JPH08135431A

JPH08135431A - 内燃機関用フィルタ再生装置

Info

Publication number: JPH08135431A
Application number: JP6273641A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Matsumoto; 孝広松本; Tomotaka Nobue; 等隆信江; Masao Noguchi; 正夫野口; Tsuneo Akutsu; 統雄垰; Nobuhiko Fujiwara; 宣彦藤原
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-11-08
Filing date: 1994-11-08
Publication date: 1996-05-28
Anticipated expiration: 2013-09-24
Also published as: JP2803581B2

Abstract

(57)【要約】【目的】高周波でパティキュレートを加熱燃焼させる
装置において、高周波加熱装置を動作させてパティキュ
レートの捕集量を検出し、その際、エネルギー消費が少
ない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１９
と、高周波発生装置２０と、フィルタ１９に設けた高周
波受信部２４と、前記高周波発生装置２０に電力を供給
する高周波電源２８と、前記高周波電源２８に電池３０
から電力を供給するＤＣ−ＡＣインバータ電源２９とを
備え、高周波受信部２４に得られる値によって、高周波
出力を切り替える構成。

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高周波エネ
ルギー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】地球環境保全に関して、近年世界各国で
こ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
大幅な強化がなされようとしている。

【０００３】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。

【０００４】しかし、ディーゼル内燃機関を使用する時
間とともにパティキュレートはフィルタに目詰まりを発
生させ、捕集能力を大幅に低下させるとともに排気ガス
の流れを悪くするためにエンジン出力低下あるいはエン
ジン停止の原因となる。したがって、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。

【０００５】ディーゼルエンジン排ガス中に含まれるパ
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温度域に昇温するた
めの手段方式として、バーナによる加熱方式、電気ヒー
ター方式あるいは高周波加熱方式などが考えられてい
る。

【０００６】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高周波加熱方式に
よるフィルタ再生装置を開発してきた。

【０００７】高周波加熱方式すなわちマイクロ波方式に
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７に示す。図７において、１はエンジン、２は排
気マニホールド、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。

【０００８】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。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の構
成において、パティキュレートを高周波のエネルギーで
発火点まで温度上昇させるには、次のような困難な点が
あった。

【００１０】すなわち、内燃機関は乗用車やバスなどの
移動体に搭載されることが多く、電気エネルギーは搭載
された二次電池より供給されることになる。このため、
フィルタの再生装置を搭載する場合に電池容量を大きく
しなければならず、装置の価格が高くならざるを得なか
った。さらに、電池の過放電による電池上がりの危険性
もあった。

【００１１】また、パティキュレート加熱燃焼時には、
その捕集重量密度や成分によって燃焼時の発熱量が異な
り、加熱エネルギーや燃焼用の気体の供給具合を調整し
なければ、フィルタが異常加熱のため温度が上昇しすぎ
て、ひび割れなどの破損を起こしたり、再生が十分に行
われないという現象があった。それを回避するために
は、パティキュレートの捕集密度に応じて、それぞれ異
なった再生制御を行なわなければならない。さらに、必
要以上にパティキュレートが捕集されるとフィルタの圧
損が高くなり、エンジンを損傷する可能性があるため、
フィルタに捕集されたパティキュレートの量を測定する
必要があった。

【００１２】従来、パティキュレートの捕集量を検出す
るには、フィルタの排気ガス上流と下流の圧力差による
ものや、捕集時間に頼るものが考えられていた。しかし
ながら、圧力差で検出するためには内燃機関の排気ガス
流量と温度を逐次正確に測定することを要し装置が複雑
になることと、圧力測定部がパティキュレートで詰まっ
て正確な圧力が測定できない困難さがあった。また、捕
集時間すなわち、内燃機関の動作時間でパティキュレー
ト捕集量を推定する方法では、内燃機関の負荷が大きい
場合や高速回転する場合と、アイドリング状態では単位
時間当たりのパティキュレート発生量が２倍以上ちがう
ので、実用的な捕集量は推定できなかった。

【００１３】本発明は上記課題を解決するもので、フィ
ルタに捕集されたパティキュレート量を精度よく検出す
るために、高周波をフィルタに供給しその減衰量でパテ
ィキュレート量を検出でき、かつ、その際に電池消費量
を節約可能な排ガス浄化装置を実現することを目的とし
ている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の内燃機関用フィ
ルタ再生装置は上記目的を達成するため、下記構成とし
ている。

【００１５】パティキュレートの捕集量を検出するため
に、フィルタの収納されている加熱室に高周波を供給す
る高周波発生装置と受信する受信部を設け、高周波発生
装置からの高周波がフィルタのパティキュレートに吸収
される割合を受信部で得られる高周波量で判定する。

【００１６】そして、パティキュレートを加熱再生をす
るときは、同じ高周波発生装置からマイクロ波を給電し
て高周波によりパティキュレートを加熱燃焼し、再生さ
せている。すなわち、電池の消費を抑制するために、パ
ティキュレートを加熱再生するときは大きな電力を供給
し、捕集されたパティキュレート量を計測するときに
は、小さな電力を供給するとよい。

【００１７】したがって、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、前記加熱室に設けた高周波受信部からなる
捕集量検出手段と、前記高周波発生装置に電力を供給す
る高圧トランス電源と、前記高周波発生装置の高周波出
力を捕集量検出時には少なく、加熱再生時にはより大き
くする出力制御部を備えた構成としている。

【００１８】また、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、前記加熱室に設けた高周波受信部からなる捕集量
検出手段と、前記高周波発生装置に電力を供給する高圧
トランス電源を備え、少なくとも前記捕集量検出手段の
検出信号が所定値以上の場合には、前記高周波発生装置
の高周波出力を少なくする構成としている。

【００１９】また、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、前記加熱室に設けた高周波受信部からなる捕集量
検出手段と、前記高周波発生装置に電力を供給するため
の二次側に高圧コンデンサと高圧ダイオードを備えた高
圧トランス電源と、前記高圧コンデンサの容量を切り替
える高圧リレーを備え、少なくとも前記捕集量検出手段
の検出信号が所定値以上の場合に前記高圧リレーによっ
て前記高圧コンデンサの容量を小さく切り替え、高周波
出力を切り替える構成としている。

【００２０】また、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、前記加熱室に設けた高周波受信部からなる捕集量
検出手段と、前記高周波発生装置に電力を供給するため
の高圧トランス電源と、前記高圧トランス電源に電力を
供給するＤＣ−ＡＣインバータ電源を備え、前記ＤＣ−
ＡＣインバータのスイッチング素子の駆動デューティー
比を前記捕集量検出手段の検出信号に応じて異なるデュ
ーティー比に切り替え、高周波出力を切り替える構成と
している。

【００２１】また、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、前記加熱室に設けた高周波受信部からなる捕集量
検出手段と、前記高周波発生装置に電力を供給するため
の高圧トランス電源と、前記高圧トランス電源に電力を
供給するＤＣ−ＡＣインバータ電源とを備え、前記ＤＣ
−ＡＣインバータ電源のインバータトランスは二次巻線
の途中にタップを設け、少なくとも前記捕集量検出手段
の検出信号が所定値を以上の場合に前記インバータトラ
ンスの二次巻線の接続タップを切り替えインバータの巻
数比を小さくする構成としている。

【００２２】さらに、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、前記加熱室に設けた高周波受信部に得られる物
理量を検出する捕集量検出手段と、前記捕集量検出手段
からの信号に基づき前記高周波発生装置を制御する制御
部と、前記高周波発生装置に電力を供給するための高圧
トランス電源と、前記高圧トランス電源に電力を供給す
るＤＣ−ＡＣインバータ電源とを備え、前記高圧トラン
ス電源の高圧トランスは一次巻線の途中にタップを設
け、少なくとも前記捕集量検出手段の検出信号が所定値
を以上の場合に前記高圧トランスの一次巻線の接続タッ
プを切り替え高圧トランスの巻数比を小さくする構成と
している。

【００２３】さらに、また、前記高圧トランス電源に電
池から電力を供給する構成としている。

【００２４】

【作用】本発明は上記構成によって、下記の作用を有す
る。

【００２５】すなわち、本発明の内燃機関用フィルタ再
生装置は、内燃機関の運転中にはフィルタに捕集された
パティキュレート量を測定するために、高周波発生装置
より高周波をフィルタに供給し、受信部での高周波の減
衰量によってパティキュレート捕集量を判定している。
そして、所定のパティキュレートが捕集され、フィルタ
を再生するときよりは、同じ高周波発生装置の高周波に
よりパティキュレートを加熱昇温し、助燃気体を供給し
て燃焼させる。このときの燃焼制御は助燃気体の流量を
調整することで、フィルタの耐熱温度を越えないように
燃焼させる。

【００２６】フィルタに高周波を供給する高周波発生装
置は、電池からエネルギーを供給される。内燃機関の運
転中に捕集量を検出するための高周波量は、加熱燃焼さ
せるときより少なくて良い。したがって、高周波発生装
置の出力を変化させて、低出力で捕集量検出をし、高出
力で加熱再生を行う。こうすることによって、電池消費
を抑制する構成にしている。

【００２７】パティキュレート量の検出は、フィルタに
供給された高周波をフィルタの側面に設けた受信部で受
信し、その減衰量を測定する方法で行う。すなわち、減
衰量が多いほどパティキュレートに高周波が多く吸収さ
れていることになり捕集量が多いと判断できる。

【００２８】このとき高周波を発生させるために、電池
からの電力エネルギーをＤＣ−ＡＣインバータで商用Ａ
Ｃ電源と同じ電圧と周波数に変換し、高周波電源を駆動
する。そのときの高周波は、フィルタを加熱しないので
少ない量でよく、電気エネルギーも加熱再生時の３分の
１程度または、それよりも少なくてもよい。その高周波
を受信部で受け、その信号の強さにより捕集されたパテ
ィキュレートの捕集量を検出する。パティキュレートの
捕集量が増加すると受信部にあらわれる捕集量検出信号
は減衰によって減少する。したがって、少なくとも捕集
量検出信号が所定値を越えている場合にはフィルタの目
詰まりが発生していない状態なので高周波出力は少なく
てよい。

【００２９】フィルタに所定の量のパティキュレートが
所定量以上捕集されたことを検出すると、フィルタの再
生が必要になるので、自動的に、もしくは、手動で再生
を開始する。フィルタの再生は、パティキュレートを高
周波で加熱燃焼させるために、高周波発生装置からの高
周波出力が増加するように変化させる。

【００３０】高周波出力を変化させる手段のひとつとし
て、高周波電源の二次側に設けた倍電圧整流用の高圧コ
ンデンサの容量を切り替えている。高圧コンデンサの容
量を小さくすると、二次側のインピーダンスが大きくな
り高周波発生装置の出力が少なくなる。こうして、消費
電力を抑制することで、電池の消耗を少なくすることが
可能となる。

【００３１】また、高周波出力を変化させる別の手段と
して、電池のＤＣ電源をＡＣ電源に変換するためのＡＣ
−ＤＣインバータ電源のスイッチング素子のオンオフ・
デューティー比を変える方法がある。デューティー比が
大きい（オン時間が大きい）と、インバータの出力電圧
が大きくなり高周波出力が増える。とパティキュレート
の加熱再生時はオン時間の割合を大きくし出力を増加さ
せ、捕集時には、デューティー比を小さくして消費エネ
ルギーを節約する。

【００３２】さらに、ＡＣ−ＤＣインバータ電源のイン
バータトランスの二次巻線にタップを設け、二次巻線そ
のタップを切り替えることで、二次電圧を変化させるこ
とで、高周波出力を変化させることができる。すなわ
ち、二次インダクタンスが大きく巻数比が高いほど二次
電圧が高くなるため高周波出力が大きい。

【００３３】さらに、また、他の方法として、高周波電
源の高圧トランスの一次巻線にタップを設けて、高圧ト
ランスの巻数比を変えることで、高周波出力を変化させ
ることも可能である。すなわち、高圧トランスの入力イ
ンピーダンスを変えることにより、高周波発生装置に印
加する電圧を変化させ高周波出力を変えている。

【００３４】上記のように高周波発生装置の出力をパテ
ィキュレートの捕集時には少なくすることで消費電力を
抑制し、電池の容量を小さくすることができる。また、
捕集されたパティキュレート量を検出するために高周波
を供給する時間は、所定周期毎（数十分程度）に短時間
（数十秒）で検出することで、電池の電力消費を抑制し
ている。

【００３５】以上のような構成とすることで装置の電力
消費が少なくすることが可能なため、電池が小さくでき
経済的で低コストの内燃機関用フィルタ再生装置が実現
できる。

【００３６】

【実施例】以下本発明の実施例を図を参照して説明す
る。

【００３７】第１の実施例を図１、図２に示す。図１に
おいて、１６は内燃機関、１７は排気ガスを排出する排
気管、１８は排気管１７の途中に設けられた加熱室、１
９は加熱室１８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、２０は加熱室１８に給電する高周波を発生させる高
周波発生装置としてのマグネトロン、２１は高周波発生
装置２０の発生した高周波を加熱室１８に伝送する導波
管、２２は加熱室１８に酸素を含む気体を供給する送風
手段である。この気体は開閉バルブ２３を制御すること
により排気管１７への流入が実行され、排気管１７内を
流通して加熱室１８に配流される。

【００３８】内燃機関が動作しているとき、排気ガスは
排気管１７内を流れフィルタ１９に流入される。フィル
タ１９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。フィルタ１９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１９における排ガ
スの流れに対する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１９に所定のパティ
キュレートが捕集されるとフィルタ１９を再生する必要
がある。フィルタの再生時には、バルブ３１で排気ガス
がバイパス管３２へ流れるように切り替える。３３は消
音装置である。

【００３９】高周波発生装置２０としてのマグネトロン
から出た電波は、導波管２１を介して伝送され、加熱室
１８内では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。

【００４０】捕集されたパティキュレートの物理量また
は重量は、加熱室１８に設けられた電波の受信部２４に
あらわれる信号によって検出される。受信部２４の信号
は検波回路２５で検波整流される。受信部２４と検波部
２５とからなる捕集量検出手段の信号により制御部２７
はパティキュレートの捕集量を判別する。その値を表示
装置で表示し、フィルタの再生に必要な時期を報知す
る。また、フィルタの加熱再生の際には、捕集量に応じ
て制御部２７の信号を変化させる。すなわち、送風装置
２２の動作タイミングと高周波発生装置２０の導通タイ
ミングを捕集量に応じて変化させる。２６は温度センサ
であり、排気ガスの温度を測定することでフィルタの目
詰まりを監視するとともに、捕集量検出手段の温度補正
を行う。

【００４１】２８は高周波電源であり高圧トランスと高
圧コンデンサおよび高圧ダイオードからなる。高周波電
源２８はＡＣ電源電圧を昇圧整流し高周波発生装置２０
に高圧直流電圧を印加して、高周波を発生させる。

【００４２】２９はＤＣ−ＡＣインバータであり、電池
ＤＣ電源３０をスイッチングしてＡＣ電源に変換する。

【００４３】図２に、本発明の内燃機関用フィルタ再生
装置の回路図を示す。図１と同じ構成要素は同符号をつ
け、説明を省略する。

【００４４】高周波電源２８は電源トランス３４、高圧
コンデンサ３５、３６、高圧ダイオード３７により構成
される。高周波発生装置２０としてのマグネトロンは約
４ｋＶの直流電圧によって駆動され、高周波を発振す
る。高圧コンデンサ３５、３６は高圧切替スイッチ３８
により並列接続され容量が変化する。高圧トランス３４
の出力電圧が同じ場合、高周波の出力を高くするために
は高圧コンデンサの容量を大きくして高周波発生装置の
導通期間を長し出力を増加することが可能である。ま
た、逆に高圧コンデンサの容量が小さい場合は高周波出
力が小さくなり、消費電力も少なくなる。高圧切替スイ
ッチ３８は、制御部２７の信号により閉じて高圧コンデ
ンサ３５、３６を並列接続し、高周波発生装置の電力供
給を変化させる。

【００４５】電池３０には、内燃機関から得た動力を電
力に変換するオルタネータ３９が並列接続され、内燃機
関の動作中に電池３０が充電される。電池ＤＣ電源３０
の出力には、ＤＣ−ＡＣインバータ２９が接続されＤＣ
電源をＡＣ電源に変換している。このときの変換周波数
と電圧は商用電源に近いものとして、汎用的なマグネト
ロン２０駆動用の高圧電源２８を使用可能としている。
このため、高圧電源２８を共通化できる。ＤＣ−ＡＣイ
ンバータ２９はスイッチング部４０とトランス部４１と
かなり電池電源３０をスイッチング部４０で交流に変化
させてトランス部４１で所定の電圧に昇圧している。

【００４６】捕集量検出手段４２は、受信部２４と検波
部２５とからなる。受信部２４は同軸線路で構成されて
いる。検波部２５は、高周波の余分な周波数成分をフィ
ルタ回路により除去し、整流して制御部２７に信号を送
る。

【００４７】４３は温度検出部で、フィルタを通過する
排気ガスや再生燃焼の気体の温度を測定して制御部２７
に信号を送る。温度検出センサは熱電対またはサーミス
タなどが使用される。

【００４８】図３に捕集量センサ部の断面の詳細図を示
す。１９はフィルタ、４３はフィルタの外周にありフィ
ルタ１９と加熱室壁面４４を断熱するとともに、フィル
タを保持しているフィルタ保持材である。加熱室壁面４
４には凹部４５が設けられ受信部２４が挿入されてい
る。受信部２４は先端が中心胴体を突き出した構成とな
るセミリジッドケーブルからなり外部胴体は加熱室壁面
と同電位なっている。このように構成することで、中心
胴体がアンテナとして働き高周波による電界の大きさに
応じた電力がケーブルを通じて電送される。中心胴体の
アンテナ長を変えることで、捕集量検出感度を調整可能
な構成となっている。

【００４９】図１、図２において、内燃機関１６が動作
して、パティキュレートをフィルタ１９に捕集している
ときの動作を説明する。制御部２７から定期的（数十分
毎）に、約１０秒程度、接点４６、４７を導通させる信
号を送出する。このとき高圧電源の切替部３８はオープ
ン状態で高圧コンデンサの容量は少ない状態である。接
点４６、４７が導通するとＡＣ−ＤＣインバータ２９が
動作し、高周波発生装置２０に電力が供給される。高周
波発生装置２０からの高周波はフィルタ１９に捕集され
たパティキュレートで減衰されて、受信部２４に到達す
る。したがって、その受信された高周波の減衰量量でパ
ティキュレート量を検出する。この際、高圧コンデンサ
の容量を小さく切り替えているので、電力消費量は少な
い。フィルタ１９にパティキュレートが所定量捕集され
ると表示装置に捕集量を表示して、フィルタの目詰まり
状況を報知する。所定以上パティキュレートが捕集され
ると、フィルタの再生をする必要が生じるため、内燃機
関の使用者に報知する構成となっている。

【００５０】パティキュレートの加熱燃焼再生は、自動
的または手動で行う。再生開始命令が出されると、制御
部２７は高圧コンデンサ切り替え部３８を閉じて高圧コ
ンデンサ３５、３６を並列接続してコンデンサ容量を増
加させる。そして接点４６、４７、４８を所定のタイミ
ングで閉じることにより、パティキュレートを加熱し
て、助燃気体を供給し燃焼除去する。

【００５１】フィルタに捕集されたパティキュレートの
加熱再生は、次のような順序で行われる。再生命令後、
排気ガスはバルブ３１により切り替えられ、バイパス管
３２を通って排出される。高圧コンデンサ切替部３８が
高圧コンデンサの容量を大きくするように切り替わる。
フィルタ１９の再生制御指令が制御部２７より発せられ
る。この制御部２７の指令に基づいて、高周波発生装置
２０に駆動電力が供給される。このとき接点４７を導通
させることによりインバータ電源２９から電力が高圧ト
ランス３３供給される。高周波発生装置２０からの高周
波は導波管２１を伝送して加熱室１８内に給電される。
この際、捕集されたパティキュレートの物理量に応じて
高周波の供給時間が異なる。適当な時間経過後、フィル
タ１９のパティキュレートは燃焼可能温度に到達する。
この後に、送風手段２２が制御され適当な流量の気体を
フィルタ１９へ供給する。こうしてフィルタ１９のパテ
ィキュレートが燃焼を始め、時間を経てフィルタ１９の
ほぼ全域のパティキュレートが燃焼し除去される。な
お、高周波発生装置２０の動作はフィルタ１９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１９の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。その後は、パティキュ
レートの燃焼熱が送風手段２２からの気体の流れにそっ
て熱伝達が行われる。フィルタ再生が終了すると、終了
表示を行う。その後、バルブ３１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再
び行われる。

【００５２】上記構成においては、フィルタの再生時
は、バイパス管３２に排気ガスを流していたが、バイパ
ス管３２の替わりに、もう一つ排気ガスフィルタと再生
装置を設けて、交互に捕集再生してもよい。

【００５３】パティキュレートの捕集状態を知る検出手
段として加熱室内の高周波の電界を検出部でもとめるも
のを示したが、それに加えて、温度センサによるフィル
タの温度情報や、エンジン動作時間の積分値などの情報
を組合せることによって一層の捕集量精度の向上が図れ
る。すなわち、温度情報によりパティキュレートの誘電
損失の温度特性を補正することが可能であり、また、エ
ンジン動作時間情報により再生後のフィルタに残る未燃
焼パティキュレート量を推定可能となる。

【００５４】図４に、本発明の他の実施例の内燃機関用
フィルタ再生装置の回路図を示す。図２と同じ構成要素
は同符号をつけ、説明を省略する。

【００５５】図４において、高周波電源２８は電源トラ
ンス３４、高圧コンデンサ４９、高圧ダイオード３７に
より構成される。高周波発生装置２０としてのマグネト
ロンは約４ｋＶの直流電圧によって駆動され、高周波を
発振する。

【００５６】パティキュレートをフィルタ１９に捕集し
ているときの動作を説明する。制御部２７から定期的
（数十分毎）に、約１０秒程度、接点４６、４７を導通
させる信号を送出する。接点４６、４７が導通するとＡ
Ｃ−ＤＣインバータ２９が動作し、高周波発生装置２０
に電力が供給される。この際、インバータ２９のスイッ
チング素子の駆動デューティーオンオフ比は、１：２程
度以下ににしている。デューティー比が小さいのでイン
バータ２９の出力電圧が抑制され、高周波出力は、デュ
ーティー比１：１の時の３分の１以下となる。高周波発
生装置２０からの高周波はフィルタ１９に捕集されたパ
ティキュレートで減衰されて、受信部２４に到達する。
したがって、その受信された高周波の減衰量量でパティ
キュレート量を検出する。

【００５７】パティキュレートの加熱燃焼再生は、自動
的または手動で行う。再生開始命令が出されると、制御
部２７はインバータのスイッチング素子の駆動デューテ
ィー比をほぼ１：１として、高周波出力を増加してパテ
ィキュレートを加熱する。そして接点４６、４７、４８
を所定のタイミングで閉じることにより、パティキュレ
ートを燃焼除去する。再生命令後、排気ガスはバルブ３
１により切り替えられ、バイパス管３２を通って排出さ
れる。高圧コンデンサ切替部３８が高圧コンデンサの容
量を大きくするように切り替わる。フィルタ１９の再生
制御指令が制御部２７より発せられる。フィルタ再生が
終了すると、終了表示を行い、バルブ３１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
捕集が再び行われる。

【００５８】図５に、本発明の他の実施例の内燃機関用
フィルタ再生装置の回路図を示す。図２と同じ構成要素
は同符号をつけ、説明を省略する。

【００５９】図５において、高周波電源２８は電源トラ
ンス３４、高圧コンデンサ４９、高圧ダイオード３７に
より構成される。高周波発生装置２０としてのマグネト
ロンは約４ｋＶの直流電圧によって駆動され、高周波を
発振する。

【００６０】パティキュレートをフィルタ１９に捕集し
ているときの動作を説明する。インバータ電源２９のト
ランス部４１の二次巻線には、中間タップ５２が設けて
ありタップ切り替え部５３は、二次電圧が低くなるよう
に切り替えられている。制御部２７から定期的（数十分
毎）に、約１０秒程度、接点４６、４７を導通させる信
号を送出する。接点４６、４７が導通するとＡＣ−ＤＣ
インバータ２９が動作し、高周波発生装置２０に電力が
供給される。この際、インバータ２９のトランス部４１
の二次出力電圧はトランスの巻数比が少なくなるよう
に、出力がタップ５２に切り替えられている。高圧トラ
ンスの一次電圧が小さいので、高周波出力は少なく抑制
される。高周波発生装置２０からの高周波はフィルタ１
９に捕集されたパティキュレートで減衰されて、受信部
２４に到達する。したがって、その受信された高周波の
減衰量量でパティキュレート量を検出する。

【００６１】パティキュレートの加熱燃焼再生は、自動
的または手動で行う。再生開始命令が出されると、イン
バータ２９のトランス部４１の二次巻線は、タップ切り
替え部５１が巻数比が高くなるようにタップ切り替えさ
れる。こうして、高周波出力を増加してパティキュレー
トを加熱する。そして接点４６、４７、４８を所定のタ
イミングで閉じることにより、パティキュレートを燃焼
除去する。再生命令後、排気ガスはバルブ３１により切
り替えられ、バイパス管３２を通って排出される。フィ
ルタ再生が終了すると、終了表示を行い、バルブ３１が
制御され、フィルタ１８に排気ガスが流入され、パティ
キュレート捕集が再び行われる。

【００６２】図６に、本発明の他の実施例の内燃機関用
フィルタ再生装置の回路図を示す。図２と同じ構成要素
は同符号をつけ、説明を省略する。

【００６３】図６において、高周波電源２８は電源トラ
ンス３４、高圧コンデンサ４９、高圧ダイオード３７に
より構成される。高周波発生装置２０としてのマグネト
ロンは約４ｋＶの直流電圧によって駆動され、高周波を
発振する。

【００６４】パティキュレートをフィルタ１９に捕集し
ているときの動作を説明する。高圧トランス電源２８の
高圧トランス３４の一次巻線には、中間タップ５２が設
けてありタップ切り替え部５３は、二次電圧が低くなる
ように切り替えられている。制御部２７から定期的（数
十分毎）に、約１０秒程度、接点４６、４７を導通させ
る信号を送出する。接点４６、４７が導通するとＡＣ−
ＤＣインバータ２９が動作し、高周波発生装置２０に電
力が供給される。この際、高圧トランス３４のの二次出
力電圧はトランスの巻数比が少なくなるように、出力が
タップ５２に切り替えられている。二次電圧が小さいの
で、高周波出力は少なく抑制される。高周波発生装置２
０からの高周波はフィルタ１９に捕集されたパティキュ
レートで減衰されて、受信部２４に到達する。したがっ
て、その受信された高周波の減衰量量でパティキュレー
ト量を検出する。

【００６５】パティキュレートの加熱燃焼再生は、自動
的または手動で行う。再生開始命令が出されると、高圧
トランス電源２８の高圧トランス３４の一次巻線は、タ
ップ切り替え部５３が巻数比が高くなるようにタップ切
り替えされる。こうして、高周波出力を増加してパティ
キュレートを加熱する。そして接点４６、４７、４８を
所定のタイミングで閉じることにより、パティキュレー
トを燃焼除去する。再生命令後、排気ガスはバルブ３１
により切り替えられ、バイパス管３２を通って排出され
る。フィルタ再生が終了すると終了表示を行い、バルブ
３１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再び行われる。

【００６６】上記のような構成とすることで、高周波に
よりパティキュレートの捕集量が検出可能で、かつ、高
周波加熱によりパティキュレートの再生が可能な内燃機
関用フィルタ再生装置が実現できる。

【００６７】

【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。

【００６８】（１）フィルタに捕集されたパティキュレ
ートの量を測定するのに、高周波をフィルタに供給し
て、その減衰によって測定するので、エンジン動作状態
に影響されずに、捕集量を検出可能である。

【００６９】（２）パティキュレートの捕集量検出とパ
ティキュレートの加熱燃焼の両方に高周波加熱を利用し
ているため、加熱燃焼用にヒーターなどの別な加熱源を
用いることなく、パティキュレート捕集量検出と加熱燃
焼が可能である。

【００７０】（３）ＤＣ−ＡＣインバータを用いて、電
池をＡＣ電源に変換するため、高周波電源を商用電源で
動作する汎用の電源と共通にできる。

【００７１】（４）高周波の出力をパティキュレートの
捕集時と再生時で変化させることで省エネルギーとな
り、電池容量も少なくてすむ。

【００７２】（５）高圧コンデンサを切り替えること
で、高周波出力を可変する構成をとることで、電源電圧
変動の影響を少なく安定した低出力を得られるので、捕
集量検出精度の高くすることが可能である。

【００７３】（６）ＤＣ−ＡＣインバータのスイッチン
グ素子の駆動デューティー比を変えることで、高周波出
力を可変する構成をとることで、高周波出力を変えるた
めの部品が不要になる。

【００７４】（７）ＤＣ−ＡＣインバータの昇圧トラン
スの二次巻線にタップ切り替えを設けて、高周波を可変
する構成をとることで、高周波電源の高圧トランスは電
子レンジ用などの汎用の電源トランスを用いることがで
き、ＤＣ−ＡＣインバータ電源の駆動回路の制御も不要
である。

【００７５】（８）高周波電源の高圧トランスの一次巻
線にタップ切り替えを設けて、高周波を可変する構成を
とることで、ＤＣ−ＡＣインバータの駆動回路の制御が
不要となるとともに、電源電圧変動の影響を少なく安定
した低出力が得られるので、捕集量検出精度の高い内燃
機関用フィルタ再生装置が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一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】同内燃機関用フィルタ再生装置の主要部分の回
路構成図

【図３】同内燃機関用フィルタ再生装置の部分詳細図

【図４】本発明の他の実施例における内燃機関用フィル
タ再生装置の主要部分の回路構成図

【図５】本発明の他の実施例における内燃機関用フィル
タ再生装置の主要部分の回路構成図

【図６】本発明の他の実施例における内燃機関用フィル
タ再生装置の主要部分の回路構成図

【図７】従来例の内燃機関用フィルタ再生装置の構成図

【符号の説明】

１８加熱室１９フィルタ２０高周波発生装置２４捕集量検出手段２７制御部２８高圧トランス電源２９ＤＣ−ＡＣインバータ電源３４高圧トランス３５、３６高圧コンデンサ３７高圧ダイオード３８高圧リレー４１インバータトランス５０二次巻線接続タップ５２一次巻線接続タップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者垰統雄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

【特許請求の範囲】

【請求項１】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、
前記加熱室に設けた高周波受信部からなる捕集量検出手
段と、前記高周波発生装置に電力を供給する高圧トラン
ス電源と、前記高周波発生装置の高周波出力を捕集量検
出時には少なく、加熱再生時にはより大きくする出力制
御部を備えた内燃機関用フィルタ再生装置。
【請求項２】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、
前記加熱室に設けた高周波受信部からなる捕集量検出手
段と、前記高周波発生装置に電力を供給する高圧トラン
ス電源を備え、少なくとも前記捕集量検出手段の検出信
号が所定値以上の場合には、前記高周波発生装置の高周
波出力を少なくする構成とした内燃機関用フィルタ再生
装置。
【請求項３】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、
前記加熱室に設けた高周波受信部からなる捕集量検出手
段と、前記高周波発生装置に電力を供給するための二次
側に高圧コンデンサと高圧ダイオードを備えた高圧トラ
ンス電源と、前記高圧コンデンサの容量を切り替える高
圧リレーを備え、少なくとも前記捕集量検出手段の検出
信号が所定値以上の場合に前記高圧リレーによって前記
高圧コンデンサの容量を小さく切り替える構成とした内
燃機関用フィルタ再生装置。
【請求項４】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、
前記加熱室に設けた高周波受信部からなる捕集量検出手
段と、前記高周波発生装置に電力を供給するための高圧
トランス電源と、前記高圧トランス電源に電力を供給す
るＤＣ−ＡＣインバータ電源を備え、前記ＤＣ−ＡＣイ
ンバータのスイッチング素子の駆動デューティー比を前
記捕集量検出手段の検出信号に応じて異なるデューティ
ー比に切り替える構成とした内燃機関用フィルタ再生装
置。
【請求項５】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、
前記加熱室に設けた高周波受信部からなる捕集量検出手
段と、前記高周波発生装置に電力を供給するための高圧
トランス電源と、前記高圧トランス電源に電力を供給す
るＤＣ−ＡＣインバータ電源とを備え、前記ＤＣ−ＡＣ
インバータ電源のインバータトランスは二次巻線の途中
にタップを設け、少なくとも前記捕集量検出手段の検出
信号が所定値以上の場合に前記インバータトランスの二
次巻線の接続タップを切り替えインバータの巻数比を小
さくする構成とした内燃機関用フィルタ再生装置。
【請求項６】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、
前記加熱室に設けた高周波受信部に得られる物理量を検
出する捕集量検出手段と、高周波発生装置に電力を供給
するための高圧トランス電源と、前記高圧トランス電源
に電力を供給するＤＣ−ＡＣインバータ電源とを備え、
前記高圧トランス電源の高圧トランスは一次巻線の途中
にタップを設け、少なくとも前記捕集量検出手段の検出
信号が所定値以上の場合に前記高圧トランスの一次巻線
の接続タップを切り替え高圧トランスの巻数比を小さく
する構成とした内燃機関用フィルタ再生装置。
【請求項７】前記高圧トランス電源に電池から電力を供
給する構成とした請求項１、２、３、４、５のいずれか
１項に記載の内燃機関用フィルタ再生装置。