JPH06264712A - 内燃機関用フィルタ再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 マイクロ波でパティキュレートを加熱燃焼さ
せる方式において、高周波発生装置とパティキュレート
負荷のインピーダンスを整合させ、効率よくパティキュ
レートを加熱可能なマイクロ波加熱方式の再生装置を提
供することを目的としたものである。 【構成】 パティキュレートを捕集するフィルタ１８
と、前記フィルタ１８を収納する加熱室１７と、前記パ
ティキュレートを加熱するための高周波を発生する高周
波発生装置１９と、高周波を前記加熱室１７に導く導波
管２０と、加熱された前記パティキュレートを燃焼させ
る助燃気体を前記フィルタ１８に通流す助燃手段２１と
を備え、前記パティキュレートの物理量を検出する検出
手段２８、２９の信号により、前記導波管内に設けられ
た移動自在の導体部を移動させ、パティキュレートの量
に応じて変化する負荷インピーダンスを高周波発生装置
１９と整合させる構成とした。

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、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進められているが、
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方式とし
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６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は高周波発生装置、８は高周波発
生装置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は高周波発生手段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
エネルギは高周波発生装置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１
５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】しかしながら上記従来
の構成では、パティキュレートの捕集重量や成分によっ
てフィルタの全体としての比熱が変わるため、同一エネ
ルギーを供給してもパティキュレートの温度上昇が異な
り、フィルタ再生のための燃焼が効率よくおこなえなか
った。温度上昇が大きく異なる理由として、捕集された
パティキュレートの量によって、パティキュレートの加
熱室３と高周波発生装置１とのインピーダンス整合状態
が変化して、常に効率よく電波を供給するということが
実現できていなかったことがある。たとえば、パティキ
ュレートの捕集密度が少ないときには、マッチングが悪
く電波が反射するので、捕集量の多いときに比較して４
０％〜７０％程度に落ちるものであった。このため加熱
時間が余分にかかったり、パティキュレートに入らなか
った電磁波が高周波発生装置内で損失を起こし高周波発
生装置が温度上昇するなどの課題があった。

【００１３】本発明は上記課題を解決するもので、パテ
ィキュレートの捕集量によらず効率的に素早く加熱する
高周波加熱手段を備えた排ガス浄化装置を実現するこを
目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の高周波加熱装置
は上記目的を達成するため、下記構成としている。

【００１５】すなわち、内燃機関の排気ガスを排出する
排気管と、前記排気管内に収納され前記排気ガス中に含
まれるパティキュレートを捕集するフィルタと、前記フ
ィルタを収納する加熱室と、前記パティキュレートを加
熱するための高周波を発生する高周波発生装置と、前記
高周波発生装置からの高周波を前記加熱室に導く導波管
と、加熱された前記パティキュレートを燃焼させる助燃
気体を前記フィルタに通流する助燃手段と、前記パティ
キュレートの物理量を検出する検出手段と、前記導波管
内に設けられた移動自在の導体部と、前記導体部を移動
させる駆動部と、前記検出手段からの信号に基づき前記
駆動部および前記高周波発生装置および前記助燃手段を
制御する制御部とを有する構成としている。

【００１６】また、内燃機関の排気ガスを排出する排気
管と、前記排気管内に収納され前記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
タを収納する加熱室と、前記パティキュレートを加熱す
るための高周波を発生する高周波発生装置と、前記高周
波発生装置からの高周波を前記加熱室に導く導波管と、
加熱された前記パティキュレートを燃焼させる助燃気体
を前記フィルタに通流する助燃手段とを備え、前記パテ
ィキュレートの物理量を検出する検出手段と、前記加熱
室壁面を移動させる駆動部と、前記検出手段からの信号
に基づき前記駆動部および前記高周波発生装置および前
記助燃手段を制御する制御部とを有する構成としてい
る。

【００１７】

【作用】本発明は上記構成によって、下記の作用を有す
る。

【００１８】すなわち、本発明の内燃機関用フィルタ再
生装置は、フィルタに捕集されたパティキュレートの物
理量（重量や形状など）に応じて導波管内の導体部を移
動させ、高周波発生装置とのインピーダンス整合状態を
最適化するので、極めて効率よパティキュレートを加熱
する作用を有する。

【００１９】また、被加熱物の重量により加熱室壁面を
構成する導体部を移動させ、加熱室と電波放射部とのイ
ンピーダンス状態を最適化するので、簡単な駆動構成で
極めて効率よくパティキュレートを効率よく加熱燃焼
し、フィルタの再生効率の向上およびそれに要する時間
の短縮が図れるという作用を有する。

【００２０】

【実施例】以下本発明の実施例を図を参照して説明す
る。

【００２１】第１の実施例を図１に示す。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に給電する高周波を発生させる装置としてのマグ
ネトロン、２０はマグネトロン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
酸素を含む気体を供給する助燃手段である。この気体は
開閉バルブ２２を制御することにより導波管２０内への
流入が実行され、導波管内を流通して加熱室１７に配流
される。

【００２２】また、２３は排気ガス分岐管であり、バル
ブ２４により排気ガス流の排出経路としてフィルタ１７
を含む排気管あるいは排気分岐管２３が選択される。２
５、２６は加熱室１７を限定するマイクロ波遮蔽手段で
あり、パンチング孔構成からなる。２７はフィルタ１８
の外周と加熱室内壁との間に設けられた断熱材であり、
加熱室内へのフィルタ支持をも兼ねている。

【００２３】排気ガスは図中矢印ａで示した方向から排
気管内を流れフィルタに流入される。フィルタ１８はウ
ォールフロータイプのハニカム構造体で構成され、排気
ガスに含まれるパティキュレートを捕集する機能を有し
ている。このフィルタ１８に捕集されたパティキュレー
トの量が増大すると、フィルタ１８の圧力損失が増大し
内燃機関であるエンジンの負荷が増加するとともに最悪
の場合にはエンジン停止に至る。したがって、フィルタ
１８に所定のパティキュレートが捕集されるとフィルタ
１８を再生する必要がある。

【００２４】高周波発生装置としてのマグネトロン１９
から出た電波は、導波管２０を介して伝送され、加熱室
１７内では加熱室１７の形状で決まる定在波となって分
布し、フィルタに捕集されたパティキュレートを加熱す
る。パティキュレートの加熱分布は電波の分布によって
決まる。

【００２５】パティキュレートの重量は、排ガスの流入
中にフィルタ１８の排ガス上流と下流に設けられた圧力
センサ２８、２９の差圧として検出される。制御部３０
はセンサ２８、２９からの信号によりパティキュレート
重量を判別し、それに応じて導波管内に設けられた導体
部３２の駆動部３１の動作を制御し、導体部３２を移動
させる。

【００２６】図２に導波管内の導体部３２とその駆動部
３１の矢印ｂ詳細図を示す。図１、図２において、あら
かじめ制御部３０はパティキュレート重量ごとに最もパ
ワーの入る最適な距離ｈを記憶しており、それに適合す
る位置へ導体部３２を移動させるので、常に効率よくパ
ティキュレートを加熱するのである。導体部３２の移動
は歯車３３によってモータの回転を水平移動に変換して
行われる。また制御部３０はマグネトロン１９の動作や
助燃手段２１の動作をも制御している。ここでパティキ
ュレートの状態を知る検出手段として圧力センサ２８、
２９を示したが、温度センサによる温度上昇微分値情報
や、加熱室１７内の電波を一部取り出す電磁波検出セン
サなどでも実現は可能であり、また、エンジン動作時間
の積分値などの情報や種々のセンサの組合せによる正確
な状態検出ができれば、より一層の加熱の効率化が図れ
る。

【００２７】なお、導体部３２の移動は図３に示すよう
に導波管壁面に垂直に移動させることでもインピーダン
スの整合を図れる。

【００２８】フィルタの再生時期は、パティキュレート
が所定量以上捕集され、かつ、再生のためのエネルギー
が自動車のバッテリーなどから充分供給できるときであ
るため、再生時のパティキュレート捕集量は、様々であ
る。導波管内の導体部を移動させて、各々の捕集量に最
適なマイクロ波給電を実現している。

【００２９】次にフィルタ再生の基本プロセスを説明す
る。パティキュレート捕集量がフィルタ再生を実行する
状態になると、フィルタ再生が開始する。この再生制御
指令は本装置の一構成要素である制御部３０より発せら
れる。この制御部３０の指令に基づいて、まずバルブ２
４が切り替わる。これにより、排気ガスは排気分岐管２
３に導かれる。次に、マグネトロン１９に駆動電力が供
給される。マグネトロン１９からのマイクロ波は導波管
２０を伝送して加熱室１７内に給電される。この際、前
述のようにパティキュレートの物理量に応じて導体部３
２の位置を制御部３０により移動制御して、最適なイン
ピーダンス整合を得る。本発明の一実施例の導体部３２
は円柱状をしたもので、導波管２０で構成されたマイク
ロ波線路において、容量性のインピーダンスとして作用
し、挿入位置によりマグネトロン１９からみた負荷イン
ピーダンスを変化させる。

【００３０】適当な時間経過後、フィルタ１８の排気ガ
ス下流側に存在するパティキュレートは燃焼可能温度に
到達する。この時、フィルタ１８を流れる排気ガスはほ
ぼ完全に遮断されている。これによってマイクロ波で加
熱されたパティキュレートはその燃焼可能温度域に向か
って効率よく温度上昇していく。

【００３１】この後に、バルブ２２が制御され適当な流
量の酸素を含む気体が助燃手段２１によりフィルタ１８
へ供給される。この気体によりフィルタ１８のパティキ
ュレートが燃焼開始する。適当な時間を経てフィルタ１
８のほぼ全域のパティキュレートが燃焼し除去される。

【００３２】なお、マグネトロン１９の動作はフィルタ
１８全域のパティキュレート燃焼が完了するまで継続す
る必要はなく、フィルタ１８の排気ガス下流側に存在す
るパティキュレートが燃焼状態に移行した後、適当な時
期に停止させたりマイクロ波パワーを低下させたりする
ことができる。

【００３３】フィルタ再生サイクルが終了するとバルブ
２２は元の状態に制御される。その後、バルブ２４が制
御され、フィルタ１８に排気ガスが流入され、パティキ
ュレート捕集が行われる。

【００３４】図４は被加熱物の重量と電波出力の関係を
示す特性図である。マイクロ波による加熱装置として普
及している電子レンジの例である。図４はその一例で、
横軸にマイクロ波加熱負荷として水の量をとり縦軸には
水２リットルでの電波出力で正規化した各電波出力の比
率を示している。従来の電子レンジの場合はαであり
０．１リットルでは１／２まで出力が落ち込んでいる。
一方本発明のように負荷によりインピーダンス整合をと
ると、βのように、０．１リットルでも２リットルと同
レベルの電波出力が出せる。つまり０．１リットル前後
相当のパティキュレートを加熱する場合、本発明の構成
では従来の構成の２倍の加熱効率が出せるので、パティ
キュレートを加熱燃焼するために要する昇温時間を半分
にできることになる。

【００３５】図５は第２の実施例を示す。図１と同じ構
成要素は同符号を付し、説明を省略する。この場合動作
する導体部３４は加熱室壁面を構成するものであり、パ
ティキュレートの重量により制御部３０で加熱室１７の
壁面距離ｌを変化させるものである。

【００３６】一般にマグネトロンと加熱室のインピーダ
ンス整合が最適でマグネトロンから出た電波がすべて加
熱室内に入るとすると、加熱室が小さいほど（加熱室内
面の表面積が小さいほど）パティキュレートに入る電波
が大きくなる。なぜならば、加熱室内壁はある抵抗値を
持つ金属で出来ており、表面でのロス（発熱）が発生す
るので表面積を小さくするほどロスが小さくて済むと考
えられるからである。そこで本発明ではパティキュレー
ト量に応じて加熱室１８の内寸が小さくかつ整合をとる
構成としている。

【００３７】このようにパティキュレートを効率よく加
熱することで、内燃機関用フィルタ再生装置の効率を高
めることが可能である。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明の内燃機関用
フィルタ再生装置には以下の効果がある。

【００３９】（１）パティキュレートの物理量に応じて
加熱室内の導体部を移動させ、加熱室と高周波発生装置
とのインピーダンス整合状態を最適化するので、パティ
キュレートの重量や捕集状態に応じて正確に効率よくパ
ワーを入れて加熱するため、大幅に加熱時間の短縮がで
きる。よってフィルタの再生時間が短縮するとともに、
エネルギー消費が少ない。

【００４０】また同様に、常に加熱室と高周波発生装置
とのマッチング状態を最適化するので、電波放射部への
電波の反射が減り温度上昇を抑えることができるため、
安全性や耐久性が向上する効果がある。

【００４１】（２）パティキュレートの量に応じて効率
よくパワーを入れるため省エネルギーとなり、自動車の
バッテリーの負担を軽減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１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】本発明の第１の実施例における内燃機関用フィ
ルタ再生装置の部分詳細図

【図３】同内燃機関用フィルタ再生装置の他の実施例に
かかる部分詳細図

【図４】高周波発生装置の被加熱物重量と電波出力の特
性図

【図５】本発明の第２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６】従来の高周波加熱装置の構成図

【符号の説明】

１６ 排気管 １７ 加熱室 １８ フィルタ １９ 高周波発生装置 ２０ 導波管 ２１ 助燃手段 ２８、２９ 検出手段 ３０ 制御部 ３１ 駆動部 ３２ 導体部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荻野 敏郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (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 (2)

【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と、
   前記排気管内に収納され前記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
   納する加熱室と、前記パティキュレートを加熱するため
   の高周波を発生する高周波発生装置と、前記高周波発生
   装置からの高周波を前記加熱室に導く導波管と、加熱さ
   れた前記パティキュレートを燃焼させる助燃気体を前記
   フィルタに流す助燃手段と、前記パティキュレートの物
   理量を検出する検出手段と、前記導波管内に設けられた
   移動自在の導体部と、前記導体部を移動させる駆動部
   と、前記検出手段からの信号に基づき前記駆動部および
   前記高周波発生装置および前記助燃手段を制御する制御
   部とを有する構成とした内燃機関用フィルタ再生装置。
2. 【請求項２】内燃機関の排気ガスを排出する排気管と、
   前記排気管内に収納され前記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
   納する加熱室と、前記パティキュレートを加熱するため
   の高周波を発生する高周波発生装置と、前記高周波発生
   装置からの高周波を前記加熱室に導く導波管と、加熱さ
   れた前記パティキュレートを燃焼させる助燃気体を前記
   フィルタに流す助燃手段と、前記パティキュレートの物
   理量を検出する検出手段と、前記加熱室壁面を移動させ
   る駆動部と、前記検出手段からの信号に基づき前記駆動
   部および前記高周波発生装置および前記助燃手段を制御
   する制御部とを有する構成とした内燃機関用フィルタ再
   生装置。