KR20160144917A - 내연 기관의 배기 정화 시스템 - Google Patents

내연 기관의 배기 정화 시스템 Download PDF

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Abstract

내연 기관의 배기 정화 시스템은, 하우징, 배기 정화 촉매, 및 마이크로파 조사 장치를 포함한다. 상기 하우징은 상기 내연 기관의 배기 통로 내에 배치된다. 상기 배기 정화 촉매는 상기 하우징 내에 배치된다. 상기 배기 정화 촉매는, 상기 내연 기관의 배기 가스를 정화하도록 구성된다. 상기 마이크로파 조사 장치는, 상기 배기 통로 내에 있어서의 상기 배기 정화 촉매의 상류측 또는 하류측에 배치된다. 상기 마이크로파 조사 장치는, 상기 배기 정화 촉매를 향해서 소정 주파수의 마이크로파를 조사하여, 상기 하우징 내에, 상기 마이크로파에 의해, 자계 강도가 상기 자계 강도의 최댓값의 소정 비율 이상으로 되는 고자계 영역과, 전계 강도가 상기 전계 강도의 최댓값의 소정 비율 이상으로 되는 고전계 영역을 갖고, 상기 자계 강도가 최댓값을 취하는 위치와 상기 전계 강도가 최댓값을 취하는 위치가 서로 다른 정재파가 형성되도록 구성된다. 상기 배기 정화 촉매는 담체 기재와 상기 배기 가스를 정화하는 촉매 물질을 구비한다. 상기 촉매 물질은 상기 담체 기재 상에 배치된다. 상기 담체 기재는 자성체 영역과 유전체 영역을 구비한다. 상기 담체 기재의 상기 자성체 영역은 상기 하우징 내의 상기 고자계 영역에 배치된다. 상기 담체 기재의 상기 유전체 영역은 상기 하우징 내의 상기 고전계 영역에 배치된다. 상기 자성체 영역은 상기 마이크로파를 흡수하는 자성체를 갖는다. 상기 유전체 영역은 상기 마이크로파를 흡수하는 유전체를 갖는다.

Description

내연 기관의 배기 정화 시스템{EXHAUST GAS CONTROL SYSTEM FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연 기관의 배기 정화 시스템에 관한 것이다.
공기 통로 내에 배치되고, 공기를 정화하는 공기 정화 촉매와, 공기 통로 내에 있어서의 공기 정화 촉매의 상류측에 배치되고, 공기 정화 촉매를 향해서 소정 주파수의 마이크로파를 조사하는 마이크로파 조사 장치를 구비하고, 공기 정화 촉매는, 담체 기재와, 담체 기재 상에 배치되어, 공기를 정화하는 촉매 물질을 구비하고, 담체 기재는 마이크로파를 흡수 가능한 발열체를 포함하고, 발열체는 마이크로파 조사 장치로부터의 마이크로파를 흡수해서 발열하는, 공기 청정기가 알려져 있다(예를 들어, 일본 특허공개 제2006-158947 참조).
촉매 물질은 일반적으로는 활성화 온도 이상이 되지 않으면 촉매로서 기능하지 않는다. 따라서, 일본 특허공개 제2006-158947에서는, 마이크로파로 발열체를 발열시킴으로써, 담체 기재를 가열하여, 그것에 의해 담체 기재 상의 촉매 물질을 활성화 온도 이상으로 가열하고 있다.
일본 특허공개 제2006-158947에서는, 공기 정화 촉매가 배치된 공기 통로는 전자파 차폐 부재로 피복되어 있다. 따라서, 일본 특허공개 제2006-158947에는 명시되어 있지 않지만, 전자파 차폐 부재에 피복된 공기 통로 내에 마이크로파의 진행파와 반사파가 합성된 정재파가 형성되고, 발열체는 마이크로파의 정재파를 흡수해서 발열한다. 여기서, 정재파는 전계 강도가 비교적 큰 고전계 영역과 비교적 작은 저전계 영역을 갖는다. 이때, 발열체로서 유전체를 사용하면, 고전계 영역에서는 발열체가 발열하지만, 저전계 영역에서는 발열체가 그다지 발열하지 않아, 그로 인해 담체 기재 중에 충분히 발열하는 영역과 그다지 발열하지 않는 영역이 생긴다. 그 결과, 담체 기재 상의 촉매 물질을 균일하게 가열할 수 없을 우려가 있다. 여기서, 상기 일본 특허공개 제2006-158947에서의 공기 정화 촉매의 가열 방법은, 내연 기관의 배기 정화 촉매를 가열하는 방법에도 적용 가능하다. 그러나, 그 경우에도 담체 기재 상의 촉매 물질을 균일하게 가열할 수 없을 우려가 있는 것에 변함은 없다. 그 결과, 배기 정화 촉매에 의해 배기 가스를 충분히 정화할 수 없을 우려가 있다.
본 발명은, 마이크로파 조사 장치를 사용해서 내연 기관의 배기 정화 촉매를 대체로 균일하게 가열하는 배기 정화 시스템을 제공한다. 본 발명의 하나의 형태에 관한 내연 기관의 배기 정화 시스템은, 하우징, 배기 정화 촉매, 및 마이크로파 조사 장치를 포함한다. 상기 하우징은 상기 내연 기관의 배기 통로 내에 배치된다. 상기 배기 정화 촉매는 상기 하우징 내에 배치된다. 상기 배기 정화 촉매는, 상기 내연 기관의 배기 가스를 정화하도록 구성된다. 상기 마이크로파 조사 장치는 상기 배기 통로 내에 있어서의 상기 배기 정화 촉매의 상류측 또는 하류측에 배치된다. 상기 마이크로파 조사 장치는, 상기 배기 정화 촉매를 향해서 소정 주파수의 마이크로파를 조사하여, 상기 하우징 내에, 상기 마이크로파에 의해, 자계 강도가 상기 자계 강도의 최댓값의 소정 비율 이상으로 되는 고자계 영역과, 전계 강도가 상기 전계 강도의 최댓값의 소정 비율 이상으로 되는 고전계 영역을 갖고, 상기 자계 강도가 최댓값을 취하는 위치와 상기 전계 강도가 최댓값을 취하는 위치가 서로 다른 정재파가 형성되도록 구성된다. 상기 배기 정화 촉매는 담체 기재와 상기 배기 가스를 정화하는 촉매 물질을 구비한다. 상기 촉매 물질은 상기 담체 기재 상에 배치된다. 상기 담체 기재는 자성체 영역과 유전체 영역을 구비한다. 상기 담체 기재의 상기 자성체 영역은 상기 하우징 내의 상기 고자계 영역에 배치된다. 상기 담체 기재의 상기 유전체 영역은 상기 하우징 내의 상기 고전계 영역에 배치된다. 상기 자성체 영역은 상기 마이크로파를 흡수하는 자성체를 갖는다. 상기 유전체 영역은 상기 마이크로파를 흡수하는 유전체를 갖는다.
상기 형태에 관한 배기 정화 시스템에 의하면, 촉매 물질을 대체로 균일하게 가열할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시 양태의 특징, 이점과, 기술적 및 산업적 의의는 첨부된 도면을 참조로 하기에 기술될 것이며, 도면에서의 유사 번호는 유사 요소를 나타내는 것이고, 여기서:
도 1은, 배기 정화 시스템이 적용된 내연 기관의 전체도이다.
도 2a는, 스타트 업 배기 정화 촉매의 정면도이다.
도 2b는, 스타트 업 배기 정화 촉매의 측면 단면도이다.
도 3은, 자성체의 특성을 나타내는 그래프이다.
도 4는, 유전체의 특성을 나타내는 그래프이다.
도 5는, 마이크로파 조사 장치의 동작을 설명하는 도면이다.
도 6은, 정재파의 특성을 나타내는 모식도이다.
도 7은, 스타트 업 배기 정화 촉매의 모식도이다.
도 8은, 스타트 업 배기 정화 촉매의 격벽의 부분 확대 단면도이다.
도 9는, 자성체 및 유전체의 특성을 나타내는 그래프이다.
도 10은, 다른 실시예의 스타트 업 배기 정화 촉매의 모식도이다.
도 11은, 배기 정화 시스템의 촉매 온도 제어의 흐름도이다.
도 12는, 또 다른 실시예의 스타트 업 배기 정화 촉매의 모식도이다.
도 13은, 또 다른 실시예의 스타트 업 배기 정화 촉매의 격벽의 부분 확대 단면도이다.
도 14는, 정재파의 특성을 나타내는 모식도이다.
도 15는, 또 다른 실시예의 스타트 업 배기 정화 촉매의 모식도이다.
도 16은, 또 다른 실시예의 스타트 업 배기 정화 촉매의 모식도이다.
도 17은, 하우징 내에서의 위치 어긋남이 없는 정재파의 모식도이다.
도 18은, 하우징 내에서의 위치 어긋남이 있는 정재파의 일례의 모식도이다.
도 19는, 주파수의 변화량 Δω의 맵을 나타내는 도면이다.
도 20은, 또 다른 실시예의 위치 어긋남 보정을 포함하는 마이크로파의 조사 제어의 흐름도이다.
도 21은, 위상의 변화량 Δφ의 맵을 나타내는 도면이다.
도 22는, 2개의 마이크로파 조사 장치의 동작을 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 압축 착화식 내연 기관의 본체(1)에는, 각 기통의 연소실(2), 연소실(2) 내에 연료를 분사하기 위한 전자 제어식 연료 분사 밸브(3), 흡기 매니폴드(4) 및 배기 매니폴드(5)가 설치되어 있다. 흡기 매니폴드(4)는 흡기 덕트(6)를 통해 배기 터보 과급기(7)의 압축기(7c)의 출구에 연결되고, 압축기(7c)의 입구는 흡기 도입관(8)을 통해 에어 플로우미터(9) 및 에어 클리너(10)에 순차 연결된다. 흡기 덕트(6) 내에는 전기 제어식 스로틀 밸브(11)가 배치되고, 또한 흡기 덕트(6) 주위에는 흡기 덕트(6) 내를 흐르는 흡입 공기를 냉각하기 위한 냉각 장치(12)가 배치된다. 한편, 배기 매니폴드(5)는 배기 터보 과급기(7)의 배기 터빈(7t)의 입구에 연결되고, 배기 터빈(7t)의 출구는 기관 배기 통로로서의 배기관(21)에 연결된다. 배기관(21)에는 배기 후 처리 시스템(20)이 연결된다.
각 연료 분사 밸브(3)는 연료 공급관(13)을 통해 커먼 레일(14)에 연결되고, 이 커먼 레일(14)은 전기 제어식의 토출량 가변의 연료 펌프(15)를 통해 연료 탱크(16)에 연결된다. 연료 탱크(16) 내에는 연료가 액체의 형태로 저장되어 있다. 연료 탱크(16) 내의 연료는 연료 펌프(15)에 의해 커먼 레일(14) 내에 공급되고, 커먼 레일(14) 내에 공급된 연료는 각 연료 공급관(13)을 통해 연료 분사 밸브(3)에 공급된다. 본 발명에 의한 실시예에서는 이 연료는 경유로 구성된다. 도시하지 않은 다른 실시예에서는, 내연 기관은 희박 공연비를 기초로 연소가 행해지는 불꽃 점화식 내연 기관으로 구성된다. 이 경우에는 연료는 가솔린으로 구성된다.
배기 매니폴드(5)와 흡기 매니폴드(4)는 배기 가스 재순환(이하, 'EGR'이라고 함) 통로(17)를 통해 서로 연결되고, EGR 통로(17) 내에는 전기 제어식 EGR 제어 밸브(18)가 배치된다. 또한, EGR 통로(17) 주위에는 EGR 통로(17) 내를 흐르는 EGR 가스를 냉각하기 위한 냉각 장치(19)가 배치된다.
도 1에 도시한 실시예에서는, 배기 후 처리 시스템(20)은 스타트 업 배기 정화 장치(22)를 구비한다. 배기 터빈(7t) 하류의 배기관(21)에는 스타트 업 배기 정화 장치(22)의 하우징(23)의 입구가 연결되고, 하우징(23)의 출구는 배기관(21a)에 연결된다. 하우징(23) 내에는 스타트 업 배기 정화 촉매(24)가 배치된다. 도 1에 도시한 실시예에서는 스타트 업 배기 정화 촉매(24)는 담체 기재와, 담체 기재 상에 담지된 배기 정화 촉매를 포함한다. 배기 정화 촉매는 비교적 소용량이며, 단시간 중에 활성화하는, 즉 난기가 끝나게 되어 있다. 도 1에 도시한 실시예에서는 배기 정화 촉매는 3원 촉매이다. 3원 촉매는 담체 기재 전체적으로 대체로 균일하게 담지된다. 또한, 배기 후 처리 시스템(20)은 마이크로파 조사 장치(50)를 더 구비한다. 스타트 업 배기 정화 장치(22) 상류에 위치하는 배기관(21)에는 마이크로파 조사 장치(50)의 마이크로파 방사기(53)가 배치된다. 마이크로파 방사기(53)에는 전송로(52)를 통해 마이크로파 발진기(51)가 접속된다. 마이크로파 방사기(53)는 마이크로파를 방사하고, 마이크로파를 수신한다. 마이크로파 방사기(53)로서는 예를 들어 루프 안테나와 같은 안테나가 사용된다. 마이크로파 발진기(51)는 마이크로파를 발생하고, 발생하는 마이크로파의 주파수 및 위상을 변경 가능하며, 수신된 마이크로파의 주파수, 위상 및 강도를 계측 가능하다. 단, 마이크로파는 진행파, 반사파 또는 그들을 합성한 합성파, 즉 정재파이다. 마이크로파 발진기(51)로서는 예를 들어 건 다이오드와 같은 반도체 소자를 사용한 반도체 발진기가 사용된다. 전송로(52)는 마이크로파 발진기(51)에서 발생시킨 마이크로파를 마이크로파 방사기(53)로 전송하고, 마이크로파 방사기(53)에 의해 수신된 마이크로파를 마이크로파 발진기(51)로 전송한다. 전송로(52)로서는 예를 들어 동축 케이블이 사용된다. 마이크로파 발진기(51)에서 발생시킨 마이크로파는 전송로(52)를 경유해서 마이크로파 방사기(53)로부터 스타트 업 배기 정화 촉매(24)를 향해서 방사되고, 스타트 업 배기 정화 촉매(24)를 가열한다. 도 1에 도시한 실시예에서는 마이크로파의 주파수는 2.45㎓이다.
또한, 배기 후 처리 시스템(20)은 주 배기 정화 장치(25)를 더 구비한다. 스타트 업 배기 정화 장치(22) 하류의 배기관(21a)에는 주 배기 정화 장치(25)의 하우징(26)의 입구가 연결되고, 하우징(26)의 출구는 배기관(21b)에 연결된다. 하우징(26) 내에는 주 배기 정화 촉매(27)가 배치된다. 도 1에 도시한 실시예에서는 주 배기 정화 촉매(27)는 배기 가스 중의 입자상 물질을 포집하는 파티큘레이트 필터와, 파티큘레이트 필터 상에 담지되고, NOx를 정화하는 NOx 흡장 환원 촉매로 구성된다. 또한, 주 배기 정화 촉매(27) 상류에 위치하는 배기관(21a)에는, 탄화수소 내지 연료를 액체의 형태로 2차적으로 공급하는 전자식의 첨가 밸브(28)가 설치된다. 첨가 밸브(28)는 도시하지 않은 별도의 연료 펌프를 통해 연료 탱크(16)에 연결된다. 연료 탱크(16) 내의 연료는 다른 연료 펌프에 의해 첨가 밸브(28)에 공급되고, 계속해서 첨가 밸브(28)에 의해 주 배기 정화 촉매(27)에 공급된다.
전자 제어 유닛(30)은 디지털 컴퓨터로 이루어지고, 쌍방향성 버스(31)에 의해 서로 접속된 ROM(리드 온리 메모리)(32), RAM(랜덤 액세스 메모리)(33), CPU(마이크로프로세서)(34), 입력 포트(35) 및 출력 포트(36)를 구비한다. 스타트 업 배기 정화 촉매(24) 하류의 하우징(23) 내에는, 스타트 업 배기 정화 촉매(24)로부터 유출되는 배기 가스의 온도를 검출하는 온도 센서(61)가 설치된다. 이 배기 가스의 온도는 스타트 업 배기 정화 촉매(24)의 온도를 나타내고 있다. 또한, 하우징(26)에는 주 배기 정화 촉매(27)의 전후 차압을 검출하는 차압 센서(62)가 설치된다. 에어 플로우미터(9), 마이크로파 발진기(51), 온도 센서(61) 및 차압 센서(62)의 출력 전압은 각각 대응하는 AD 변환기(37)를 통해 입력 포트(35)에 입력된다. 또한, 액셀러레이터 페달(39)에는 액셀러레이터 페달(39)의 답입량에 비례한 출력 전압을 발생하는 부하 센서(40)가 접속되고, 부하 센서(40)의 출력 전압은 대응하는 AD 변환기(37)를 통해 입력 포트(35)에 입력된다. 또한, 크랭크 샤프트가 예를 들어 30° 회전할 때마다 출력 펄스를 발생하는 크랭크각 센서(41)가 입력 포트(35)에 접속된다. CPU(34)에서는 크랭크각 센서(41)로부터의 출력 펄스에 기초하여 기관 회전 수가 산출된다. 한편, 출력 포트(36)는 대응하는 구동 회로(38)를 통해 연료 분사 밸브(3), 스로틀 밸브(11)의 구동 장치, 연료 펌프(15), EGR 제어 밸브(18), 마이크로파 발진기(51), 첨가 밸브(28), 및 다른 연료 펌프(도시 생략)에 접속된다.
도 1에 도시한 실시예에서는, 스타트 업 배기 정화 장치(22)의 스타트 업 배기 정화 촉매(24)는 상세하게는 이하의 구성을 갖고 있다. 도 2a 및 도 2b는 각각 스타트 업 배기 정화 촉매(24)의 구성예를 나타내는 정면도 및 측면 단면도이다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 스타트 업 배기 정화 촉매(24)는 스트레이트 플로우형 하니컴 구조를 갖는 담체 기재(70)를 구비하고, 스타트 업 배기 정화 촉매(24)의 형상, 즉 담체 기재(70)의 형상은 대체로 원기둥이다. 담체 기재(70)는 서로 평행을 이뤄서 연장되는 복수 개의 배기 유통로(71)와 이들 배기 유통로(71)를 서로 이격하는 격벽(72)을 갖는다. 배기 유통로(71)는 상류단 및 하류단이 개방된 배기 가스 통로에 의해 구성되어 있으며, 도 2b에 화살표로 나타낸 바와 같이, 배기 가스는 배기 유통로(71)에 상류단으로부터 유입되고, 하류단으로부터 유출된다.
도 1에 도시한 실시예에서는, 주 배기 정화 장치(25)의 주 배기 정화 촉매(27)의 파티큘레이트 필터는 월 플로우형 하니컴 구조를 갖는다. 기관 흡기 통로, 연소실(2) 및 주 배기 정화 촉매(27) 상류의 배기 통로 내에 공급된 공기 및 연료 내지 탄화수소의 비를 배기 가스의 공연비라고 칭하고, 흡수와 흡착을 포함하는 용어로서 흡장이라는 용어를 사용하면, 파티큘레이트 필터 상의 NOx 흡장 환원 촉매는, 배기 가스의 공연비가 희박할 때에는 NOx를 흡장하고, 배기 가스 중의 산소 농도가 저하되면 흡장한 NOx를 방출하여 환원하는 기능을 갖는다. NOx 흡장 환원 촉매는, 백금(Pt)을 포함하는 귀금속 촉매와, 칼륨(K)과 같은 알칼리 금속 원소, 바륨(Ba)과 같은 알칼리 토금속 원소, 란탄(La)과 같은 희토류 원소 및 은(Ag)과 같은 NOx에 전자를 제공할 수 있는 금속을 포함하는 염기성층을 구비한다.
도 1에 도시한 실시예에서는, 연소실(2)에 있어서 산소 과잉을 기초로 연소가 행해진다. 그 경우, NOx 흡장 환원 촉매로의 유입 배기 가스의 공연비는 희박하게 유지되고, 이때 유입 배기 가스 중의 NOx는 NOx 흡장 환원 촉매 내에 흡장된다. 그리고, NOx 흡장 환원 촉매 내에 흡장된 NOx가 미리 설정된 임계값량을 초과하면 첨가 밸브(28)로부터 연료가 2차적으로 공급되고, 유입 배기 가스의 공연비가 풍부 또는 이론 공연비가 된다. 공연비가 풍부 또는 이론 공연비가 됨으로써, NOx 흡장 환원 촉매로부터 NOx가 방출되고 환원되어 질소 가스로 되고, 배기 가스가 정화되어 배출된다.
상세는 후술하지만, 스타트 업 배기 정화 촉매(24)의 담체 기재는, 마이크로파 조사 장치(50)로부터 출력되는 소정 주파수(예시: 2.45㎓)의 마이크로파를 흡수 가능한 자성체와, 그 소정 주파수의 마이크로파를 흡수 가능한 유전체를 포함하고 있다.
담체 기재 내의 자성체를 포함해, 자성체는 일반적으로 도 3에 도시한 특성을 갖는다. 도 3에 있어서 횡축은 온도 T이며, 종축은 자성체의 마이크로파 흡수율 α1이다. 단, 마이크로파의 흡수율 α1은, 자성체에 조사된 소정 주파수(예시: 2.45㎓)의 마이크로파의 에너지에 대한 자성체에 흡수된 마이크로파의 에너지 비율이다. 도면 중의 선 DH가 나타내는 바와 같이, 자성체에서는, 마이크로파의 흡수율 α1은 온도 T의 상승과 함께 단조롭게 감소한다. 담체 기재 내의 자성체의 재료로서는, 철(Fe), 코발트(Co) 및 니켈(Ni) 또는 그들의 조합과 같은 강자성체와, 페라이트(Fe3O4)와 같은 페리 자성체가 예시된다.
담체 기재 내의 유전체를 포함해, 유전체는 일반적으로 도 4에 도시한 특성을 갖는다. 도 4에 있어서 횡축은 온도 T이며, 종축은 유전체의 마이크로파 흡수율 α2이다. 단, 마이크로파의 흡수율 α2란, 유전체에 조사된 소정 주파수(예시: 2.45㎓)의 마이크로파의 에너지에 대한 유전체에 흡수된 마이크로파의 에너지 비율이다. 도면 중의 선 DE가 나타내는 바와 같이, 유전체에서는, 마이크로파의 흡수율 α2는 온도 T의 상승과 함께 단조롭게 증가한다. 담체 기재 내의 유전체의 재료로서는, 탄화규소(SiC), 산화알루미늄(Al2O3), 탄화붕소(B4C), 티타늄산스트론튬(SrTiO3), 지르코니아(ZrO2), 이트리아(Y2O3) 및 티타늄산지르콘산납(PZT)과 같은 산화물이나 탄화물이 예시된다.
담체 기재 내의 유전체는 담체 기재 내의 자성체와는 서로 다른 재료이다. 또한, 담체 기재 내의 자성체는 자계의 에너지를 흡수할 뿐만 아니라, 전계의 에너지를 흡수하는 것이어도 된다. 또한, 담체 기재 내의 유전체는 전계의 에너지를 흡수할 뿐만 아니라, 자계의 에너지를 흡수하는 것이어도 된다. 단, 자성체에 의한 자계의 에너지 흡수량은 유전체에 의한 자계의 에너지 흡수량보다도 크다. 또한, 유전체에 의한 전계의 에너지 흡수량은 자성체에 의한 전계의 에너지 흡수량보다도 크다.
담체 기재는 소정 주파수(예시: 2.45㎓)의 마이크로파가 대체로 투과 가능한 다공질 재료로 형성된다. 담체 기재의 재료로서는, 예를 들어 코디에라이트(2MgO·2Al2O3·5SiO2), 실리카(SiO2), 멀라이트(3Al2O3·2SiO2)와 같은 세라믹을 들 수 있다.
촉매 물질인 3원 촉매는, 배기 가스 중의 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC) 및 질소산화물(NOx)을 각각 정화한다. 3원 촉매로서는, 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 및 로듐(Rh)으로 이루어지는 귀금속 촉매가, 세리아(CeO2) 및 세리아(CeO2)-지르코니아(ZrO2)와 같은 산화물 담체에 담지된 촉매에 예시된다.
다음으로, 도 5 내지 도 7을 참조하여, 마이크로파 조사 장치(50)에 의해 스타트 업 배기 정화 촉매(24)의 하우징(23) 내에 발생하는 매크로파의 진행파와 반사파가 합성된 정재파에 대하여 설명한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 마이크로파 방사기(53)로부터 스타트 업 배기 정화 촉매(24)를 향해서 방사된 마이크로파의 진행파 MWi는 하우징(23)의 입구단(23i)으로부터 하우징(23)으로 진입한다. 이때, 하우징(23)의 내부는 스타트 업 배기 정화 촉매(24)로 거의 채워져 있지만, 스타트 업 배기 정화 촉매(24)의 대부분을 차지하는 담체 기재(70)는 마이크로파가 대체로 투과 가능한 재료로 형성되어 있다. 따라서, 하우징(23)의 내부는 마이크로파에 있어서 공동(캐비티)이며, 마이크로파의 진행파 MWi는 스타트 업 배기 정화 촉매(24)에 대부분 방해받지 않고 하우징(23) 내를 진행할 수 있다. 그리고, 하우징(23) 내에서는 마이크로파의 진행파 MWi와 진행파 MWi가 하우징(23) 내의 벽면(23w)에 반사해서 발생하는 반사파 MWr이 중첩되어 하우징(23) 내에 3차원적으로 퍼지는 정재파가 형성된다. 따라서, 정재파는 하우징(23) 내에 스타트 업 배기 정화 촉매(24)와 겹치도록 형성된다. 또한, 도시하지 않은 다른 실시예에서는, 마이크로파가 하우징(23)의 출구단(23o)으로부터 배기관(21)으로 누출되는 것을 방지하는 금망과 같은 전파 차폐 부재가 출구단(23o)에 배치된다.
도 6은 정재파의 특성을 나타내는 모식도이다. 단, 상측의 도면은 하우징(23)의 측면도이다. 하우징(23)은, 하우징(23)의 입구단(23i)으로부터 출구단(23o)을 향하는 방향이 길이 방향이 되도록 형성되어 있으며, C1은 그 길이 방향에 평행한 하우징(23)의 길이 방향 중심선을 나타낸다. 도 6에 도시한 실시예에서는, 하우징(23)의 길이 방향은 배기 가스의 흐름 방향을 따르고 있다. 하측의 도면은 길이 방향 중심선 C1 위의 위치에서의 하우징(23) 내에 형성되는 정재파의 자계 강도 IH 및 전계 강도 IE를 나타내는 그래프이다. 횡축은 길이 방향 중심선 C1 위의 하우징(23)에서의 위치 P를 나타내고, 종축은 자계 강도 IH 및 전계 강도 IE를 나타낸다. 그래프에서는, 정재파의 자계 성분 SWH에서 자계 강도를 나타내고, 정재파의 전계 성분 SWE에서 전계 강도를 나타낸다. 또한, 도 5에 도시한 실시예에서는, 마이크로파 방사기(53)는 루프 안테나이며, 하우징(23)의 입구 부근에 배치되어 있다. 또한, 그 안테나는, 하우징(23)의 길이 방향 중심선 C1의 연장선 위에 배치되어 있다.
도 6의 하측의 도면에 도시한 바와 같이, 정재파의 자계 성분 SWH로서, 자계 강도 IH가 큰 고자계 영역(91)과 자계 강도 IH가 작은 저자계 영역(93)이 교대로 반복하도록 길이 방향 중심선 C1을 따라 하우징(23) 내에 분포한다. 또한, 정재파의 전계 성분 SWE로서, 전계 강도 IE가 큰 고전계 영역(92)과 전계 강도 IE가 작은 저전계 영역(94)이 교대로 반복하도록 길이 방향 중심선 C1을 따라 하우징(23) 내에 분포한다. 단, 고자계 영역(91)은 자계 강도 IH가 그 최댓값 IHM의 소정 비율(예시: 50%) 이상, 즉 자계 강도 IHTH 이상으로 되는 하우징(23) 내의 영역이다. 저자계 영역(93)은 자계 강도 IH가 그 최댓값 IHM의 소정 비율 미만, 즉 자계 강도 IHTH 미만으로 되는 하우징(23) 내의 영역이다. 또한, 고전계 영역(92)은 전계 강도 IE가 그 최댓값 IEM의 소정 비율(예시: 50%) 이상, 즉 전계 강도 IETH 이상으로 되는 하우징(23) 내의 영역이다. 저전계 영역(94)은 전계 강도 IE가 그 최댓값 IEM의 소정 비율 미만, 즉 전계 강도 IETH 미만으로 되는 하우징(23) 내의 영역이다. 도 6에 도시한 실시예에서는, 고자계 영역(91)은 하우징(23) 내의 위치 P10[입구단(23i)]으로부터 위치 P11까지의 영역 및 위치 P12로부터 위치 P13까지의 영역이다. 고전계 영역(92)은 하우징(23) 내의 위치 P11로부터 위치 P12까지의 영역 및 위치 P13으로부터 위치 P14[출구단(23o)]까지의 영역이다.
또한, 하우징(23) 내에 형성되는 정재파에서는, 자계 성분 SWH의 위상과 전계 성분 SHE의 위상은 서로 어긋난다. 바꿔 말하면, 자계 성분 SWH가 피크를 나타내는(자계 강도가 최댓값을 취하는) 위치와 전계 성분 SWE가 피크를 나타내는(전계 강도가 최댓값을 취하는) 위치가 서로 달라, 서로 어긋난다. 예를 들어, 도 6의 하측의 도면에 도시한 실시예에서는, 자계 성분 SWH가 피크 Hp를 나타내는 위치와 전계 성분 SWE가 피크 Ep를 나타내는 위치가 어긋나는 것으로 나타낸 바와 같이, 자계 성분 SWH의 위상과 전계 성분 SHE의 위상이 길이 방향 중심선 C1을 따라 서로 1/2 파장만큼 어긋난다. 그로 인해, 고자계 영역(91)과 고전계 영역(92)은 길이 방향으로 서로 1/2 파장만큼 어긋나고, 저자계 영역(93)과 저전계 영역(94)은 서로 1/2 파장만큼 어긋난다. 바꿔 말하면, 하우징(23) 내에서는, 고자계 영역(91)과 고전계 영역(92)이 길이 방향으로 교대로 반복하도록 분포한다. 또한, 정재파의 형상이나 위상의 어긋남 정도는, 마이크로파의 주파수 및 하우징(23)의 형상 등에 의해 정해진다.
본 실시예에서는, 길이 방향 중심선 C1 위의 위치에서의 자계 강도 및 전계 강도의 분포, 즉 도 6의 하측의 도면의 분포가, 하우징(23) 내 전체의 자계 강도 및 전계 강도의 분포를 대표하기로 한다. 구체적으로는 이하에 나타내는 바와 같다. 우선, 도 6의 상측의 도면에 도시한 하우징(23)에 있어서, 길이 방향 중심선 C1에 수직인 면 SV에서 하우징(23)을 가상적으로 둥글게 자른 박육 원기둥 형상의 영역(91a, 92a)을 생각한다. 여기서, 영역(91a)의 위치가 고자계 영역(91)의 위치에 대응하고, 영역(92a)의 위치가 고전계 영역(92)의 위치에 대응하도록 영역(91a, 92a)을 형성한다. 즉, 길이 방향 중심선 C1 위의 위치로 나타내면, 영역(91a)은 위치 P10으로부터 위치 P11까지의 영역 및 위치 P12로부터 위치 P13까지의 영역이며, 영역(92a)은 위치 P11로부터 위치 P12까지의 영역 및 위치 P13으로부터 위치 P14까지의 영역이다. 그리고, 영역(91a) 전체가 고자계 영역(91)인 것으로 하고, 영역(92a) 전체가 고전계 영역(92)인 것으로 한다. 이 경우, 하우징(23) 내의 자계 강도 및 전계 강도의 분포는, 고자계 영역(91)인 영역(91a)과 고전계 영역(92)인 영역(92a)이 길이 방향 중심선 C1을 따라 교대로 배열한 분포로 된다.
이와 같은 자계 강도 및 전계 강도의 분포를 갖는 하우징(23) 내에 스타트 업 배기 정화 촉매(24)가 배치된다. 여기서, 하우징(23)의 내부 공간의 형상과 스타트 업 배기 정화 촉매(24)의 외형은 거의 일치하고 있다. 따라서, 하우징(23)의 길이 방향은 스타트 업 배기 정화 촉매(24)(담체 기재)의 길이 방향과 일치하고, 하우징(23)의 길이 방향 중심선 C1은 스타트 업 배기 정화 촉매(24)의 길이 방향 중심선과 일치한다. 따라서, 이하에서는 스타트 업 배기 정화 촉매(24)의 길이 방향 중심선에 대해서도 C1이라 기재한다. 또한, 하우징(23) 내의 입구단(23i)의 위치 P10으로부터 출구단(23o)의 위치 P14까지의 영역에 스타트 업 배기 정화 촉매(24)가 배치된다. 따라서, 길이 방향 중심선 C1 위의 하우징(23)의 위치 P를 특정함으로써, 길이 방향 중심선 C1 위의 스타트 업 배기 정화 촉매(24)의 위치를 특정할 수 있다. 따라서, 이하에서는 스타트 업 배기 정화 촉매(24) 중 위치에 대해서도 위치 P(예시: 위치 P10)라 기재한다.
도 7은 스타트 업 배기 정화 촉매의 모식도이다. 도 7에 있어서, 상측의 도면은 스타트 업 배기 정화 촉매(24)의 가상적인 분해 사시도이며, 하측의 도면은 스타트 업 배기 정화 촉매의 측면도이다.
도 7에 도시한 실시예에서는, 담체 기재(70)는 박육 원기둥 형상의 자성체 영역(81H)과 유전체 영역(81E)이 길이 방향 중심선 C1을 따라 교대로 배열한 구성을 갖는다. 단, 자성체 영역(81H)은 담체 기재(70)의 박육 원기둥 형상의 영역이며 자성체를 포함하고 있고, 유전체 영역(81E)은 담체 기재(70)의 박육 원기둥 형상의 영역이며 유전체를 포함하고 있다. 또한, 하측의 도면에 도시한 바와 같이, 자성체 영역(81H)은 하우징(23) 내의 고자계 영역(91)에 위치하고, 유전체 영역(81E)은 하우징(23) 내의 고전계 영역(92)에 위치한다. 즉, 스타트 업 배기 정화 촉매(24) 내에서는, 자성체 영역(81H)은 위치 P10[입구단(24i)]으로부터 위치 P11까지의 영역 및 위치 P12로부터 위치 P13까지의 영역이며, 유전체 영역(81E)은 위치 P11로부터 위치 P12까지의 영역 및 위치 P13으로부터 위치 P14[출구단(24o)]까지의 영역이다. 바꿔 말하면, 고자계 영역(91)이 자성체 영역(81H)에 위치하고, 또한 고전계 영역(92)이 유전체 영역(81E)에 위치하도록 정재파가 형성된다.
도 7에 도시한 실시예에서는, 개개의 자성체 영역(81H) 내에서는, 담체 기재(70)에 담지된 자성체의 담지량은 전체적으로 대체로 균일하다. 또한, 복수의 자성체 영역(81H)끼리 간에서는 자성체의 담지량은 대체로 동일하다. 마찬가지로, 개개의 유전체 영역(81E) 내에서는, 담체 기재(70)에 담지된 유전체의 담지량은 전체적으로 대체로 균일하다. 또한, 복수의 유전체 영역(81E) 간에서는 유전체의 담지량은 대체로 동일하다.
도 8은 스타트 업 배기 정화 촉매의 격벽의 부분 확대 단면도를 나타내고 있다. 도 8에 도시한 실시예에서는, 스타트 업 배기 정화 촉매(24)의 담체 기재(70) 내에는 자성체 영역(81H)과 유전체 영역(81E)이 배열되어 형성된다. 자성체 영역(81H)은 마이크로파 조사 장치(50)로부터의 마이크로파를 흡수 가능한 자성체(81ha)를 포함하고, 유전체 영역(81E)은 마이크로파 조사 장치(50)로부터의 마이크로파를 흡수 가능한 유전체(81ea)를 포함하고 있다. 도 8에 나타내는 실시예에서는, 자성체 영역(81H) 및 유전체 영역(81E)은 담체 기재(70)의 표면 위에 형성된다. 자성체 영역(81H) 및 유전체 영역(81E)의 표면 위에는 촉매층(82)이 형성된다. 촉매층(82)은 배기 정화 촉매의 촉매 물질(82a)을 포함하고 있으며, 도 8에 도시한 실시예에서는 촉매 물질(82a)은 3원 촉매이다. 따라서, 자성체 영역(81H)에서는, 담체 기재(70)의 표면 위에 자성체(81ha)가 형성되고, 자성체(81ha)의 표면 위에 촉매 물질(82a)이 형성된다. 또한, 유전체 영역(81E)에서는, 담체 기재(70)의 표면 위에 유전체(81ea)가 형성되고, 유전체(81ea)의 표면 위에 촉매 물질(82a)이 형성된다. 또한, 도시하지 않은 다른 실시예에서는 자성체(81ha) 및 유전체(81ea)는 담체 기재(70)의 내부에 함유되고, 즉 자성체 영역(81H) 및 유전체 영역(81E)은 담체 기재(70)의 내부에 함유된다.
정재파의 자계 강도 IH의 위상과 전계 강도 IE의 위상은 서로 어긋나 있으므로, 하우징(23) 내에서 자계 강도 IH가 커지게 되는 고자계 영역(91)과 전계 강도 IE가 커지게 되는 고전계 영역(92)은 상이하다. 다른 견해로 말하자면, 고자계 영역(91)과 저전계 영역(94)이 겹치고, 저자계 영역(93)과 고전계 영역(92)이 겹친다. 본 실시예에서는, 정재파의 자계 성분으로부터 에너지를 흡수 가능한 자성체(81ha)를 배치하는 자성체 영역(81H)과 고자계 영역(91)을 대응시키고, 정재파의 전계 성분으로부터 에너지를 흡수 가능한 유전체(81ea)를 배치하는 유전체 영역(81E)과 고전계 영역(92)을 대응시킨다. 그것에 의해, 자성체(81ha) 및 유전체(81ea)가 흡수하는 에너지를 모두 크게 할 수 있다. 또한, 자성체 영역(81H)과 유전체 영역(81E)이 길이 방향 중심선 C1을 따라 배열하여 형성되어 있으므로, 스타트 업 배기 정화 촉매(24) 내의 장소에 의한 흡수 가능한 에너지에 불균일이 생기는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 스타트 업 배기 정화 촉매(24) 내의 온도가 장소에 따라 상이한 것을 억제할 수 있어, 촉매 물질(82a)(3원 촉매)을 대체로 균일하게 가열할 수 있다.
도 7에 도시한 실시예에서는, 담체 기재(70)에는, 자성체 영역(81H) 및 유전체 영역(81E)이 합쳐서 4개소 설치되어 있다. 그들 자성체 영역(81H)과 유전체 영역(81E)은 길이 방향 중심선 C1 방향으로 교대로 형성되어 있다. 그것에 의해, 교대로 형성되는 고자계 영역(91)과 고전계 영역(92)으로부터 자성체(81ha)와 유전체(81ea)에 의해 에너지를 효율적으로 흡수할 수 있어, 그것에 의해 스타트 업 배기 정화 촉매(24)를 불균일 없이 효율적으로 가열할 수 있다.
또한, 도 7에 도시한 실시예에서는, 담체 기재(70)에는, 자성체 영역(81H)과 유전체 영역(81E)은 서로 간극 없이 형성되어 있기 때문에, 마이크로파에 의해 스타트 업 배기 정화 촉매(24) 전체를 간극 없이 가열할 수 있다. 또한, 도 7에 도시한 실시예에서는, 자성체 영역(81H)과 유전체 영역(81E)은 서로 겹쳐 있지 않다. 그로 인해, 스타트 업 배기 정화 촉매(24)의 제조가 용이하다.
또한, 도 7에 도시한 실시예에서는, 담체 기재(70)에는, 배기 가스가 유입되어 오는 측, 즉 길이 방향 중심선 C1 방향의 최상류측에 자성체 영역(81H)이 형성되어 있다. 스타트 업 배기 정화 촉매(24)의 최상류측의 위치는, 배기 가스의 열과 마이크로파로부터의 에너지의 양쪽을 받기 때문에 뜨거워지기 쉽다. 그로 인해, 스타트 업 배기 정화 촉매(24)의 최상류측이 따뜻해졌지만, 하류측이 따뜻해지지 않았을 때, 마이크로파를 계속해서 조사하면 스타트 업 배기 정화 촉매(24)의 최상류측의 위치의 온도가 지나치게 높아져 버릴 우려가 있다. 여기서, 도 3에 도시한 특성을 갖는 자성체(81ha)를 사용하면, 도 9의 곡선 DHt로 나타낸 바와 같이, 자성체(81ha)는 그 온도 T가 일정 이상이 되면 마이크로파의 에너지 흡수율 α1이 저하되어, 시간 t가 경과해도 온도 T가 오르지 않게 된다. 따라서, 도 7에 도시한 실시예에서는, 자성체(81ha)를 최상류부에 배치하고, 고자계 영역(91)을 최상류부에 위치하도록 정재파를 형성한다. 그것에 의해 스타트 업 배기 정화 촉매(24)의 최상류부가 따뜻해졌지만, 하류측이 따뜻해지지 않았을 때 마이크로파를 조사하여도, 최상류부는 마이크로파를 그다지 흡수하지 않기 때문에 대부분 온도가 높아지지 않게 되어, 하류측은 마이크로파를 서서히 흡수하기 쉬워져서 가열이 진행된다. 따라서, 스타트 업 배기 정화 촉매(24)의 최상류부가 배기열과 마이크로파열을 받는 것에 의한 가열을 방지할 수 있다.
또한, 최상류부의 자성체 영역(81H)은 신속하게 가열되므로, 최상류부에서 발생한 열을, 배기 가스에서, 하류측으로 전달함으로써, 스타트 업 배기 정화 촉매(24)를 불균일 없이 효율적으로 가열할 수 있다.
도시하지 않은 다른 실시예에서는, 개개의 자성체 영역(81H) 내에서, 자성체의 담지량은 그 자성체 영역(81H) 내의 위치에 따라 상이하다. 예를 들어 개개의 자성체 영역(81H)은, 길이 방향 중심선 C1 방향으로 복수의 박육 원기둥 형상의 소 영역으로 분할되어, 개개의 소 영역 내에서는 자성체의 담지량은 전체적으로 대체로 균일하며, 복수의 소 영역 간에서는 길이 방향 중심선 C1 방향의 양단부에서 담지량이 많고，중앙부에서 담지량이 적다. 도시하지 않은 또 다른 실시예에서는, 개개의 유전체 영역(81E) 내에서, 유전체의 담지량은 그 유전체 영역(81E) 내의 위치에 따라 상이하다. 예를 들어 개개의 유전체 영역(81E)은 길이 방향 중심선 C1 방향으로 복수의 박육 원기둥 형상의 소 영역으로 분할되고, 개개의 소 영역 내에서는 유전체의 담지량은 전체적으로 대체로 균일하며, 복수의 소 영역 간에서는 길이 방향 중심선 C1 방향의 양단부에서 담지량이 많고，중앙부에서 담지량이 적다. 즉, 담지량을 자계 성분 SWH 및 전계 성분 SWE의 분포에 의해 대응시킴으로써 촉매 물질을 의해 균일하게 가열할 수 있다.
도 10에 도시한 또 다른 실시예에서는, 상측의 도시에 도시한 바와 같이, 스타트 업 배기 정화 촉매(24)의 최상류부에 자성체 영역(81H)을 형성하고, 나머지 부분 즉 자성체 영역(81H)의 하류에 유전체 영역(81E)을 형성한다. 이때, 하측의 도시에 도시한 바와 같이, 고자계 영역(91)을 최상류부에 위치하도록 정재파를 형성한다. 이 경우, 도 9에 도시한 자성체의 특성으로부터, 전방을 우선적으로 가열할 수 있어, 최상류부에서 발생한 열을 배기 가스로 하류측으로 전달하고, 스타트 업 배기 정화 촉매(24)를 불균일 없이 효율적으로 가열할 수 있다.
도 7에 도시한 바와 같은 스타트 업 배기 정화 촉매(24)의 제조 방법에 대해서는, 예를 들어 얇은 원통 형상의 자성체 영역(81H) 및 유전체 영역(81E)을 각각 별개의 담체 기재에 형성하고, 그들을 예를 들어 세라믹스 접착제로 서로 접착하는 방법이 고려된다. 그 경우, 각 자성체 영역(81H)의 제조 방법에 대해서는, 예를 들어 먼저 담체 기재(70)에 자성체(81ha)를 포함하는 슬러리를 도포하고, 가열·건조시켜서 자성체(81ha)를 형성하고, 그 후에 자성체(81ha)에 촉매 물질(82a)을 함침법에 의해 함침시켜서 촉매층(82)을 형성하는 방법이 고려된다. 한편, 각 유전체 영역(81E)의 제조 방법에 대해서는, 자성체(81ha) 대신에 유전체(81ea)를 사용하는 것 외에는 자성체 영역(81H)의 제조 방법과 동일한 방법이 고려된다.
도 10에 도시한 바와 같은 스타트 업 배기 정화 촉매(24)의 제조 방법에 대해서는, 예를 들어 하나의 담체 기재(70)의 길이 방향 중심선 C1 방향의 양측으로부터 각각 자성체(81ha) 및 유전체(81ea)를 포함하는 슬러리를 도포하고, 가열·건조시켜서 자성체(81ha) 및 유전체(81ea)를 각각 형성하고, 그 후에 자성체(81ha) 및 유전체(81ea)에 촉매 물질(82a)을 함침법에 의해 함침시켜서 촉매층(82)을 형성하는 방법이 고려된다. 또는, 얇은 원통 형상의 자성체 영역(81H) 및 유전체 영역(81E)을 각각 별개의 담체 기재에 형성하고, 그들을 예를 들어 세라믹스 접착제로 서로 접착하는 방법이 고려된다.
상기한 하우징과 배기 정화 촉매를 구비하는 스타트 업 배기 정화 장치(22)와, 배기 정화 촉매를 향해서 마이크로파를 조사하는 마이크로파 조사 장치(50)는, 마이크로파에 의해 배기 정화 촉매를 가열함으로써 배기 가스의 정화를 행하는 내연 기관의 배기 정화 시스템을 구성하고 있다고 볼 수 있다.
다음으로, 스타트 업 배기 정화 장치(22) 및 마이크로파 조사 장치(50)의 동작 방법, 즉 내연 기관의 배기 정화 시스템의 동작 방법에 대하여 설명한다. 배기 정화 시스템은 이하와 같은 촉매 온도 제어를 행하고 있다. 엔진의 시동 시 또는 온도 센서(61)에 의해 검출되는 스타트 업 배기 정화 촉매(24)의 온도가 미리 설정된 기준 온도 미만일 때, 마이크로파 방사기(53)로부터 스타트 업 배기 정화 촉매(24)로 마이크로파가 방사된다. 그것에 의해, 스타트 업 배기 정화 촉매(24)의 자성체 영역(81H) 및 유전체 영역(81E)이 각각 발열해서 촉매층(82)이 가열되어 촉매 물질(82a)이 활성화 온도 이상으로 되고, 촉매로서 기능하게 된다. 그 결과, 스타트 업 배기 정화 촉매(24)에서의 배기 가스의 정화가 가능하게 된다. 한편, 스타트 업 배기 정화 촉매(24)에서의 촉매 반응이 진행되고, 스타트 업 배기 정화 촉매(24)의 온도가 높아져서, 온도 센서(61)에 의해 검출되는 스타트 업 배기 정화 촉매(24)의 온도가 기준 온도 이상이 되었을 때, 마이크로파 방사기(53)로부터의 마이크로파의 방사를 정지한다.
도 11은 전술한 내연 기관의 배기 정화 시스템의 촉매 온도 제어를 실행하는 루틴을 나타내고 있다. 이 루틴은 미리 설정된 설정 시간마다의 인터럽트에 의해 실행된다. 도 11을 참조하면, 스텝 100에서는 온도 센서(61)에 의해 스타트 업 배기 정화 촉매(24)의 온도 TS가 계측된다. 스텝 101에서는 온도 TS가 미리 설정된 기준 온도 TSth 미만인지 여부가 판별된다. 온도 TS가 기준 온도 TSth 이상인 경우, 제어 프로세스를 종료한다. 그때, 마이크로파의 조사가 행해지고 있으면, 마이크로파의 조사가 정지된다. 이에 반하여, 온도 TS가 기준 온도 TSth 이하인 경우, 계속되는 스텝 102에서 마이크로파 조사 장치(50)에 의해 스타트 업 배기 정화 촉매(24)에 마이크로파가 조사된다. 그때, 마이크로파의 조사가 행해지고 있으면, 마이크로파의 조사가 계속된다.
다음으로, 또 다른 실시예에 대하여 도 12 및 도 13을 참조하여 설명한다.
도 12 및 도 13에 도시한 또 다른 실시예는, 정재파의 자계 성분 SWH의 위상과 전계 성분 SWE의 위상과의 어긋남이 1/2 파장보다도 작은 경우(예시: 1/4 파장)이며, 자성체 영역(81H)과 유전체 영역(81E)이 서로 부분적으로 겹쳐 있는 점이, 도 6 및 도 7에 도시한 실시예와 상이하다. 이하, 주로 상이점에 대하여 설명한다.
도 12에 도시한 또 다른 실시예에서는, 하측의 도면에 도시한 바와 같이, 고자계 영역(91)은 정재파의 자계 강도 IH가 그 최댓값 IHM의 소정의 비율(예시: 약 20%) 이상으로 되는 영역이며, 고전계 영역(92)은 정재파의 전계 강도 IE가 그 최댓값 IEM의 소정의 비율(예시: 약 20%)로 되는 영역이다. 이 소정의 비율은 도 7에 도시한 실시예에서의 소정의 비율보다 작게 되어 있다. 그 이유는 다음과 같다. 자계 성분 SWH와 전계 성분 SWE의 사이의 위상 어긋남이 작은 경우, 소정의 비율을 도 7의 실시예의 약 50%와 같은 높은 값으로 하면, 고자계 영역(91)도 고전계 영역(92)도 아닌 영역, 즉 자성체나 유전체를 포함하지 않는 영역이 발생해 버린다. 그렇게 되면, 마이크로파에 의한 스타트 업 배기 정화 촉매의 가열이 불균일해질 우려가 있다. 따라서 도 12에 도시한 실시예에서는, 소정의 비율을 작게 하여, 고자계 영역(91)도 고전계 영역(92)도 아닌 영역을 없애도록 하고 있다. 그 결과로서, 자성체 영역(81H)과 유전체 영역(81E)이 서로 부분적으로 중첩된 영역(81S)이 형성되어 있다.
도 12에 나타내는 실시예에 있어서, 고자계 영역(91)에 대응하여 자성체 영역(81H)은 길이 방향 중심선 C1 위의 위치에서 말하자면 위치 P30[입구단(24i)]으로부터 위치 P32까지의 범위 및 위치 P33으로부터 위치 P35까지의 범위에 형성된다. 또한, 고전계 영역(92)에 대응하여 유전체 영역(81E)은 길이 방향 중심선 C1 위의 위치에서 말하자면 위치 P31로부터 위치 P33까지의 범위 및 위치 P34로부터 위치 P36[출구단(24o)]까지의 범위에 형성된다. 그로 인해, 자성체 영역(81H)과 유전체 영역(81E)이 겹친 영역(81S)이, 위치 P31로부터 위치 P32까지의 범위 및 위치 P34로부터 위치 P35까지의 범위에 형성된다. 도 13에 도시한 실시예에서는, 영역(81S)에 있어서 담체 기재(70)의 표면 위에 자성체 영역(81H)이 형성되고, 그 위에 유전체 영역(81E)이 형성된다. 도시하지 않은 다른 실시예에서는, 이 영역(81S)에 있어서 담체 기재(70)의 표면 위에 유전체 영역(81E)이 형성되고, 그 위에 자성체 영역(81H)이 형성된다. 도시하지 않은 또 다른 실시예에서는, 이 영역(81S)에 있어서 자성체(81ha) 및 유전체(81ea)가 혼합된다.
이 경우에도, 도 7의 실시예와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 자계 성분 SWH의 위상과 전계 성분 SWE의 위상과의 어긋남이 작은 경우에도, 자성체 영역(81H)과 유전체 영역(81E)이 서로 부분적으로 겹침으로써, 자성체 영역(81H)에서도 유전체 영역(81E)이 아닌 영역, 즉 마이크로파로 가열되지 않는 영역이 발생하여, 마이크로파에 의한 스타트 업 배기 정화 촉매(24)의 가열이 불균일해지는 것을 방지할 수 있다. 즉 스타트 업 배기 정화 촉매(24)를 균일하게 가열할 수 있다.
다음으로, 또 다른 실시예에 대하여 도 14 및 도 15를 참조하여 설명한다.
도 14 및 도 15에 도시한 또 다른 실시예는, 도 6 및 도 7에 나타내는 실시예와 비교하면, 자성체 영역(81H)과 유전체 영역(81E)이 길이 방향 중심선 C1에 수직인 방향을 따라 교대로 배열하여 형성되고, 자성체(81ha) 및 유전체(81ea)가 길이 방향 중심선 C1 방향으로 균일하게 형성되어 있는 점이, 도 6 및 도 7에 도시한 실시예와 상이하다. 이하, 주로 상이점에 대하여 설명한다.
도 14는, 정재파의 특성을 나타내는 모식도이다. 단, 좌측의 도면은 하우징(23)의 정면도이다. C2는 길이 방향 중심선 C1을 통과하고 또한 길이 방향 중심선 C1에 수직인 방향의 선을 나타낸다. 우측의 도면은 선 C2 위의 위치에서의 하우징(23) 내에 형성되는 정재파의 자계 강도 IH 및 전계 강도 IE를 나타내는 그래프이다. 종축은 선 C2 위의 하우징(23)에서의 위치 PT를 나타내고, 횡축은 자계 강도 IH 및 전계 강도 IE를 나타내고, 정재파의 자계 성분 SWH에서 자계 강도를 나타내고, 전계 성분 SWE에서 전계 강도를 나타낸다.
도 14의 우측의 도면에 도시한 바와 같이, 정재파의 자계 성분 SWH로서, 고자계 영역(91)과 저자계 영역(93)이 교대로 반복하도록 선 C2를 따라 하우징(23) 내에 분포한다. 또한, 정재파의 전계 성분 SWE로서, 고전계 영역(92)과 저전계 영역(94)이 교대로 반복하도록 선 C2를 따라 하우징(23) 내에 분포한다. 도 14에 도시한 실시예에서는, 고자계 영역(91)은 하우징(23) 내의 위치 PT10[하측(23d)]으로부터 위치 PT11까지의 영역 및 위치 PT12로부터 위치 PT13[상측단(23u)]까지의 영역이다. 고전계 영역(92)은 하우징(23) 내의 위치 PT11로부터 위치 PT12까지의 영역이다. 또한, 도 14의 우측의 도면에 도시한 실시예에서는 정재파의 자계 성분 SWH의 위상과 전계 성분 SHE의 위상은 선 C2를 따라 서로 1/2 파장만큼 어긋난다. 그로 인해, 고자계 영역(91)과 고전계 영역(92) 및 저자계 영역(93)과 저전계 영역(94)은 선 C2를 따라 각각 서로 1/2 파장만큼 어긋난다.
본 실시예에서는, 선 C2 위의 위치에서의 자계 강도 및 전계 강도의 분포, 즉 도 14의 우측의 도면의 분포가, 하우징(23) 내 전체의 자계 강도 및 전계 강도의 분포를 대표하기로 한다. 구체적으로는 이하에 나타내는 바와 같다. 우선, 도 14의 상측의 도면에 도시한 하우징(23)에 있어서, 길이 방향 중심선 C1을 중심선으로 하는 원통 형상의 곡면 VR에서 하우징(23)을 가상적으로 구획할 수 있는 원기둥 형상의 영역(92b) 및 원환상의 영역(91b)을 고려한다. 여기서, 영역(92b)의 위치가 고전계 영역(92)의 위치에 대응하고, 영역(91b)의 위치가 고자계 영역(91)의 위치에 대응하도록 영역(92b, 91b)을 형성한다. 즉, 선 C2 위의 위치에서 나타내면, 영역(92b)은 위치 PT11로부터 위치 PT12까지의 영역이며, 영역(91b)은 위치 PT10으로부터 위치 PT11까지의 영역 및 위치 PT12로부터 위치 PT13까지의 영역이다. 그리고, 영역(92b) 전체가 고전계 영역(92)인 것으로 하고, 영역(91b) 전체가 고자계 영역(91)인 것으로 한다. 이 경우, 하우징(23) 내의 자계 강도 및 전계 강도의 분포는, 고전계 영역(92)인 영역(92b)과 고자계 영역(91)인 영역(91b)이 선 C2를 따라 교대로 배열한 분포로 된다.
이와 같은 자계 강도 및 전계 강도의 분포를 갖는 하우징(23) 내에 스타트 업 배기 정화 촉매(24)가 배치된다. 여기서, 하우징(23)의 내부 공간의 형상과 스타트 업 배기 정화 촉매(24)의 외형은 일치하고 있다. 따라서, 하우징(23)의 선 C2는 스타트 업 배기 정화 촉매(24)의 길이 방향 중심선에 수직인 선과 일치한다. 따라서, 이하에서는 스타트 업 배기 정화 촉매(24)의 길이 방향 중심선에 수직인 선에 대해서도 C2라 기재한다. 또한, 하우징(23) 내의 하측 단부(23d)의 위치 PT10으로부터 상측 단부(23u)의 위치 PT13까지의 영역에 스타트 업 배기 정화 촉매(24)가 배치된다. 따라서, 선 C2 위의 하우징(23)의 위치 PT를 특정함으로써, 선 C2 위의 스타트 업 배기 정화 촉매(24)의 위치를 특정할 수 있다. 따라서, 이하에서는 스타트 업 배기 정화 촉매(24) 중 위치에 대해서도 위치 P(예시: 위치 PT10)라 기재한다.
도 15는 또 다른 실시예의 스타트 업 배기 정화 촉매의 모식도이다. 도 15에 있어서, 상측의 도면은 스타트 업 배기 정화 촉매(24)의 가상적인 분해 사시도이며, 하측의 도면은 스타트 업 배기 정화 촉매의 정면도이다.
도 15에 도시한 실시예에서는, 담체 기재(70)는 원기둥 형상의 유전체 영역(81E)과 원환상의 자성체 영역(81H)이 길이 방향 중심선 C1로부터 길이 방향 중심선 C1에 수직인 방향, 즉 선 C2 방향을 따라서 교대로 배열한 구성을 갖는다. 여기서, 유전체 영역(81E)은 길이 방향 중심선 C1을 중심축으로 하는 원기둥 형상의 담체 기재(70)의 영역이며 유전체를 포함하고 있고, 자성체 영역(81H)은 길이 방향 중심선 C1을 중심축으로 하고, 유전체 영역(81E)의 외측을 둘러싸는 원환상의 담체 기재(70)의 영역이며 자성체를 포함하고 있다. 또한, 하측의 도면에 도시한 바와 같이, 유전체 영역(81E)은 하우징(23) 내의 고전계 영역(92)에 위치하고, 자성체 영역(81H)은 하우징(23) 내의 고자계 영역(91)에 위치한다. 바꿔 말하면, 고자계 영역(91)이 자성체 영역(81H)에 위치하고, 또한 고전계 영역(92)이 유전체 영역(81E)에 위치하도록 정재파가 형성된다.
이 경우에도, 도 7의 실시예와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
다음으로, 또 다른 실시예에 대하여 도 16을 참조하여 설명한다.
도 16에 도시한 또 다른 실시예는, 도 7에 나타내는 실시예와 도 15에 도시한 실시예를 조합한 실시예이다. 즉, 도 6 및 도 14에 도시한 정재파의 자계 성분 SWH 및 전계 성분 SWE의 3차원적인 분포에 자성체 영역(81H) 및 유전체 영역(81E)을 더욱 대응시키고 있다.
도 6에 있어서, 하우징(23) 내의 고자계 영역(91)이라 간주한 영역(91a) 내에는, 자계 강도가 낮은 영역이 실제로는 포함된다. 예를 들어 길이 방향 중심선 C1로부터 선 C2의 방향으로 소정 거리만큼 이격된 위치 등이다. 마찬가지로, 도 14에 있어서, 하우징(23) 내의 고자계 영역(91)이라 간주한 영역(91b) 내에는, 자계 강도가 낮은 영역이 실제로는 포함된다. 예를 들어 길이 방향 중심선 C1의 방향으로 소정 거리만큼 이격된 위치 등이다. 따라서, 도 7이나 도 15에 도시한 실시예의 스타트 업 배기 정화 촉매(24)에서는 정재파의 자계 성분 SWH 및 전계 성분 SWE의 3차원적인 분포를 대개 반영하고 있지만, 정확하게 반영할 수 있다고는 할 수 없다. 그러나, 도 16에 도시한 실시예에서는, 도 7의 실시예 및 도 15에 도시한 실시예와 비교하여, 자성체 영역(81H) 및 유전체 영역(81E)의 배치가 정재파의 자계 성분 SWH 및 전계 성분 SWE의 3차원적인 분포에 가까워져 있기 때문에, 보다 균일하게 스타트 업 배기 정화 촉매(24)를 가열할 수 있다.
다음으로, 정재파의 고자계 영역 및 고전계 영역의 하우징(23) 내에서의 위치의 조정에 대하여 설명한다. 마이크로파 조사 장치(50)나 하우징(23)이나 스타트 업 배기 정화 촉매(24)는, 정재파의 고자계 영역 및 고전계 영역이 각각 스타트 업 배기 정화 촉매(24)의 자성체 영역 및 유전체 영역에 위치하도록 형성된다. 단, 내연 기관의 운전 시간이 길어지면, 배기 가스 중의 수분이나 탄화수소(HC)에 의해 정재파의 위치, 즉 고자계 영역 및 고전계 영역의 위치가 어긋나는 경우가 고려된다. 그렇게 되면 스타트 업 배기 정화 촉매(24)의 자성체 영역 및 유전체 영역을 충분히 마이크로파를 흡수할 수 없어, 충분히 발열할 수 없게 되어, 스타트 업 배기 정화 촉매(24)를 충분히 가열하지 못하게 될 우려가 있다. 따라서, 이하에 나타내는 방법에 의해 고자계 영역 및 고전계 영역의 위치 어긋남을 방지한다.
도 17 및 도 18은 하우징 내의 정재파의 상태를 나타내는 모식도이다. 이하에서는, 정재파의 전계 성분 SW(이하, 단순히 '정재파'라고 함)에 대하여 설명하지만, 자계 성분에 대해서도 마찬가지이다. 도 17은 고전계 영역(92)의 위치가 유전체 영역(81E)의 위치와 겹치는, 즉 위치 어긋남이 없는 정재파 SW1을 나타낸다. 도 18은 정재파 SW1의 위치로부터 어긋난 정재파 SW2, 즉 위치 어긋남이 있는 정재파 SW2의 일례를 나타낸다.
도 17에 도시한 바와 같이, 위치 어긋남이 없는 정재파 SW1에서는, 마이크로파 발진기(51)로 계측되는 정재파의 강도는 ISW1이다. 한편, 도 18에 도시한 바와 같이, 위치 어긋남이 있는 정재파 SW2에서는, 마이크로파 발진기(51)로 계측되는 정재파의 강도는 ISW2이다. 도 18에 도시한 바와 같이, 정재파의 위치가 정재파 SW1의 위치로부터 어긋나는 위치 어긋남이 일어나면, 정재파의 강도 ISW가 변화량 ΔISW=ISW2-ISW1만큼 변화한다. 이때, 정재파 SW의 위치 어긋남을 수정하는, 즉 정재파의 강도 ISW2를 강도 ISW1로 되돌리기 위해서는, 예를 들어 마이크로파 발진기(51)로부터 출력되는 마이크로파의 주파수 ω를 Δω만큼 변화시키는 방법이 고려된다. 그와 같은 주파수 ω의 변화량 Δω는, 예를 들어 마이크로파의 주파수 ω와 정재파의 강도의 변화량 ΔISW의 함수로서 도 19에 도시한 맵의 형태로 전자 제어 유닛(30)의 ROM(32)에 저장되어 있다.
도 20은 전술한 위치 어긋남을 보정하는 제어를 포함하는 마이크로파의 조사 제어를 실행하는 루틴을 나타내고 있다. 이 루틴은 미리 설정된 설정 시간마다의 인터럽트에 의해 실행된다. 도 20을 참조하면, 스텝 200에서는 온도 센서(61)에 의해 스타트 업 배기 정화 촉매(24)의 온도 TS가 계측된다. 스텝 201에서는 온도 TS가 미리 설정된 기준 온도 TSth 미만인지 여부가 판별된다. 온도 TS가 기준 온도 TSth 이상인 경우, 제어 프로세스를 종료한다. 마이크로파의 조사 중이면, 마이크로파의 조사가 정지된다. 이에 반하여, 온도 TS가 기준 온도 TSth 이하인 경우, 계속되는 스텝 202에서 마이크로파 조사 장치(50)에 의해 스타트 업 배기 정화 촉매(24)에 마이크로파가 조사되거나 또는 마이크로파의 조사가 계속된다. 계속되는 스텝 203에서는 마이크로파 발진기(51)에 의해 정재파의 강도 ISW2가 계측된다. 계속되는 스텝 204에서는 계측된 정재파의 강도 ISW2와, 위치 어긋남이 없는 경우의 정재파 강도 ISW1로부터 변화량 ΔISW가 산출된다. 계속되는 스텝 205에서는 현재의 마이크로파의 주파수 ω와 변화량 ΔISW로부터 도 19의 맵을 참조하여, 변화량 Δω가 산출되고, 마이크로파의 주파수 ω가 (ω+Δω)로 변경된다.
또 다른 실시예에서는, 마이크로파의 주파수 ω를 Δω만큼 변화시키는 대신에, 변화량 ΔISW 및 마이크로파의 주파수 ω에 기초하여 마이크로파의 위상 φ를 Δφ만큼 변화시킨다. 그와 같은 위상 φ의 변화량 Δφ는, 예를 들어 마이크로파의 주파수 ω와 정재파의 강도의 변화량 ΔISW와의 함수로서 도 21에 도시한 맵의 형태로 전자 제어 유닛(30)의 ROM(32)에 저장되어 있다.
도시하지 않은 또 다른 실시예에서는, 상기 변화량 Δω 및 Δφ를 동시에 변화시킨다. 그와 같은 변화량(Δω, Δφ)은 예를 들어 마이크로파의 주파수 ω와 정재파의 강도의 변화량 ΔISW와의 함수로서 맵(도시생략)의 형태로 전자 제어 유닛(30)의 ROM(32)에 저장된다. 도시하지 않은 또 다른 실시예에서는 정재파의 강도의 대신에 반사파의 강도를 사용한다.
또한, 도시하지 않은 또 다른 실시예에서는, 상기한 정재파의 고자계 영역 및 고전계 영역의 하우징(23) 내에서의 위치의 조정 방법을 이용하여, 촉매층(82) 전체를 보다 균일하게 가열한다. 상기한 도 7에 도시한 바와 같이, 고자계 영역(91) 내에서도 자계 강도 IH에 분포가 있기 때문에 자성체 영역(81H)은 반드시 균일하게 가열되지 않고, 자계 강도 IH의 피크의 부분에서 가장 가열된다. 따라서, 본 실시예에서는, 위치 어긋남과는 관계없이, 마이크로파 발진기(51)로부터의 마이크로파의 주파수 및 위상을 변화시키고, 정재파의 고자계 영역에서의 자계 강도 IH의 피크를 길이 방향 중심선 C1 방향의 전후로 이동시킨다. 그것에 의해, 촉매층(82)의 자성체 영역(81H)을 피크의 자계 강도를 사용해서 길이 방향 중심선 C1 방향에 균일하게 발열시킬 수 있어, 그 결과, 자성체 영역(81H) 위의 촉매층(82)을 길이 방향 중심선 C1 방향으로 골고루 가열할 수 있다. 마찬가지로, 정재파의 고전계 영역에서의 전계 강도의 피크를 길이 방향 중심선 C1 방향의 전후로 이동시킴으로써, 유전체 영역(81E) 위의 촉매층(82)을 길이 방향 중심선 C1 방향으로 골고루 가열할 수 있다.
또한, 도시하지 않은 또 다른 실시예에서는, 또한 상기한 정재파의 고자계 영역 및 고전계 영역의 하우징(23) 내에서의 위치의 조정 방법을 이용하여, 촉매층(82) 전체를 보다 균일하게 가열한다. 우선, 마이크로파 발진기(51)로부터의 마이크로파의 주파수 및 위상을 변화시키고, 정재파의 고자계 영역 및 고전계 영역을 길이 방향 중심선 C1을 따라 스타트 업 배기 정화 촉매(24) 위를 이동시킨다. 그리고, 마이크로파 발진기(51)로 정재파의 강도 ISW를 계측하여, 정재파의 강도 ISW의 변화의 불연속 개소의 유무를 검출한다. 불연속 개소가 있는 것은, 자성체 영역(81H)이나 유전체 영역(81E)에 있어서 정재파의 흡수량이 불연속적으로 큰 개소가 있기 때문이라고 생각된다. 따라서, 불연속 개소가 있는 경우, 그때의 정재파 강도 ISW로부터 예측되는 정재파의 파형으로부터, 그 불연속 개소의 원인으로 된 자성체 영역(81H)에서의 흡수량이 큰 개소 또는 유전체 영역(81E)의 흡수량이 큰 개소를 추정한다. 예를 들어, 정재파의 파형 고자계 영역과 어떤 자성체 영역(81H)이 겹쳐 있는 경우, 그 자성체 영역(81H)이 정재파의 흡수량이 큰 개소로 추정한다. 마찬가지로, 정재파의 파형 고전계 영역과 있는 유전체 영역(81E)이 겹쳐 있는 경우, 그 유전체 영역(81E)이 정재파의 흡수량이 큰 개소로 추정한다. 자성체 영역(81H)에서의 흡수량이 큰 경우에서는, 도 3의 자성체 특성으로부터 그 자성체 영역(81H)에서의 온도는 낮다고 생각된다. 따라서, 그 자성체 영역(81H)에서의 자계 강도가 커지게 되도록 주파수 Δω 및 위상 Δφ를 제어하여 정재파를 움직이게 한다. 또한, 유전체 영역(81E)에서의 흡수량이 큰 경우에서는, 도 4의 유전체 특성으로부터 그 유전체 영역(81E)에서의 온도는 높다고 생각된다. 따라서, 그 유전체 영역(81E)을 제외한 영역에서의 전계 강도가 커지도록 주파수 Δω 및 위상 Δφ를 제어하여 정재파를 움직이게 한다.
다음으로, 또 다른 실시예에 대하여 도 22를 참조하여 설명한다.
도 22에 도시한 또 다른 실시예는, 도 5에 도시한 실시예와 비교하면, 마이크로파 조사 장치가 2개 배치되어 있는 점이, 도 5에 도시한 실시예와 상이하다. 이하, 주로 상이점에 대하여 설명한다.
도 22에 도시한 또 다른 실시예에서는, 배기관(21) 내에 있어서의 스타트 업 배기 정화 장치(22)의 상류측에 제1 마이크로파 조사 장치(50)가 배치될 뿐만 아니라, 배기관(21) 내에 있어서의 스타트 업 배기 정화 장치(22)의 하류측에도 제2 마이크로파 조사 장치(50a)가 배치되어 있다.
도 22에 도시한 바와 같이, 제2 마이크로파 조사 장치(50a)는, 제2 마이크로파 발진기(51a)로 발생시킨 제2 마이크로파 MW2(예시: 제2 주파수 2.45㎓±Δ)를 전송로(52a)를 통해 제2 마이크로파 방사기(53a)로부터 스타트 업 배기 정화 장치(22)를 향해 방사한다. 제2 마이크로파 MW2는 하우징(23)의 출구단(23o)으로부터 하우징(23)으로 진입한다. 한편, 제1 마이크로파 조사 장치(50)의 제1 마이크로파 방사기(53)로부터의 제1 마이크로파 MW1은 하우징(23)의 입구단(23i)으로부터 하우징(23)으로 진입한다. 그렇게 하면, 제2 마이크로파 MW2 및 그 하우징(23) 내에서의 반사파와 제1 마이크로파 MW1 및 그 하우징(23) 내에서의 반사파는 하우징(23)에서 중첩되어 하우징(23) 내에 정재파가 형성된다.
다음으로, 도 22에 도시한 또 다른 실시예에 있어서의 정재파의 고자계 영역 및 고전계 영역의 하우징(23) 내에서의 위치의 조정에 대하여 설명한다. 도 17 및 도 18의 경우와 마찬가지로, 배기 가스 중의 수분 등에 의해 고전계 영역 및 고자계 영역의 위치가 정상적인 위치로부터 어긋난 경우에는, 정재파의 강도 ISW의 변화는, 제1 마이크로파 조사 장치(50) 및 제2 마이크로파 조사 장치(50a) 중 적어도 한쪽에서 계측된다. 따라서, 도 17 및 도 18의 경우와 마찬가지로, 제1 마이크로파 조사 장치(50) 및 제2 마이크로파 조사 장치(50a) 중 적어도 한쪽으로 계측된 정재파의 강도 ISW의 변화량 ΔISW에 기초하여, 제1 마이크로파 조사 장치(50) 및 제2 마이크로파 조사 장치(50a) 중 적어도 한쪽의 마이크로파 주파수 ω를 바꿈으로써, 정재파의 강도 ISW를 정상적인 값으로 되돌릴 수 있다. 또는, 제1 마이크로파 조사 장치(50) 및 제2 마이크로파 조사 장치(50a) 중 적어도 한쪽의 마이크로파 위상 φ를 바꿈으로써, 정재파의 강도 ISW를 정상적인 값으로 되돌릴 수 있다.
상기한 각 실시예에서는 마이크로파 조사 장치(50)의 마이크로파 방사기(53)는 배기관(21)의 스타트 업 배기 정화 장치(22) 상류에 배치되고, 자성체 영역(81H)과 유전체 영역(81E)이 스타트 업 배기 정화 촉매(24)에 함유되어 있다. 도시하지 않은 다른 실시예에서는, 마이크로파 조사 장치(50)의 마이크로파 방사기(53)는 배기관(21)의 스타트 업 배기 정화 장치(22) 하류 또한 주 배기 정화 장치(25) 상류에 배치되고, 자성체 영역(81H)과 유전체 영역(81E)이 주 배기 정화 촉매(27)에 함유된다. 예를 들어, 도 3에 도시한 경우와 마찬가지로, 담체 기재로서의 파티큘레이트 필터 상 또는 내부에 자성체 영역(81H)과 유전체 영역(81E)이 형성되고, 그 위에 촉매 물질로서 NOx 흡장 환원 촉매가 담지된다. 이 경우에도, 상기한 각 실시예의 경우와 마찬가지의 효과를 주 배기 정화 장치(25)에 있어서 발휘할 수 있다. 단, 이 경우에는, 하우징과 배기 정화 촉매를 구비하는 주 배기 정화 장치(25)와, 배기 정화 촉매를 향해서 마이크로파를 조사하는 마이크로파 조사 장치(50)가 내연 기관의 배기 정화 시스템을 구성하고 있다고 볼 수 있다.

Claims (14)

  1. 내연 기관의 배기 정화 시스템이며,
    상기 내연 기관의 배기 통로 내에 배치되는 하우징과,
    상기 하우징 내에 배치되고, 상기 내연 기관의 배기 가스를 정화하도록 구성된 배기 정화 촉매와,
    상기 배기 통로 내에 있어서의 상기 배기 정화 촉매의 상류측 또는 하류측에 배치되고, 상기 배기 정화 촉매를 향해서 소정 주파수의 마이크로파를 조사하여, 상기 하우징 내에, 상기 마이크로파에 의해, 자계 강도가 상기 자계 강도의 최댓값의 소정 비율 이상으로 되는 고자계 영역과, 전계 강도가 상기 전계 강도의 최댓값의 소정 비율 이상으로 되는 고전계 영역을 갖고, 상기 자계 강도가 최댓값을 취하는 위치와 상기 전계 강도가 최댓값을 취하는 위치가 서로 다른 정재파가 형성되도록 구성된 마이크로파 조사 장치를 포함하고,
    상기 배기 정화 촉매는 담체 기재와 상기 배기 가스를 정화하는 촉매 물질을 구비하고, 상기 촉매 물질은 상기 담체 기재 상에 배치되며, 상기 담체 기재는 자성체 영역과 유전체 영역을 구비하고, 상기 담체 기재의 상기 자성체 영역은 상기 하우징 내의 상기 고자계 영역에 배치되며, 상기 담체 기재의 상기 유전체 영역은 상기 하우징 내의 상기 고전계 영역에 배치되며, 상기 자성체 영역은 상기 마이크로파를 흡수하는 자성체를 갖고, 상기 유전체 영역은 상기 마이크로파를 흡수하는 유전체를 갖는, 내연 기관의 배기 정화 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 담체 기재는, 상기 하우징의 입구단으로부터 출구단을 향하는 방향이 길이 방향이 되도록 구성되어 있는, 상기 자성체 영역과 상기 유전체 영역은 상기 담체 기재의 길이 방향 중심선을 따라 나열되어 배치되는, 내연 기관의 배기 정화 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 자성체 영역은, 상기 담체 기재의 상기 길이 방향의 최상류측에 배치되는, 내연 기관의 배기 정화 시스템.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 담체 기재는, 상기 자성체 영역 및 상기 유전체 영역을 합쳐서 3개소 이상 구비하고, 상기 자성체 영역과 상기 유전체 영역은 상기 길이 방향으로 교대로 배치되는, 내연 기관의 배기 정화 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 담체 기재는, 상기 하우징의 입구단으로부터 출구단을 향하는 방향이 길이 방향이 되도록 구성되어 있고, 상기 자성체 영역과 상기 유전체 영역은 상기 담체 기재의 길이 방향 중심선에 수직인 방향으로 나열되어 배치되는, 내연 기관의 배기 정화 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자성체 영역과 상기 유전체 영역은 서로 간극 없이 배치되는, 내연 기관의 배기 정화 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자성체 영역과 상기 유전체 영역은 서로 부분적으로 겹쳐져서 배치되는, 내연 기관의 배기 정화 시스템.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자성체 영역과 상기 유전체 영역은 서로 겹쳐지지 않고 배치되는, 내연 기관의 배기 정화 시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자성체와 상기 유전체는 서로 다른 재료인, 내연 기관의 배기 정화 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자성체 영역에서는 상기 자성체가 상기 담체 기재 상에 배치되고, 상기 자성체 상에는 상기 촉매 물질이 배치되는, 내연 기관의 배기 정화 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체 영역에서는 상기 유전체가 상기 담체 기재 상에 배치되고, 상기 유전체 상에는 상기 촉매 물질이 배치되는, 내연 기관의 배기 정화 시스템.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로파 조사 장치는, 상기 마이크로파의 주파수 및 위상 중 적어도 한쪽을 변화시킴으로써, 상기 고자계 영역의 위치, 및 상기 고전계 영역의 위치를 변화시키도록 구성되어 있는, 내연 기관의 배기 정화 시스템.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로파 조사 장치는, 상기 배기 통로 내에 있어서의 상기 배기 정화 촉매의 상류측에 배치되는 제1 마이크로파 조사 장치와, 상기 배기 정화 촉매의 하류측에 배치되는 제2 마이크로파 조사 장치를 포함하여, 상기 제1 마이크로파 조사 장치가 조사하는 제1 마이크로 및 상기 제2 마이크로파 조사 장치가 조사하는 제2 마이크로파에 의해 상기 하우징 내에 상기 정재파가 형성되는, 내연 기관의 배기 정화 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 마이크로파 조사 장치 및 상기 제2 마이크로파 조사 장치 중 적어도 한쪽은, 상기 제1 마이크로파 및 상기 제2 마이크로파 중 적어도 한쪽의 주파수 및 위상 중 적어도 한쪽을 변화시킴으로써, 상기 고자계 영역의 위치, 및 상기 고전계 영역의 위치를 변화시키도록 구성되어 있는, 내연 기관의 배기 정화 시스템.
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