JPH0734849A - 排気微粒子浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フィルタの再生処理時にマイクロ波を照射す
ると共に、再生用ガスを供給する排気微粒子浄化装置に
おいて、再生処理時のフィルタ内のパティキュレートの
燃え残りの残留を無くすことを目的とする。 【構成】 排気通路２に設けたケーシング３内に収容し
たフィルタ５によって排気ガス中の排気微粒子を捕集
し、定期的なフィルタ５の再生処理時にフィルタ５に捕
集された排気微粒子にマイクロ波を照射すると共に、２
次空気を供給する排気微粒子浄化装置において、電動エ
アポンプ９から供給される２次空気の流れの下流側のケ
ーシング３内にマイクロ波の遮蔽板11を設け、遮蔽板11
の設置位置よりも内側のケース３内にはマイクロ波供給
管６を開口させると共に、遮蔽板11の設置位置よりも再
生用ガスの流れの上流側に電気ヒータ12を設け、フィル
タの再生時に電気ヒータ12に通電して２次空気を加熱す
るように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は排気微粒子浄化装置に関
し、特に、ディーゼル機関の排気ガス中に含まれるパテ
ィキュレートを排気流路中に設けたフィルタで捕集除去
する装置において、フィルタの再生処理をマイクロ波を
使用して行う排気微粒子浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の内燃機関、特に、ディーゼル
機関の排気ガス中には、カーボンを主成分とする排気微
粒子（パティキュレート）が含まれており、排気黒煙の
原因となっている。環境汚染の観点からはこのパティキ
ュレートは除去することが望ましく、近年、ディーゼル
機関の排気通路にセラミック製のフィルタを配置し、デ
ィーゼルパティキュレートをこのフィルタによって除去
することが提案されている。

【０００３】ディーゼル機関の排気通路に配置されたセ
ラミック製のパティキュレート捕集用のフィルタ（以後
単にフィルタと言う）によってディーゼルパティキュレ
ートを除去するように構成された排気微粒子浄化装置で
は、フィルタの使用に伴ってその内部に捕集されるパテ
ィキュレートの量が増えると、通気性が次第に失われて
機関性能が低下することになるため、パティキュレート
がある程度捕集されたフィルタを定期的に再生させる必
要がある。このフィルタの再生は、電気ヒータに通電し
たり、バーナーに点火したりして、フィルタに捕集され
たパティキュレートに着火し、再生用ガス、例えば２次
空気を供給してこれを燃焼させることによって行われ
る。

【０００４】ところが、バーナーは部品数も多く、信頼
性やコストに難点がある。また、電気ヒータは信頼性の
面では優れているが、消費電力が大きいという難点があ
る。そこで、特開平４−１７７１３号公報に記載の技術
には、セラミックハニカムのフィルタとマグネトロンと
を組み合わせてフィルタの再生時に捕集されたパティキ
ュレートに着火を行う装置が提案されている。

【０００５】この装置では、フィルタの排気ガスの流れ
の下流側にマグネトロンが設けられ、フィルタの上下流
側にはマグネトロンからのマイクロ波の漏れを防止する
金属格子が設けられており、フィルタの再生時にフィル
タの下流側からマイクロ波を照射すると共に、フィルタ
の下流側から２次空気を供給してフィルタ内に捕集され
たパティキュレートを燃焼させている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実開平
４−１７７１３号公報に記載の技術では、フィルタの再
生時にフィルタの下流側から供給される２次空気によっ
てフィルタの下流側が冷却されるので、フィルタの下流
側にパティキュレートの燃え残りが発生する恐れがあっ
た。

【０００７】本発明は前記従来の排気微粒子浄化装置の
有する課題を解消するためになされたものであって、フ
ィルタの再生処理時にマグネトロンからマイクロ波を照
射すると共に、２次空気のような再生用ガスを供給する
排気微粒子浄化装置において、フィルタの再生処理時に
再生用ガスの供給上流側のフィルタ内に、パティキュレ
ートの燃え残りが残留することのない排気微粒子浄化装
置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明の排気微粒子浄化装置は、内燃機関の排気通路中に設
けた少なくとも１個のケース内に収容したフィルタによ
って排気ガス中のパティキュレートを捕集し、所定時期
に前記フィルタに捕集されたパティキュレートをマイク
ロ波を用いて加熱すると共に、加熱したフィルタに再生
用ガス供給手段から再生用ガスを供給することによって
フィルタの再生を行う排気微粒子浄化装置において、再
生用ガス供給口から供給される前記再生用ガスの流れの
下流側の前記ケース内にマイクロ波遮蔽手段を設け、こ
のマイクロ波遮蔽手段の設置位置よりも内側の前記ケー
ス内にはマイクロ波供給口を開口させると共に、前記マ
イクロ波遮蔽手段の設置位置よりも前記再生用ガスの流
れの上流側に電気ヒータを設け、前記フィルタの再生時
に前記電気ヒータに通電するようにしたことを特徴とし
ている。

【０００９】

【作用】本発明の排気微粒子浄化装置によれば、フィル
タの再生処理時に、マグネトロンからマイクロ波がフィ
ルタに供給されると共に、電気ヒータに通電が行われ
る。この結果、フィルタの再生処理時に再生用ガスが電
気ヒータによって加熱されるので、再生用ガス供給側の
フィルタ内のパティキュレートの燃え残りを減らすこと
ができる。

【００１０】

【実施例】以下添付図面を用いて本発明の実施例を詳細
に説明する。図１は本発明の排気微粒子浄化装置１０の
一実施例の構成を示すものであり、ディーゼル機関の排
気通路にフィルタが１つ設けられたシングルフィルタタ
イプの実施例を示している。図示しない機関からの排気
ガスを導く排気管２は、分岐部ａにおいて分岐管２Ａ，
２Ｂに分岐され、その後に合流部ｂにおいて合流されて
図示しないマフラーに接続される。分岐管２Ａの途中に
は拡径されたケーシング３が設けられ、ケーシング３の
中には、排気ガス中のパティキュレートを捕集するため
のフィルタ５が保持材４を介して設けられている。分岐
管２Ｂは排気管２と略同一の内径を備えた管路であり、
フィルタ５をバイパスするバイパス管となっている。

【００１１】このフィルタ５は、セラミック等の多孔性
物質からなる隔壁を備えたハニカム状フィルタであり、
一般に円筒状で内部に隔壁で囲まれた多数の直方体状の
通路（フィルタセル）がある。そして、この通路の隣接
するものは、排気ガスの流入側と排気ガスの流出側で交
互にセラミック製の閉塞材（プラグ）によって栓詰めさ
れて閉通路となっている。従って、このフィルタ５に流
れ込んだ排気ガス中のパティキュレートは、排気ガスが
フィルタセルの壁面を通過する際にフィルタセルに捕集
される。

【００１２】また、フィルタ５の下流側のケーシング３
にはマイクロ波導入管６が接続されており、マイクロ波
導入管６の他端にはＥＣＵ１００によって駆動されてマ
イクロ波を照射するマグネトロン１が設けられている。
また、このマイクロ波導入管６の接続部の下流側のケー
シング３内と、上流側のケーシング３と排気管２との接
続部の近傍には、マイクロ波の外部への漏洩を防止する
遮蔽板１１，１４が設けられている。この遮蔽板１１，
１４は、５ｍｍ程度の穴を多数備えたメッシュ状の金属
板である。

【００１３】なお、上流側のケーシング３と排気管２と
の接続部の近傍に設けられた遮蔽板１４は、排気管２の
絞り、上流側の機関によってマイクロ波が十分に遮蔽さ
れ、外部に漏れる恐れがない場合は、これが設けられな
い場合がある。更に、遮蔽板１１の下流側には、遮蔽板
１１に隣接する電気ヒータ１２が設けられている。この
電気ヒータ１２の一端は接地され、ヒータ部は渦巻き状
にしたり、また、折り返したりすることによって、ヒー
タ部の熱がフィルタ５の端面全面に万遍なく伝わるよう
に形成され、他端は制御回路（ＥＣＵ）１００によって
制御されるスイッチＳＷを介してバッテリＥに接続され
ている。

【００１４】更にまた、ケーシング３のフィルタ５の上
流側および電気ヒータ１２の下流側には、それぞれ圧力
導入管ＳＰＵ，ＳＰＤが設けられており、差圧センサ１
３にフィルタ５の上流側の圧力および下流側の圧力を導
くようになっている。そして、フィルタ５の上下流の圧
力差（圧力損失）は差圧センサ１３によって求められ、
検出値がＥＣＵ１００に入力される。ＥＣＵ１００は通
常この圧力差（差圧）によってフィルタ５の再生時期を
決定する。

【００１５】なお、図示はしないが、ＥＣＵ１００に
は、フィルタ５の上流側の排気ガス温度ＴｈＧ、吸入空
気温度ＴｈＡ、水温ＴｈＷ等の機関の運転状態パラメー
タも入力されるようになっている。そして、分岐部ａに
は、分岐部ａの上流側の排気管２からの排気ガスの流れ
を分岐管２Ａ，２Ｂに振り分ける第１制御弁Ｖ１が設け
られ、合流部ｂには分岐管２Ａ，２Ｂの合流部ｂの下流
側の排気管への接続を切り換える第２制御弁Ｖ２が設け
られている。これら制御弁Ｖ１，Ｖ２は共にＥＣＵ１０
０によって駆動されるようになっており、ＥＣＵ１００
からの制御信号により制御弁Ｖ１，Ｖ２は分岐管２Ａ，
２Ｂのいずれか一方を閉じ、閉じた方を排気ガスの流れ
から遮断するように位置決めされる。

【００１６】一方、この実施例では、分岐管２Ａ，２Ｂ
の合流部ｂと電気ヒータ１２との間に再生用ガス供給通
路７が設けられており、この再生用ガス供給通路７の一
端に２次空気供給用の電動エアポンプ９が設けられてい
る。この電動エアポンプ９の２次空気吐出側の再生用ガ
ス供給通路７内には、開閉弁Ｖ３が設けられている。ま
た、分岐管２Ａ，２Ｂの分岐部ａとフィルタ５との間に
燃焼ガス排出通路８が設けられており、この燃焼ガス排
出通路８の一端は大気に開放されている。この燃焼ガス
排出通路８の大気開放端近傍には開閉弁Ｖ４が設けられ
ている。これらの弁Ｖ３，Ｖ４および電動エアポンプ９
も全てＥＣＵ１００によって駆動制御される。

【００１７】弁Ｖ１〜Ｖ４の駆動は、実際には、ダイア
フラム式アクチュエータや負圧切換弁、或いは電気式の
アクチュエータによって行われるが、その駆動機構は特
に限定されるものではないので、ここでは図示およびそ
の説明を省略する。但し、本発明では、機関始動時に直
ちに弁Ｖ１〜Ｖ４のうちのいくつかを切り換える必要が
あるので、ダイアフラム式アクチュエータや負圧切換弁
を使用する場合には、車両に負圧タンク等の制御駆動源
が備えられている必要がある。

【００１８】ＥＣＵ１００は、一般のマイクロコンピュ
ータを用いて構成され、その内部にはアナログ信号入力
用のインタフェース、ディジタル信号入力用のインタフ
ェース、アナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／
Ｄコンバータ、各種演算処理を行う中央処理装置、ラン
ダムアクセスメモリ、読み出し専用メモリ、機関のキー
スイッチがオフされてもデータを保持するバックアップ
メモリ、出力回路、およびこれらを接続するバスライン
等があるが、その構成は本発明には直接関係がないの
で、その説明については省略する。

【００１９】次に、以上のように構成された実施例のデ
ィーゼル機関の排気微粒子浄化装置１０の動作について
説明する。

【００２０】〔排気ガス中のパティキュレート捕集時〕
制御弁Ｖ１〜Ｖ４は実線の位置に制御されており、分岐
管２Ｂは閉空間となっており、ディーゼル機関１から排
出された排気ガスは、分岐管２Ａのみに流れてフィルタ
５によってパティキュレートが除去され、図示しないマ
フラーを介して大気中に放出される。この時、マグネト
ロン１、エアポンプ９、および電気ヒータ１２は全てオ
フ状態である。

【００２１】〔フィルタの再生時〕差圧センサ１３から
の出力により、フィルタ５内のパティキュレートの捕集
量が規定量になるとフィルタ５の再生処理が行われる。
このフィルタ５の再生処理時には、ＥＣＵ１００によっ
て制御弁Ｖ１〜Ｖ４が破線の位置に制御され、排気ガス
は分岐管２Ｂを通って図示しないマフラーを介して大気
中に放出される。この時、開閉弁Ｖ３，Ｖ４が開弁し、
マグネトロン１のオンオフ制御、エアポンプ９のオンオ
フ制御、及び電気ヒータ１２のオンオフ制御がＥＣＵ１
００によって行われる。

【００２２】図２はこの再生処理時のＥＣＵ１００によ
るマグネトロン１のオンオフ制御、エアポンプ９のオン
オフ制御、及び電気ヒータ１２のオンオフ制御の一例を
示すものである。この例では、ＥＣＵ１００により再生
処理時にマグネトロン１、エアポンプ９、および電気ヒ
ータ１２が同時にオンされる。この状態では、エアポン
プ９からの２次空気が再生用ガス供給通路７を通じてケ
ーシング３内に入り、電気ヒータ１２で加熱されてから
フィルタ５に供給される。この時、マグネトロン１から
はマイクロ波がフィルタ５に供給されており、フィルタ
５内のパティキュレートは、マイクロ波と加熱された２
次空気によってフィルタ５の再生上流側から燃焼し、燃
焼ガスは燃焼ガス排出通路８を通って大気中に排出され
る。

【００２３】そして、フィルタ５の再生上流側端面のパ
ティキュレートが着火して燃焼を開始した時点で、ＥＣ
Ｕ１００により電気ヒータ１２がオフされる。また、フ
ィルタ５の再生上流側から下流側への燃焼伝播により、
フィルタ５の再生下流側端面が着火した時点でマグネト
ロン１がオフされる。この後、フィルタ５の再生が続行
されている間はエアポンプ９のオンが継続され、フィル
タ５の燃焼温度が所定温度まで下がった時点でエアポン
プ９がオフされる。

【００２４】図３はこの再生処理時のＥＣＵ１００によ
るマグネトロン１のオンオフ制御、エアポンプ９のオン
オフ制御、及び電気ヒータ１２のオンオフ制御の別の例
を示すものである。この例では、ＥＣＵ１００により再
生処理時にマグネトロン１とエアポンプ９が同時にオン
される。この状態では、エアポンプ９からの２次空気が
再生用ガス供給通路７を通じてケーシング３内に入り、
加熱されることなくフィルタ５に供給される。この時、
マグネトロン１からはマイクロ波がフィルタ５に供給さ
れており、フィルタ５内のパティキュレートは、マイク
ロ波と２次空気によってフィルタ５の再生上流側から燃
焼し、燃焼ガスは燃焼ガス排出通路８を通って大気中に
排出される。

【００２５】そして、フィルタ５の再生上流側から下流
側への燃焼伝播により、フィルタ５の再生下流側まで燃
焼が至った時点で、まず電気ヒータ１２がオンされ、続
いてマグネトロン１がオフされる。この状態では、フィ
ルタ５の再生上流側端面近傍に残留するパティキュレー
トの燃え残りが着火して燃焼する。そして、電気ヒータ
１２はフィルタ５の再生上流側端面近傍に残留するパテ
ィキュレートが確実に着火し、燃焼を開始したところで
オフされる。そして、フィルタ５の再生が続行されてい
る間はエアポンプ９のオンが継続され、フィルタ５の燃
焼温度が所定温度まで下がった時点でエアポンプ９がオ
フされる。

【００２６】図２に示したフィルタ５の燃焼パターンで
は、再生開始時点でフィルタ５の再生上流側に捕集され
たパティキュレートが、マイクロ波と加熱された２次空
気によって着火燃焼するので、電気ヒータ１２の通電時
間、およびマグネトロン１のオン時間が少なくて済むの
で、再生処理に必要な電力量が少なくてすむ。また、図
３に示したフィルタ５の燃焼パターンでは、再生開始時
点でフィルタ５の再生上流側に捕集されたパティキュレ
ートが燃焼せず燃え残り、この燃え残り部分が電気ヒー
タ１２によって加熱された２次空気によって燃焼される
ので、フィルタ５内が部分的に高温になることがなく、
フィルタの熱負荷が軽減される。

【００２７】なお、図１の構成では、マグネトロン１に
対して遮蔽板１１の外側に、電気ヒータ１２が位置する
ので、電気ヒータ１２はマグネトロン１からのマイクロ
波の外部への漏れを低減する役割も果たすことになる。
図４は本発明の別の実施例の排気微粒子浄化装置２０の
構成を示すものであり、図１に示した実施例と同じ構成
部材には同じ符号が付してある。この実施例が図１の実
施例と異なる点は、マグネトロン１のフィルタ５のケー
シング３への取り付け位置のみである。図１の実施例で
は、マグネトロン１に接続するマイクロ波供給管６が再
生処理時のフィルタ上流側に開口していたが、図４の実
施例ではマグネトロン１に接続するマイクロ波供給管６
が再生処理時のフィルタ上流側に開口している。

【００２８】このような配置によれば、電気ヒータ１２
をフィルタ５に近づけることができるので、電気ヒータ
１２によるフィルタ５の加熱効果が向上する。更に、マ
イクロ波供給管６と遮蔽板１１および電気ヒータ１２の
間にフィルタ５があるので、マイクロ波供給管６に隣接
して遮蔽板１１と電気ヒータ１２がある場合に比べて、
遮蔽板１１と電気ヒータ１２によるマイクロ波の損失が
少ない。

【００２９】図５は本発明の更に別の実施例の排気微粒
子浄化装置３０の構成を示すものであり、図１に示した
実施例と同じ構成部材には同じ符号が付してある。この
実施例が図１の実施例と異なる点は、マグネトロン１の
フィルタ５のケーシング３への取り付け位置の、下流側
のケーシング３の内径を小さくし、内径の小さなケーシ
ング３ａの部分に遮蔽板１１と電気ヒータ１２を取り付
けた点である。

【００３０】遮蔽板１１と電気ヒータ１２をこの内径の
小さなケーシング３ａの部分に取り付けると、遮蔽板１
１および電気ヒータ１２を小さくできるので、ケーシン
グ３全体も小さくすることができる。また、ケーシング
３の内径を小さくしたケーシング３ａを設けることによ
り、遮蔽板１１は取り付けなくとも、電気ヒータ１２の
みでマイクロ波の遮蔽効果が十分にある。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
フィルタの再生処理時にマグネトロンからマイクロ波を
照射すると共に、２次空気のような再生用ガスを供給す
る排気微粒子浄化装置において、フィルタの再生処理時
に再生用ガスの供給上流側のフィルタ内に、パティキュ
レートの燃え残りが残留することがないという効果があ
る。

【００３２】また、マイクロ波遮蔽板の外側に電気ヒー
タを配置したため、ヒータによるマイクロ波の吸収が防
止され、マグネトロンからフィルタへのエネルギが減る
のを防止することができる。更に、マイクロ波遮蔽板の
外側に配置された電気ヒータにより、マイクロ波の外部
への漏れを少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排気微粒子浄化装置の一実施例の構成
を示す構成図である。

【図２】図１の排気微粒子浄化装置におけるマイクロ
波、電気ヒータ、および２次空気の制御の一例を示すタ
イムチャートである。

【図３】図１の排気微粒子浄化装置におけるマイクロ
波、電気ヒータ、および２次空気の制御の別の例を示す
タイムチャートである。

【図４】本発明の排気微粒子浄化装置の別の実施例の構
成を示す構成図である。

【図５】本発明の排気微粒子浄化装置の更に別の実施例
の構成を示す構成図である。

【符号の説明】

１…マグネトロン ２…排気管 ２Ａ，２Ｂ…分岐管 ３…ケーシング ５…フィルタ ６…マイクロ波導入管 ７…再生用ガス供給通路 ８…燃焼ガス排出通路 ９…電動エアポンプ １０，２０，３０…本発明の排気微粒子浄化装置 １１…遮蔽板 １２…電気ヒータ １３…差圧センサ １００…制御回路（ＥＣＵ） ａ…分岐部 ｂ…合流部 ＳＷ…スイッチ Ｖ１〜Ｖ４…弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｎ 3/02 Ｍ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気通路中に設けた少なくと
   も１個のケース内に収容したフィルタによって排気ガス
   中のパティキュレートを捕集し、所定時期に前記フィル
   タに捕集されたパティキュレートをマイクロ波を用いて
   加熱すると共に、加熱したフィルタに再生用ガス供給手
   段から再生用ガスを供給することによってフィルタの再
   生を行う排気微粒子浄化装置において、 再生用ガス供給口から供給される前記再生用ガスの流れ
   の下流側の前記ケース内にマイクロ波遮蔽手段を設け、
   このマイクロ波遮蔽手段の設置位置よりも内側の前記ケ
   ース内にはマイクロ波供給口を開口させると共に、前記
   マイクロ波遮蔽手段の設置位置よりも前記再生用ガスの
   流れの上流側に電気ヒータを設け、 前記フィルタの再生時に前記電気ヒータに通電するよう
   にしたことを特徴とする排気微粒子浄化装置。