JPH05141224A - 内燃機関用フイルタ再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は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フィルタの再生装置に関す
るもので、パティキュレートの再生率を向上させること
を目的としたものである。 【構成】 内燃機関の排気ガスを排出する排気管１６に
設けられた加熱室１７と、前記加熱室１７に収納され前
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
捕集するフィルタ１８と、前記加熱室１７に給電するマ
イクロ波を発生するマイクロ波発生手段１９と、前記加
熱室１７に排気ガス以外の気体を供給する送風ファン２
２と、前記送風ファンを回転させるモータ２１とを備
え、パティキュレートの再生期間の初期より、再生後半
に空気送風量を増加させて、フィルタを加熱再生する。
この構成により、部分的にパティキュレートは燃焼した
状態において、未燃焼部へ充分空気が供給されるため、
再生率が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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）を捕集する内燃機関用フィルタをマイクロ波
エネルギを利用して再生する内燃機関用フィルタ再生装
置に関するものである。

【０００２】

【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
エネルギの浪費は地球の大気を汚染してきた。

【０００３】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ＣＯ₂ 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。

【０００４】酸性雨は硫黄酸化物や窒素酸化物などの大
気汚染物質が汚染源となって生じる自然現象であり、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・
ジェネレーショ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。特に、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がなされようとしてい
る。

【０００５】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
ュレートを捕集するフィルタを有するものである。

【０００６】ところが、パティキュレートが捕集され続
けるとフィルタは目詰まりを生じて捕集能力が大幅に低
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の停止といったことに至る。

【０００７】したがって、現在世界中でフィルタの捕集
能力を再生させるための技術開発がすすめられている
が、今だ実用には至っていない。

【０００８】パティキュレートは６００℃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エネルギを発生する手段として、
バーナ方式、電気ヒーター方式あるいはマイクロ波方式
などが考えられている。

【０００９】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。

【００１０】マイクロ波方式によるフィルタ再生装置と
しては、たとえば特開昭５９−１２６０２２号公報があ
る。同公報に開示されている装置を図５に示す。同図に
おいて、１はエンジン、２は排気マニフールド、３は排
気管、４は排気分岐管、５はフィルタ、６はフィルタ５
を収納した加熱室、７はマイクロ波発生手段、８はマイ
クロ波発生手段７の発生したマイクロ波を加熱室６に導
く導波管、９はマイクロ波反射板、１０は空気ポンプ、
１１は空気供給路、１２はマイクロ波発生手段７の駆動
電源、１３はマフラー、１４は空気切換バルブ、１５は
排気ガス流切換バルブである。

【００１１】上記した構成において、エンジンの排気ガ
スは排気ガス流切換バルブ１５によってフィルタ５に導
かれたり、直接大気へ排出されたりする。パティキュレ
ート捕集サイクルにおいて、排気ガスはフィルタ５に導
かれ排気ガス中に含まれるパティキュレートはフィルタ
５に捕集されるが前述したようにフィルタ５の捕集能力
は有限である。捕集能力が限界に達すると排気ガス流切
換バルブ１５が制御され排気管３への排気ガスは遮断さ
れ排気ガスのすべては排気分岐管４を経て大気に排出さ
れる。この間にフィルタ５の再生が行われる。このフィ
ルタ再生サイクルにおいてパティキュレートを加熱する
エネルギはマイクロ波発生手段７からまた燃焼に必要な
空気が空気ポンプ１０より同時に供給される。所定の時
間を経てフィルタ再生が完了すると排気ガス流切換バル
ブ１５が再び制御されてフィルタ５に排気ガスが導かれ
る。この捕集と再生のサイクルがくり返される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】排気ガスのパティキュ
レートを捕集しつづけると、フィルタはいずれ目詰まり
をおこし、排気ガスの排出が困難になる。そこでフィル
タをマイクロ波で燃焼させて目詰まりを解消し繰り返し
使用する。ここで、フィルタの再生率が充分高くなけれ
ば、フィルタ再生頻度が高くなり、フィルタの寿命が劣
化しやすい。また、充分なフィルタ特性を得るためにフ
ィルタが大きくなるという課題があった。

【００１３】したがって、高い再生性能を保証し、さら
にはフィルタ自体の耐久性を確保するためには、再生率
を少しでも高くすることが必要である。しかし、従来の
技術においてはこれを達成することが困難であった。

【００１４】本発明は上記課題を解決するもので、フィ
ルタの再生時に供給する空気流量を開始時は少なく、再
生期間の後半には多くするようにして、フィルタの再生
率の高い内燃機関用フィルタ再生装置を提供することを
目的としたものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、基本構成として内燃機関の排気ガスを排出す
る排気管に設けられた加熱室と、前記加熱室に収納され
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
を捕集するフィルタと、前記加熱室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、前記加熱室に排気
ガス以外の気体を供給する送風ファンと、前記送風ファ
ンを回転させるファンモータと、前記フィルタに流れる
空気量を検出する空気流量検出装置とを備え、前記ファ
ンモータからの空気流量は、フィルタの再生開始時は少
なく、再生期間の後半には多くするようにしたものであ
る。

【００１６】

【作用】本発明は上記構成によって、フィルタに供給さ
れる空気量を再生期間の後半に増加させる。

【００１７】捕集されたフィルタ内のパティキュレート
は、マイクロ波による加熱と空気供給による酸素を得て
燃焼する。すなわち、パティキュレートの温度が上昇し
たところに空気を供給すると燃焼が起こる。フィルタの
１部で燃焼が起こるとその熱で周囲のパティキュレート
が加熱されて燃焼する。フィルタの再生後半では、部分
的にパティキュレートが燃焼してフィルタの目詰まりが
解消されている。ここに空気を供給するとパティキュレ
ートの無いところが空気抵抗が小さいため、残りのパテ
ィキュレートに供給される空気量が低下する。このた
め、再生の後半では、供給空気量を大幅に増やすと、残
りのパティキュレートにも必要な酸素が供給できて、燃
え残りのパティキュレートが少なくなる。

【００１８】したがって、フィルタの再生率が向上し、
再生頻度を少なく抑えることが可能となる。

【００１９】

【実施例】以下本発明の実施例を添付図面を参照して説
明する。

【００２０】図１において、１６は内燃機関の排気ガス
を排出する排気管、１７は排気管１６の途中に設けられ
た加熱室、１８は加熱室内に収納され排気ガスが通過す
る間に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、１９は加熱室１７に給電するマイクロ波を
発生させるマイクロ波発生手段、２０はマイクロ波発生
手段１９の発生したマイクロ波を加熱室１７に伝送する
導波管、２１は加熱室１７に排気ガス以外の気体を供給
するためのファンモータ、２２は送風ファンである。

【００２１】排気ガス流はバルブで、流路を制御され
る。内燃機関の排気ガスは、図中の矢印から流入する。
２３はフィルタ１８に流れる気体流量を制御するフィル
タバルブ、２４は送風ファン２２の気体流量を制御する
ファンバルブ、２５はフィルタ１８の排気ガス上流側に
設けられたバイパス管、２６はバイパス管内を流れる気
体流量を制御するバイパス管バルブである。２７は送風
ファン２２から気体のファン排気用バルブ、２８は送風
流路制御バルブである。２９はフィルタ外周と加熱室内
壁の間に設けられた断熱材であり、フィルタ１８と加熱
室１７とはほぼ同心状に配設されている。

【００２２】図２は本発明の再生制御方法の基本プロセ
スを示している。その制御内容を以下に述べる。フィル
タ１８には通常、内燃機関が駆動状態になると排気ガス
が流入し、ガス中に含まれるパティキュレートを捕集す
る。この状態では、図１のフィルタバルブ２３、ファン
排気用バルブ２７、送風流路制御バルブ２８が開、ファ
ンバルブ２４とバイパス管バルブ２６が閉の状態になっ
ている。フィルタ１８が捕集したパティキュレートの量
は、内燃機関の動作時間あるいはこの内燃機関が自動車
に搭載されているならば自動車の走行距離等に基づいて
所定期間毎に適宜燃焼再生される。

【００２３】このパティキュレート再生する期間のマイ
クロ波の供給期間は、バルブ２３、バルブ２４、バルブ
２７が閉、バイパス管バルブ２６が開である。そして、
送風用ファン２２から燃焼に必要な空気が供給される期
間は、バルブ２４とバルブ２７が開になり、マイクロ波
で温度上昇したパティキュレートに酸素を供給すること
で、燃焼再生が行なわれる。したがって、この間、排気
ガスはバイパス管２５を通って排出される。

【００２４】ここでファンモータ２１の回転数は、フィ
ルタ１８の再生初期は比較的遅い。図３に本発明のフィ
ルタ再生装置のフィルタ部の断面を示し、パティキュレ
ートの再生状態を図示する。網目の入った部分がパティ
キュレートの捕集された部分である。

【００２５】再生初期は、フィルタ１８のほとんどの部
分が目詰まりしているので図３ａに示すように、ファン
２２からの空気はフィルタ１８に均一に分布する。とこ
ろが、図３ｂ、図３ｃとフィルタ内のパティキュレート
の燃焼が進むにつれて、パティキュレートの燃焼した部
分の目詰まりが解消し部分的に圧損が低下する。そのた
め、空気の流れが燃焼の終了した部分に集中し、パティ
キュレートの燃え残りが生じる。そこで、本発明の再生
装置では、図２、図３ｃに示すように、再生の後半で空
気流量を増加させて、未燃焼エリアに燃焼に必要な空気
が充分に供給できるようにしている。

【００２６】図４に図３と対比するために、従来例の再
生装置のフィルタ部の断面を示す。図４ｃ、図４ｄにお
いて、パティキュレートが燃焼したところに、空気の流
れが、集中するため、未燃焼エリアに充分な空気の供給
ができずに燃え残り再生率が悪い。

【００２７】燃焼の後半は、再生率をよくするために燃
焼の初期よりも少なくとも２倍以上の風量が必要であ
る。

【００２８】なお、この送風量の決定において再生度合
を検出するための手段、たとえばフィルタ下流の燃焼排
熱温度の検出、フィルタ圧損の検出、ファンの回転数検
出などを利用することも可能である。

【００２９】以上のような再生制御プロセスによりフィ
ルタ再生が完了する。その後、再生したフィルタに排気
ガスを流入し、再びパティキュレートを捕集することが
できる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明の内燃機関用
フィルタ再生装置およびその再生制御方法によれば、以
下の効果が得られる。 （１）空気の流量を再生の後半で大きくしているため、
パティキュレートの燃え残りが少なく、再生率の高い燃
焼再生装置が実現可能である。また、再生率が向上した
ため、再生頻度が少なく信頼性の高い再生装置が実現で
きる。 （２）空気の流量を再生の後半大きくすることで、フィ
ルタの圧損が低いときに流量を増やす構成のため、送風
ファンの効率が上昇する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における内燃機関用フィルタ再
生装置の構成図

【図２】本発明の一実施例にかかる再生制御を示すタイ
ミングチャート

【図３】本発明の一実施例にかかる再生制御を示すフィ
ルタ断面図

【図４】従来例の再生制御を示すフィルタ断面図

【図５】従来例の再生制御装置の構成図

【符号の説明】

１６ 排気管 １７ 加熱室 １８ フィルタ １９ マイクロ波発生手段 ２１ ファンモータ ２２ 送風ファン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤原 宣彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の排気ガスを排出する排気管に設
   けられた加熱室と、前記加熱室に収納され前記内燃機関
   の排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集するフ
   ィルタと、前記加熱室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、前記加熱室に排気ガス以外の気
   体を供給する送風ファンと、前記送風ファンを回転させ
   るファンモータと、前記フィルタに流れる空気量を検出
   する空気流量検出装置とを備え、前記ファンモータから
   の空気流量は、フィルタの再生開始時は少なく、再生期
   間の後半には多くするようにした内燃機関用フィルタ再
   生装置。