Inventors: Tomotaka Nobue; 等隆信江; Masahiro Nitta; 昌弘新田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-07-10
Filing date: 1990-07-10
Publication date: 1992-03-06

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ディーゼルエンジン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（粒子状物質）を補集する
内燃機関用フィルタをマイクロ波を利用して再生する装
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ＣＯｚ低減対策が大きくクローズアンプされているが
、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コ・ジェネレーシヨ
ンなどの固定発生源や自動車などの移動発生源に対して
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
を存するものである。

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。

同特許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Ｔ　Ｍ　−＋　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
燃焼し始めることになる。

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＠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頼性確保が困難という課題を有
している。

さらには出力の大きな内燃機関の場合、必然的に排気ガ
ス量すなわちパティキュレート排出量が大量になるため
単位時間当たりのパティキュレートの補集能力を高める
必要がある。この対策としてはフィルタ自体を大きくす
る手段と使用するフィルタの数を増す手段が考えられる
がこのようなことに対応したフィルタ再生技術はない。

また、さらにはマイクロ波を利用した再生に関する制御
内容はいまだ開発段階の域を出ていない。

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あるいは内燃機関の広範囲な出力
への対応に対して装置の機械的な強度を保持する構成と
することである。

さらに、第三の目的はマイクロ波を利用した再生装置の
再往制御に関する機能を明確化した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、内燃機関の排気ガスを排出する主排気管よ
り少なくとも二つ以上に分岐された排気分岐管と、内燃
機関の排気ガスを排出する排気路として前記排気分岐管
の一つを選択する手段と、前記排気分岐管の少なくとも
一つの排気分岐管に設けられＴＭ０１ｐモードが励起さ
れる円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、前記空胴共振器の排気ガス入口側と出口側とに接続
された排気路の少なくとも入口側の排気路に設けられた
圧力検出手段と、前記空胴共振器の排気ガス出口側に接
続された排気路に設けられた温度検出手段と、前記排気
分岐管の所望の一つに排気ガスの一部を分流する手段と
を備えたものである。

また、第二の手段としては第一の手段の排気ガス分流手
段として空胴共振器が設けられた排気分岐管とま排気管
との間に配管された排気分流管と、この排気分流管に設
けられた流量制御手段とを備えたものである。

さらに、第三の手段としては第一の手段の排気ガス分流
手段として一つの排気分岐管と他の排気分岐管との間に
配管された排気分流管と、この排気分流管に設けられた
流量制御手段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。

また、圧力検出手段は、フィルタの補集能力の程度を判
断するものであり、再生する時期を検出でき、温度検出
手段は再生の進行状態を検出できる。この雨検出信号に
基づいてマイクロ波の投入パワー量および、その投入時
間、燃焼に必要な空気の投入流量および投入時期と時間
を知ることができ効率のよい再生制御がはかれる。

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）　、１２゜
１３、１４は各排気分岐管、１５．１６．１７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
、１８は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（図示して
いないが冬空胴共振器内に配設されている）　、１９．
２０．２１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、２２
．２３．２４はマイクロ波発生手段であるマグネトロン
、２５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し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２６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。

空胴共振器は蜂の巣状あるいはパンチング状の電波遮蔽
機能を持つ金属部材２７．２８によってその両端が限定
されている。

また、各排気分岐管の空胴共振器への入口側および出口
側の少なくとも入口側に管内の圧力を検出する圧力検出
手段２９〜３１が設けられ、さらに空胴共振器の出口側
には管内を流れる排気ガスの温度を検出手段３２〜３４
が設けられている。

内燃機関１１の排出口と接管された主排気管３５より分
岐する各排気分岐管にはその入口にバルブ３６〜３９が
設けられている。４０は空胴共振器を持たない排気分岐
管である。

このような構成からな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３５を通りバルブが開放
状態になっている排気分岐管に流れ込み、フィルタ内を
流れる閏にパティキュレートが除去される。浄化さた排
気ガスは大気へ放出される。

なお、開放状態のバルブは唯一つでも複数個でも構わな
いが、通常運転状態では空胴共振器を持たないバルブ（
図中ではバルブ３９）は常時遮断状態である。

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
りを住し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２９〜３１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遮断状態のバルブが開放され開
放状態のバルブが遮断される。いま、バルブ３６が開放
から遮断状態になったとする。このときフィルタ１８は
再生が開始される。再生開始指示が発せられるとその指
示に従った内容の動作をマグネトロン２２が始める。マ
グネトロン２２が発生するマイクロ波は導波管１９、空
胴共振器の外周側壁に設けられた開孔２５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
１８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ふし状態にする。

そののちバルブ３６は所望だけ開放されて排気ガスの一
部を空胴共振器１２に取りこむ。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。この間、温度検出手段はフィル
タ後の排気温度を検出している。排気温度が上限に至っ
たことがｉ認されると所定時間経通後バルブ３６は再び
遮断される。これでフィルタの再生が完了する。なお、
このときマイクロ波の給電は再生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、この停
止時期あるいは動作時間はパティキュレートの補集量で
決まる。したがって、この制御は圧力検出信号に基づい
て決定できる。

さらには温度検出手段の時間的な出力変化にもとづいて
バルブ３６を制御し取りこむ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内容は再生装置に設けられ
た各検出手段の信号とともにエンジンの動作状態を知ら
せる信号も含めて総合的に決定される。

このような構成において、空胴共振器と導波管とは一体
的に構成され機械的な強度を保持できるとともにマイク
ロ波発生手段の発生するマイクロ波を高効率でパティキ
ュレートに給電できる。また、圧力および温度の検出手
段によりフィルタ再生時の再生制御を最適化して効率の
よい再生を実行できる。

第２図は本発明の第２の手段を示すものである。

第１図との相違点はパティキュレートの燃焼に必要な空
気の取り込み構成である。各排気分岐管１５１６、１７
と圧排気管３５との間に分流管４１．４２．４３が配設
されている。また、各分流管にはバルブ４４４５、４６
が設けられている０分流管は管内径は所望の空気流量が
得られるように選択されている。このような構成により
フィルタ再生時に必要な空気取り込みにおいて各バルブ
は開放または遮断のどちらかの状態にするだけでよ（バ
ルブ機構を簡単な構成にすることができるとともにバル
ブの制御性を高めることができる。したがって分岐管の
数が増加しても十分に対応できる。

第３図は本発明の第３の手段を示すものである。

第１図および第２図との相違点は排気分岐管４７４８の
選択手段を切換弁４９で構成していることとフィルタ再
生時に必要な空気の取り込み用の分流管５０を各排気分
岐管間に配管した構成としたことである。なお、分流管
５０にはバルブ５１が設けられている。

このような構成により切換弁は開放と遮断の２変移制御
、バルブは任意変移制御を採ることができる。なお、第
２図に示した構成でもこのようなバルブ制御は可能であ
るがその場合には分岐管の数は少ない制御性が高い。

なお、５２は圧力検出手段５３．５４の信号、温度検出
手段５５．５６の信号、切換弁４９の位置情報信号、エ
ンジン５７の動作状態信号などが取り込まれ所定の演算
を行う演算部、５８は演算部の出力に基づいてバルブ５
１および切換弁４９の動作を制御するとともにマイクロ
波発生手段であるマグネトロン５９（または６０）の駆
動電源６１を制御する制御部、６２はバッテリー、発電
機あるいは商用のｔ源である。

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
６３が生しる。

フィルタ】８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１９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開孔２５が配さ
れている。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。

また、空胴共振器の両端２７．２８は排気ガスを通過で
きるように前述したような導体で構成されている。

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
のフィルタ端両側の加熱が促進され、その後順次フィル
タの他端面倒に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値は実用上、３，５．６等が選択
される。

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よ
れば次の効果が得られる。

（１）排気管を兼用する空胴共振器の外周側面を導波管
のＥ面と兼用させ一体的に構成したことにより、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
とともに、構造の機械的な強度を十分に保持することが
できる。

（２）また、上記構成により内燃機関の排出力に応じて
最適な分岐路数を選択することができる。

（３）　　さらには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た時に本装置に加わる振動に対
する十分な体幹性をもった装置を提供できる。

（４）圧力検出手段および温度検出手段を所定の場所に
配設することによりフィルタ再往に関する再生制御内容
を的確に検出できるとともに再生実行中の再生程度が把
握でき、これらの情報に基づいて最適かつ効率のよい再
生制御を実行することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す内燃機関用フィル
タ再生装置の構成図、第２図は本発明の第２の実施例を
示す内燃機関フィルタ再生装置の構成図、第３図は本発
明の第３の実施例を示す内燃機関用フィルタ再生装置の
構成図、第４図は本発明の一実施例を示す内燃機関用フ
ィルタ再生装置の主要部構成図、第５図は従来の内燃機
関用フィルタ再往装置の構成図である。１１、５７・・・・・・内燃機関、１２．１３．１４・
・・・・・空胴共振器、１５．１６．１７．４０．４７
．４８・・・・・・排気分岐管、１８・・・・・・フィ
ルタ、１９．２０．２１・・・・・・導波管、２２．２
３゜２４、５９．６０・・・・・・マイクロ波発生手段
、２９．３０．３１５３、５４・・・・・・圧力検出手
段、３２．３３．３４．５５．５６・・・・・・温度検
出手段、３５・・・・・・主排気管、３６．３７．３８
３９、４４．４５．４６．５１・・・・・・バルブ（排
気流切換手段）　、４１．４２．４３．５０・・・・・
・排気分流管、４９・・・・・・切換弁（排気流切換手
段）。代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名綜第図第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）内燃機関の排気ガスを排出する主排気管より少な
くとも二つ以上に分岐された排気分岐管と、内燃機関の
排気ガスを排出する排気路として前記排気分岐管の一つ
を選択する手段と、前記排気分岐管の少なくとも一つの
排気分岐管に設けられＴＭ＿０＿１＿ｐモードが励起さ
れる円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、前記空胴共振器の排気ガス入口側と出口側とに接続
された排気路の少なくとも入口側の排気路に設けられた
圧力検出手段と、前記空胴共振器の排気ガス出口側に接
続された排気路に設けられた温度検出手段と、前記排気
分岐管の所望の一つに排気ガスの一部を分流する手段と
を備えた内燃機関用フィルタ再生装置。
（２）内燃機関の排気ガスを排出する主排気管より少な
くとも二つ以上に分岐された排気分岐管と、内燃機関の
排気ガスを排出する排気路として前記排気分岐管の一つ
を選択する手段と、前記排気分岐管の少なくとも一つの
排気分岐管に設けられＴＭ＿０＿１＿ｐモードが励起さ
れる円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
、前記空胴共振器の排気ガス入口側と出口側とに接続さ
れた排気路の少なくとも入口側の排気路に設けられた圧
力検出手段と、前記空胴共振器の排気ガス出口側に接続
された排気路に設けられた温度検出手段と、前記空洞共
振器が設けられた排気分岐管とま排気管との間に配管さ
れた排気分岐管と、前記排気分流管に設けられた流量制
御手段とを備えた内燃機関用フィルタ再生装置。
（３）内燃機関の排気ガスを排出する主排気管より少な
くとも二つ以上に分岐された排気分岐管と、内燃機関の
排気ガスを排出する排気路として前記排気分岐管の一つ
を選択する手段と、前記排気分岐管の少なくとも一つの
排気分岐管に設けられＴＭ＿０＿１＿ｐモードが励起さ
れる円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、前記空胴共振器の排気ガス入口側と出口側とに接続
された排気路の少なくとも入口側の排気路に設けられた
圧力検出手段と、前記空胴共振器の排気ガス出口側に接
続された排気路に設けられた温度検出手段と、前記空洞
共振器が設けられた排気分岐管と他の排気分岐管との間
に配管された排気分流管と、前記排気分流管に設けられ
た流量制御手段とを備えた内燃機関用フィルタ再生装置
。