KR950007012B1 - 내연기관용 필터재생장치 - Google Patents

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시게루 크스노키
코오지 요시노
타카시 가시모토
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마쯔시다덴기산교 가부시기가이샤
다니이 아끼오
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Abstract

내용 없음.

Description

내연기관용 필터재생장치
제1도는 본 발명의 일실시예를 표시한 내연기관용 필터재생장치의 구성도.
제2도는 본 발명의 마이크로파 검출원리의 설명도.
제3도는 본 발명의 일실시예를 표시한 검파회로의 구성도.
제4도는 제3도의 검파회로의 등가회로도.
제5도는 본 발명의 다른 실시예를 표시한 내연기관용 필터재생장치의 구성도.
제6도는 종래의 내연기관용 필터재생장치의 구성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1,8,16 : 배기관 2,9 : 가열실
3,10 : 필터 4,12 : 마이크로파 발생수단
5 : 송신안테나 6 : 수신안테나
7 : 디이젤엔진 11 : 머플러
13 : 슬릿 14 : 마이크로파 검출수단
15 : 제어부 17,18,21 : 밸브
19 : 공기흐름공급수단 20 : 공기통류관
21 : 공기밸브 22 : 흡인펌프
23,24,25 : 흡인관 26,27,28 : 3방향 밸브
29 : 구동전원 30,31 : 마이크로파 차단수단
32 : 전송수단 33 : 급전구멍
34 : 단열재 35 : 가열실벽면
36 : 표피전류 37 : 안테나
38 : 프린트기판 39 : 관통구멍
40 : 쇼트키장벽 다이오우드 41 : 검파회로
42,43 : 리이드선 52 : 전기히이터
53 : 마이크로파 발생수단 54 : 안테나
55 : 하우징
본 발명은 디이젤엔진이 배출하는 배기가스속에 함유하는 퍼티클레이트(Particulate)(粒子狀物質)를 포집하는 내연기관용 필터를 재생하는 장치에 관한 것이며, 더 상세하게 말하면 필터의 포집성능을 보증하는 재생을 실행하기 위해서 필터에 포집된 퍼티클레이트량을 검출하는 개량된 전파이용 검출수단을 구비한 장치에 관한 것이다.
지구환경보전에 관해서, 오늘날에는 지구온난화대책, 즉 CO2저감대책이 크게 클로우즈업 되고 있으나, 산림파괴를 초래하는 산성비의 대책도 무시할 수 없다.
산성비는 유황산화물이나 진소산화물등의 대기오염물질이 오염원이 되어서 발생하는 자연현상이며, 최근 세계 각국에서 이와 같은 대기오염물질의 배출규제가 코·제너레이션등의 고정발생원이나 자동차등의 이동 발생원에 대해서 강화되는 움직임이 있다. 특히, 자동차의 배기가스에 관한 규제는 종래의 농도규제로부터 총량규제로의 이행이 검토되고 규제치 자체도 대폭적인 삭감이 이루어지려고 하고 있다.
자동차중에서도 디이젤차는 질소산화물과 동시에 퍼티클레이트의 배출규제의 강화가 고려되고 있다. 연료 분사시기지연등의 연소개선에 의한 종래의 배기가스중의 오염물질 저감대책만으로는 환경보전의 목적을 달성한다는 것은 불가능한 것으로 되어, 현재 상태에서는 배기가스의 후처리장치의 부설이 불가결하다. 이 후처리장치는 퍼티클레이트를 포집하는 필터를 가진 것이다.
그러나, 퍼티클레이트가 계속 포집되면 필터는 가공막힘이 발생해서 포집능력이 대폭적으로 저하하는 동시에 배기가스의 흐름이 나빠져서 엔진출력의 저하 또는 엔진의 정지라는 것에 이른다.
따라서, 현재 세계 각국에서 필터의 포집능력을 재생시키기 위한 기술개발이 진행되고 있으나, 아직 실용화에는 이르지 못하고 있다.
퍼티클레이트는 600℃정도의 온도이상에서 연소한다고 알려지고 있다. 퍼티클레이트를 이 고온도 영역으로 승온하기 위한 에너지를 발생수단 수단으로서, 버어너방식, 전기히이터방식 또는 마이크로파방식 등이 고안되고 있으나, 어느 방식에 있어서도 필터에 포집된 퍼티클레이트량을 검출하여 효과적으로 필터재생을 실행할 필요가있다.
필터에 포집된 퍼티클레이트량을 전파를 이용해서 검출하는 방법으로서는, 예를들면 USP 4,477,771호 공보가 있다. 동공보에 개시되어 있는 장치를 제6도에 표시한다. 동도면에 있어서, (1)은 내연기관이 배출하는 배기가스가 흐르는 배기관, (2)는 배기과의 일부에 형성된 가열실, (3)은 가열실내에 수납되어 배기가스속에 함유되는 퍼티클레이트를 여과포집하는 필터, (4)는 가열실내에 급전(給電)하는 마이크로파를 발생하는 마이크로파발생수단, (5)는 마이크로파 발생수단이 발생한 마이크로파를 가열실내에 방사하는 송신안테나, (6)은 송신안테나 (5)로부터 가열실(2)내에 방사되어 필터(3)를 통과해서 전송되어온 마이크로파를 수신하는 수신안테나이다.
동공보는 상기한 구성에 의해, 필터(3)가 포집하는 퍼티클레이트량의 증대에 따른 필터의 실효적인 유전율변화에 의해 발생하는 가열실(2)내의 마이크로파 공진상태를 마이크로파의 전송특성의 변화에 의거하여 감시하여, 포집량의 검출을 행하는 것이다.
그러나 상기 종래와 같은 포집량검출의 원리 및 구성에 있어서 이하와 같은 과제가 있어, 필터의 재생을 효율좋게 실행하기 위한 정밀도 좋은 포집량 검출의 달성이 곤란하다.
최대의 이유는 필터가 포집한 퍼티클레이트의 마이크로파에 대한 특성에 기인한다. 상기한 공보특허는 퍼티클레이트를 포함한 필터의 정적인 특성 즉, 필터존재공간의 유전율(誘電率)의 변화면에 착안한 원리에 의거한 것이었다. 퍼티클레이트는 그 주성분은 탄소이다. 여과포집할 수 있는 구조를 가진 필터에 있어서는 퍼티클레이트량이 증가하면 필터가 존재하는 공간의 실효적인 유전율이 커지는 것에 더하여 마이크로파를 흡수하는 퍼티클레이트의 성질에 의해 필터존재공간의 유전손실량의 증대가 발생한다. 퍼티클레이트의 증대에 따른 이와 같은 물리적인 현상에 따라서, 필터를 수납한 가열실의 마이크로파의 분포특성은 필터 존재공간에 집중한 분포특성이 된다. 따라서, 가열실내에서의 마이크로파 급전부와 가열실내에 발생하는 마이크로파를 검출하는 검출부를 필터를 중개해서 설치하는 구성에 있어서는 마이크로파검출부의 검출신호의 변화는, 상기한 유전율변화와 유전손실변화에 의한 필터내부에서의 마이크로파의 축적(Charge)과 손실의 변화에 의해서 발생하는 가열실내의 마이크로파분포의 변화에 따라서 복잡하게 변화하기 때문에, 퍼티클레이트를 가열연소시켜 필터성능을 재생하는 타이밍을 결정하는데 충분한 정밀도의 포집량을 검출하는 일이 곤란했었다.
또, 마이크로파검출수단을 가열실내에 존재시키는 구성은 퍼티클레이트연소열에 대한 검출부주변기구의 내열성의 확보 또는 검출부주변에의 퍼티클레이트의 퇴적에 의한 검출정밀도의 불안전성등의 과제를 발생하여 검출부의 신뢰성 확보가 곤란했었다.
본 발명은 상기 과제를 해결하는 것으로서, 제1의 목적은, 퍼티클레이트 포집량의 증대에 따른 필터의 실효적인 유전율과 유전손실의 변화에 의해 발생하는 가열실내의 마이크로파분포의 변화를 검출하므로써 퍼티클레이트 포집량을 고정밀도로 검출하는 수단을 제공하는 것이다.
또, 제2의 목적은 검출부에 배기가스 흐름으로부터 격리시켜서 검출부주변에의 퍼티클레이트 퇴적에 의한 검출정밀도의 열화(劣化) 또는 검출부의 고온흐름에 의한 열적열화를 회피하는 것으로서 검출부의 내구성을 보증하는 것이다.
또, 제3의 목적은 높은 신뢰성의 포집량검출신호에 의거하여 필터재생제어에 의해, 필터의 포집성능의 내구성을 확보하는 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 내연기관의 배기가스를 배출하는 배기관에 형성한 가열실과, 상기 가열실내에 수납되어 상기 배기가스속에 함유되는 퍼티클레이트를 포집하는 필터와, 상기 퍼티클레이트를 연소제거시켜 상기 필터를 재생하는 가열연소수단과, 상기 가열실에 급전되는 마이크로파를 발생하는 마이크로파 발생수단과, 상기 필터가 포집하는 퍼티클레이트의 중량에 따라서 상기 가열실 벽면에 상기 마이크로파에 의해 발생한 표피(表皮) 전류의 변화량을 검출하는 마이크로파검출수단과, 상기 마이크로파검출수단의 검출신호에 의거하여 상기 가열연소수단을 제어하는 제어부를 구비하고 있다.
또, 내연기관의 배기가스를 배출하는 배기관에 형성한 가열실과, 상기 가열실내에 수납되어 상기 배기가스속에 함유되는 퍼티클레이트를 포집하는 필터와, 상기 가열실에 급전되어 상기 퍼티클레이트를 유전가열하는 마이크로파를 발생하는 마이크로파발생수단과, 가열된 상기 퍼티클레이트를 연소시키는 공기를 공급하는 공기공급수단과, 상기 필터가 포집하는 퍼티클레이트의 중량에 따라서 상기 가열실 벽면에 상기 마이크로파에 의하여 발생한 표피전류의 변화량을 검출하는 마이크로파검출수단과, 상기 마이크로파검출수단의 검출신호에 의거하여 상기 마이크로파 발생수단 및 공기공급수단의 동작을 제어하는 제어부를 구비한 구성으로 이루어진다.
또, 마이크로파검출수단은 가열실 벽면에 형성한 슬릿과, 상기 가열실의 외부의 상기 슬릿의 근방에 설치한 안테나로 구성되고, 마이크로파검출수단이 검출한 전력을 검파하는 검파회로를 구비하고 있다. 또한, 슬릿은 필터가 수납된 영역의 가열실 벽면에 형성되어 있다.
마이크로파발생수단이 발생하는 마이크로파의 주파수는 ISM주파수대로 하고 있다.
본 발명은 상기의 구성에 의해, 이하와 같은 작용이 이루어진다.
먼저 정성적(定性的)인 설명을 한다.
필터의 퍼티클레이트 포집량이 증대하면 필터의 실효적인 유전율 및 유전손실이 증대하여 가열실내에 급전된 마이크로파는 필터존재밖 공간에 비해서 필터존재 공간안에 보다 많이 축적(Charge)된다.
한편, 퍼티클레이트의 증대에 의한 필터의 실효적인 유전율 및 유전손실의 변화는 가열실내의 마이크로파 분포를 변화시킨다.
가열실 벽면에는 가열실내의 마이크로파분포에 따른 표피전류분포가 발생한다. 가열실 벽면에 표피전류의 유로가 분단되도록 슬릿을 형성하면 그 슬릿으로부터 가열실의 외부방향으로 누설하는 전자장(電磁場)이 발생한다. 이 누설전자장의 크기는 상기한 가열실내의 전자장분포의 변화와 그것에 따른 표피전류의 절대량과의 상승적인 변화에 대응해서 변화한다. 이 상승적 변화의 거동을 검출하는 것으로서 퍼티클레이트 포집량을 고정밀도로 검출하는 것이다.
다음에, 퍼티클레이트를 마이크로파에 의해서 유전가열하는 경우의 포집량검출의 작용을 설명한다. 이 경우, 미리 결정한 포집량 영역에 있어서, 가열실내에 급전되는 마이크로파 파우어량이 최대량이 되도록 급전부가 구성된다. 이것을 달성하기 위해서, 마이크로파공학에 있어서의 일반적인 부하정합(整合)기술이 이용된다.
이와 같은 급전부에 있어서는, 퍼티클레이트의 포집량이 미리 결정한 포집량 영역을 향해서 증대함에 따라서 가열실내에 급전되는 마이크로파 파우어량이 증대한다. 이와같은 포집량의 증대에 따라서 가열실내에 급전되는 마이크로파 파우어량이 증대하도록 변화하는 마이크로파를 이용해서 포집량검출이 실행된다.
그러나, 이 경우에도 상기의 정성적인 현상때문에 포집량 증대에 따라서 가열실내에 급전되는 마이크로파 파우어량이 증대해도, 필터존재공간 이외의 가열실내 공간의 마이크로파 파우어량은 급전파우어량에 비례한 증대는 하지 않는다.
이 경우에도, 가열실내의 마이크로파분포와 슬릿을 형성한 가열실 벽면의 표피전류와의 상승적 변화를 검출하는 것으로 된다. 그러나, 필터내의 유전손실량의 증대에 의해 퍼티클레이트 자체는 마이크로파 파우어에 의해서 선택적으로 유전가열되므로, 포집량 검출은 극히 단시간에 실행하는 것이 바람직하다.
이 검출법은 가열실내의 마이크로파분포에 대응한 표피전류분포의 변화에 전자 누설량을 조압해서 검출하는 것 및 수신 안테나에 비해서 보다 광범위한 영역의 전자장변화의 거동을 추출하는 구조로서 가열실 벽면에 형성되는 슬릿에 의해 슬릿근방의 미세한 전자장특성변화를 정밀도 좋게 포착할 수 있다. 그 변화량을 검출하므로서, 등가적으로 필터에 포집된 퍼티클레이트의 량을 정밀도 좋게 검출할 수 있다.
또, 검출부는 슬릿근방의 가열실의 외부에 설치하는 구성에 의해 검출부의 내열성의 보증이 용이한 동시에 설치에 관한 구성상의 제과제의 회피도 용이하다. 이 때문에, 슬릿을 필터수납지지하는 가열실관(管)벽면에 형성하는 것으로서, 배기가스흐름으로부터 슬릿을 격리시킬 수 있고 슬릿으로부터의 배기가스유출의 과제를 해소할 수 있다.
또, 이와같은 검출법에 의하면 가열실은 마이크로파의 주파수대에 있어서의 공진형상을 생각하지 않고 필터구조에 대응한 최적의 가열실 구조를 설계할 수 있다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조해서 설명한다.
제1도에 있어서, 디이젤엔진(7)으로부터 배출되는 배기가스는 배기관(8)의 중도에 형성된 가열실(9)의 내부에 수납지지된 필터(10)를 유통하여 머플러(11)를 거쳐서 대기로 배출된다. 이때 필터(10)는 배기가스가 그 내부를 통과하는 동안에 배기가스속에 함유되는 퍼티클레이트를 포집한다. (12)는 가열실(9)내에 급전되어 필터(10)에 포집된 퍼티클레이트를 유전가열하는 마이크로파를 발생시키는 마이크로 발생수단이며 필터(10)의 배기가스흐름의 하류쪽으로부터 마이크로파를 가열실(9)내에 급전한다. 이 마이크로파 발생수단(12)은, 미리 결정된 적당한 시간주기(엔진이 구동하고 있지 않은 경우의 시간은 제외할 수 있다.)로서 마이크로파를 가열실(9)내에 급전하도록 제어되고 있다. 슬릿(13)이 가열실(9)을 형성하는 배기관벽면의 필터(10)의 외주에 대면한 적당한 벽면부에 형성된다. 이 슬릿(13)은 가열실내에 발생하는 마이크로파분포에 따라서 파생하는 가열실 벽면의 표피전류의 흐름을 분단하도록 형성되어 있다. 가열실(9) 외부의 슬릿(13) 근방에는 슬릿(13)으로부터 누설하는 마이크로파와 결합하고, 누설마이크로파량을 검출하는 마이크로파검출수단(14)이 설치되어 있다.
필터(10)는 퍼티클레이트의 포집량의 증대에 따라서 필터의 실효적인 유전율과 유전손실이 증대된다. 필터(10)의 이 실효적인 유전율 및 유전손실의 증대는 가열실(9)내에 급전된 마이크로파 파우어의 필터(10)내부에의 집중을 촉진하고 가열실 전체의 마이크로파분포를 변화시킨다.
마이크로파발생수단(12)의 주기적인 동작시간중에 마이크로파검출수단(14)은, 필터(10)의 퍼티클레이트 포집량 증대에 따른 가열실내의 마이크로파 특성변화에 대응한 슬릿(13)으로부터의 누설마이크로파량을 검출한다.
마이크로파검출수단(14)의 검출신호는 제어부(15)에 기억시킨 기준신호레벨대와의 비교가 주기적으로 실행된다. 검출신호가 기억시킨 기준신호레벨대에 도달하면 제어부(15)는 이하에 표시한 제어에 의해 필터(10)를 재생한다.
필터(10)를 중도에 설치한 배기관(8)에 병행으로 필터(10)를 갖지 않은 배기관(16)이 설치되어 있다. 또, 배기관(8)의 필터(10)의 배기가스하류에 위치한 부분과 배기관(16)에는 배기가스흐름을 유통(流通) 및 차단하는 밸브(17), (18)가 설치된다. 또, 필터(10)와 밸브(17)와의 사이의 배기관부에 공기를 공급하는 수단으로서 컴프레서 또는 송풍기로 이루어진 공기흐름공급수단(19), 공기 통류관(20) 및 공기통류관(20) 내에 설치되어 공기의 유통 및 차단을 하는 공기밸브(21)가 설치된다. 밸브(17), (18) 및 (21)의 개폐동작은 흡인펌프(22) 및 흡입관(23), (24), (25)의 중도에 설치된 3방향밸브(26), (27), (28)를 제어하므로서 실행된다.
필터(10)의 이하에 표시한 재생제어프로세스의 지시는 제어부(15)로부터 내려진다. 먼저 밸브(18)를 개방하고 밸브(17)를 차단한다. 이에 의해 배기가스는 배기관(16)을 유통해서 머플러(11)를 거쳐 대기로 방출된다. 이때 공기밸브(21)는 차단이다. 다음에 마이크로파발생수단(12)에 구동전력을 구동전원(29)으로부터 공급한다. 미리 결정한 시간경과후, 공기밸브(21)를 개방하는 동시에 공기 공급수단(19)에 구동전력을 구동전원(29)으로부터 공급한다. 이후 미리 결정한 시간경과후 마이크로파발생수단(12)의 동작을 정지시키는 동시에 또 미리 결정한 시간경과후 공기공급수단(19)의 동작을 정지시켜 공기밸브(21)를 차단한다. 그후 밸브(17)를 개방하고 밸브(18)를 차단해서 재차 필터(10)에 배기가스를 유통시켜 퍼티클레이트를 포집한다. 이 재생제어프로세스는 마이크로파검출수단(14)의 검출신호가 제어부(15)에 기억된 기준신호레벨대역에 도달할때마다 실행된다.
가열실(9)는 벌집형상 또는 펀칭판으로 구성되는 마이크로파차단수단(30), (31)에 의해 그 공간이 한정되어 있다. 또, 마이크로파발생수단(12)이 발생하는 마이크로파는 직사각형 도파관으로 이루어진 전송수단(32)을 거쳐서 가열실 벽면에 형성한 급전구멍(33)으로부터 가열실(9)내로 마이크로파를 급전한다. 이 급전구멍(33)은 저유전손실판(도시하지 않음)으로 씌워져 있다. 필터(10)는 가열실 벽면과의 사이에 단열재(34)를 개재시켜 가열실 벽면으로서 지지시키고 있다.
이와 같은 구성에 있어서, 마이크로파가 가열실(9)에 급전되면 가열실에는 필터가 포집한 퍼티클레이트에 따른 고유의 마이크로파분포가 발생한다. 포집량의 증대에 띠라서 필터(10)내부에 존재하는 마이크로파의 파장은 필터의 유전율의 증가에 의해 단축된다. 이 파장단축에 의해, 가열실내의 마이크로파분포는 변화한다.
한편, 가열실에서 발생하는 마이크로파분포의 두번째의 특징은 마이크로파 파우어가 퍼티클레이트의 증대에 따라서 퍼티클레이트에 선택적으로 흡수된다는 것이다. 이것은 퍼티클레이트의 유전손실에 기인한다. 포집량이 증대하므로써 마이크로파는 유전체인 필터내에 보다 많이 축적(Charge)될려고 하고, 또한 필터가 포집한 퍼티클레이트에 그 에너지를 선택적으로 부여한다. 이 에너지가 크면 퍼티클레이트는 단시간에 가열시킨다.
이와 같은 퍼티클레이트포집량의 증대에 따른 필터의 실효적인 유전율변화 및 유전손실변화에 의해 가열실 벽면에 발생하는 표피전류의 분포가 변화한다.
제2도는 슬릿(13)근방의 전자장특성을 표시하는 동시에 마이크로파 검출원리를 표시하는 것이다. 가열실 벽면(35)에 발생한 표피전류(36)를 분단하도록 슬릿(13)이 형성되어 있다. 전류의 연속성에 의해, 슬릿(13)의 가열실 외부쪽(제2도에 있어서는 지면의 상측)에는 누설전자량(도면에 있어서 누설전계)이 발생한다. 이 누설전자장과 효과적으로 결합한 마이크로파검출수단(14)을 구성하는 안테나(37)는 슬릿(13) 근방의 가열 실내에 발생한 마이크로파량을 검출한다.
마이크로파검출수단의 안테나(37)는 적당하게 뚫린 구멍영역을 가진 슬릿(13)으로부터 누설하는 전자장 공간에 설치되고, 종래와 같이 가열실내에 개재시킨 직선형상 수신안테나 국소적인 전자장 공간정보밖에 제공할 수 없는 것에 비해서 보다 광범위한 정보를 검출할 수 있어 가열실 전체의 마이크로파 특성을 고정밀도로 검출할 수 있다.
또, 검출부를 가열실의 외부에 설치하는 구성에 의해 검출부의 내열성 또는 부착에 관한 구성상의 제과제를 해소할 수 있다.
또한, 이와같은 유전율변화와 유전손실변화에 의한 벽면의 표피전류변화를 가열실 외부에서 검출하는 방법에 의하면, 가열실은 마이크로파의 주파수대에 있어서의 공진현상을 걱정하지 않고 필터구조에 대응한 최적한 가열실 구성을 채택할 수 있다.
또한, 퍼티클레이트의 가열수단으로서 ISM주파수대(공업, 과학, 의료용에 할당된 주파수대이며, 915MHz, 2450MHz, 580MHz등)의 마이크로파를 이용하므로서 가열수단의 출력을 사용하여 포집량검출을 실행할 수 있다.
안테나(37)에 의해서 검출된 마이크로파량은 검파되어서 제어신호로서 취급이 용이하도록 직류화된다. 제3도는 검파회로의 구성예를 표시한다. 도면에 있어서 파선은 프린트기판(38)의 이면(裏面)의 회로를 표시하고 이 패턴이 마이크로파검출수단인 안테나(37)(제2도의 안테나에 상당)를 구성하고 있다. 안테나(37)에 검출된 마이크로파량은 관통구멍(39)을 거쳐서 검파회로에 인도되어 쇼트키장벽 다이오우드(40)등의 회로부품으로 구성된 검파회로(41)에 직류로 검파되어 리이드선(42), (43)으로부터 출력되어서 제어부(15)에 입력된다.
다음에, 제4도를 사용해서 검파회로의 동작을 설명한다. 안테나(37)로부터 전송된 마이크로파의 중심주파수에 대하여 마이크로스트립라인(LB44), (LL44)은 임피이던스가 무한대로 되며, 한편 마이크로스트립라인(CS46)은 임피이던스가 0이 되도록 설계되어 있다.
따라서, 이 (CS46)의 특성에 의해, 마이크로파는 저항(RD47)과 쇼트키장벽 다이오우드(40)를 개재해서 어어드된 상태로 된다. 이때 쇼트키장벽 다이오두드(40)에 의해 정류된 정방향(도면중의 우방향)의 출력은 직류로서 부하저항(RL48)으로 흐른다. 직류의 페루우프를 형성하기 때문에 저항(RB49)에도 같은 전류가 흐른다. 부하저항(48)에 흐른 전류에 의해 얻어진 반파정류파형은 저항(RH50)과 콘덴서(CH51)에 의해서 평활되어서 리이드선(42), (43)에 의해 출력된다.
이상은 퍼티클레이트를 유전가열하는 마이크로파를 이용한 마이크로파검출수단에 의한 퍼티클레이트 포집량 검출구성을 표시했으나, 퍼티클레이트를 가열하는 가열수단은 마이크로파에 한정되는 것은 아니다. 또, 슬릿을 형성하는 위치도 한정되는 것은 아니다.
예를들면, 제5도에 표시한 바와같이 가열수단으로서 전기히이터(52)를 사용한 경우에도 상기의 포집량검출 및 재생제어는 적용할 수 있다. 제5도에서는 제1도와 다른 구성요소로서 퍼티클레이트를 가열하는 가열수단으로서의 전기 히이터(52), 포집량검출전용의 마이크로파발생수단(53) 및 필터(10)의 배기가스유출쪽에 위치하는 가열실 벽면에 형성된 슬릿(13)을 표시하고 있다. 슬릿형성위치를 제5도와 같은 위치에 형성하는 구성에 있어서는, 배기가스흐름의 유출을 회피하는 것을 목적으로 마이크로파검출수단의 안테나(54)(제2도의 안테나 상당)를 하우징(55)으로 씌우므로서 상기와 마찬가지로 고정밀도로 포집량검출을 실행할 수 있다.
이상에 표시한 구성은 각각 자유롭게 짜맞출 수 있다. 그와 같은 구성으로 이루어진 본 장치의 필터재생 프로세스에 있어서의 퍼티클레이트의 가열로부터 연소로의 이행의 보다 상세한 상태 설명을 이하에 설명한다.
퍼티클레이트를 가열하는 가열수단(마이크로파발생수단 또는 전기히이터등)은 아무것이라도 상관없으나, 마이크로파발생수단은 가열수단에 대표시켜서 이후의 설명을 한다. 가열원인 마이크로파 필터(10)를 수납한 가열실(9)에 급전되면 필터에 포집된 퍼티클레이트가 가열되기 시작한다. 마이크로파 급전의 초기에는 필터를 흐르는 기체는 대략 완전히 차단되어 있다. 이에 의해서 필터전영역의 퍼티클레이트는 필터를 흐르는 능동적인 기체흐름에 의한 냉각을 받는 일없이 마이크로파 가열에 의해서 그 연소가능 온도영역을 향해서 효율좋게 온도가 상승해간다.
마이크로파가열이 진행되고, 미리 결정된 시간을 경과하면 연소촉진용의 공기가 가열실내에 공급된다. 이때의 미리 결정된 시간이란 가열실에 급전하는 마이크로파에너지량, 미리 결정한 퍼티클레이트 포집량영역 등에 의해서 최적한 시간이 설정된다.
또, 필터에 공급되는 공기는 유량을 제어시키는 일을 할수 있다. 예를들면 공기의 초기유량은, 가열된 퍼티클레이트의 연소촉진은 하나, 공기흐름의 방향으로의 퍼티클레이트의 연소영역의 확대를 억제할 정도의 공기유량을 공급할 수 있다.
이와같은 제어는 마이크로파 가열분포에 의해 퍼티클레이트의 온도가 연소가능 온도영역에 이르고 있지 않은 필터영역에 있어서는 이 공기공급에 의해서 승온을 방해받을 가능성이 있으나, 공급되는 공기유량을 극히 미량으로 하므로서 그 영역의 온도저하를 회피하고 가열을 촉진시키는 효과가 있다.
공급되는 공기는 마이크로파가 가열된 퍼티클레이트의 온도가 연소가능온도영역에 도달해 있으면 연소를 촉진시키는 것이다. 따라서 이 연소에 의해서 발생한 발열이 마이크로파가열에 의한 발열에 가하여져서 필터내를 전열하고 연소가능영역의 확대를 도모할 수 있다.
이후, 공급기체의 유량이 증대되어 연소가능영역을 필터의 긴쪽방향(배기가스흐름이 흐르는 방향)으로 이동시킨다. 이 상태는 필터의 포집성능이 재생되기까지의 결정한 시간이 계속된다.
이 상태에 있어서 적당한 시간경과후에 마이크로파의 급전을 정지할 수 있다. 이 정지시기는 미리 결정된 소정시간에 의해서 제어되나, 마이크로파량의 검출신호에 의거하여 제어할 수도 있다. 그후 적당한 시기에 공기공급이 정지된다. 마이크로파 발생수단의 동작정지는 기체공급의 정지와 동일시각 또는 보다 이른 시각에 실행된다. 그러나 통상은 마이크로파 급전정지후, 미리 결정된 소정시간, 공기를 공급하므로서 필터전영역을 보다 완전하게 재생할 수 있다.
이 소정시간의 결정은 재생정도를 검출하기 위한 수단, 예를들면 연소배열온도의 검출을 이용하는 일도 가능하다.
이상과 같은 재생제어진행에 의해 필터재생이 완료되면 그후 적당한 시기에 지금 재생한 필터에 배기가스를 유입할 수 있다.
필터재생을 효과적으로 실행하는 제어내용은 미리 결정되어 있다. 상기한 포집량 검출방법에 의하면 미리 결정한 포집량에 도달한 것을 정밀도 좋게 검출해서 퍼티클레이트를 가열하는 가열수단의 동작제어를 실행하므로서 필터재생(즉, 퍼티클레이트를 가열해서 연소시킴으로서 필터재생)성능을 충분히 보증할 수 있다.
또한, 포집량검출의 주기는 미리 결정한 시간마다 실행해도 되나, 퍼티클레이트 포집량의 증대에 따라서 검출주기를 단축해가는 방법이 보다 바람직하다. 이와같은 검출주기를 가변시키므로서 필터재생프로세스에 있어서의 재생성능을 보다 충분히 보증시킬 수 있다.
또, 실시예에서는 표시하지 않았으나 마이크로파검출수단(필터의 배기가스배출쪽의 가열실 벽면에 배치)에 대해서 가열실내로의 마이크로파 급전부를 필터를 사이에 둔 가열실 공간에 설치할 수도 있다.
이상 설명한 바와같이 본 발명의 내연기관용 필터재생장치에 의하면, 이하의 효과를 얻을 수 있다.
① 퍼티클레이트 포집량의 증대에 따른 필터의 실효적인 유전율과 유전손실의 변화에 의해서 발생하는 종합적인 가열실내의 마이크로파 특성변화를 가열실 벽면에 형성한 슬릿으로부터의 누설마이크로파량으로부터 식별하므로서, 높은 정밀도로 포집량을 검출하는 방법을 제공할 수 있다.
② 가열실내에 돌출시키는 안테나에 비해서 구멍뚫린 면적을 가진 슬릿으로 부터의 누설마이크로파량을 검출하는 구성에 의해 검출정밀도를 높일 수 있다.
③ 검출부를 가열실의 외부에 설치하는 구성에 의해, 검출부의 내열성의 보증 및 부착위치의 자유로움을 제공할 수 있다.
④ 검출부를 필터수납공간의 가열실 벽면영역에 설치할 수 있으므로, 슬릿으로부터의 배기가스누설에 대한 특별한 수단을 불필요하게 할 수 있다.
⑤ 가열실내의 종합적인 정보에 의거한 검출방법에 의해, 가열실의 공진현상을 걱정하지 않고 필터구조에 대응한 최적한 가열실 구조를 선택할 수 있다.
⑥ 퍼티클레이트 가열수단에 마이크로파를 이용하므로서, 그 신호를 가지고 포집량 검출을 실행할 수 있다.

Claims (7)

  1. 내연기관의 배기가스를 배출하는 배기관에 형성한 가열실과, 상기 가열실내에 수납되어 상기 배기가스속에 함유되는 퍼티클레이트를 포집하는 필터와, 상기 퍼티클레이트를 가열연소시켜 상기 필터성능을 재생하는 가열연소수단과, 상기 가열실에 공급되는 마이크로파를 발생하는 마이크로파 발생수단과, 상기 필터가 포집하는 퍼티클레이트의 중량을 검출하는 포집량검지수단을 가지고, 상기 포집량검지수단은 상기 가열실 벽면에 발생하는 상기 마이크로파에 의한 표피전류의 변화량을 검출하는 마이크로파검출수단에 의해 구성한 것을 특징으로 하고, 이 포집량검지수단의 검출신호에 의거하여 상기 가열연소수단을 제어하는 제어부를 구비한 내연기관용 필터재생장치.
  2. 내연기관의 배기가스를 배출하는 배기관에 형성한 가열실과, 상기 가열실내에 수납되어 상기 배기가스속에 함유되는 퍼티클레이트를 포집하는 필터와, 상기 가열실에 공급되어 상기 퍼티클레이트를 유전가열하는 마이크로파에너지를 발생하는 마이크로파발생수단과, 가열된 상기 퍼티클레이트를 연소시키는 공기를 공급하는 공기공급수단과, 상기 필터가 포집하는 퍼티클레이트의 중량을 검출하는 포집량검지수단을 가지고, 상기 포집량검지수단은 상기 가열실 벽면에 발생하는 상기 마이크로파에 의한 표피전류의 변화량을 검출하는 검출수단에 의해 구성한 것을 특징으로 하고, 이 포집량검지수단의 검출신호에 의거하여 상기 마이크로파발생수단 및 공기 공급수단의 동작을 제어하는 제어부를 구비한 내연기관용 필터재생장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 마이크로파검출수단은, 가열실 벽면에 형성한 슬릿과, 상기 가열실의 외부의 상기 슬릿의 근방에 설치한 안테나로 구성된 내연기관용 필터재생장치.
  4. 제3항에 있어서, 마이크로파검출수단은 안테나가 검출한 전력을 직류전압으로 변환하는 검파회로를 구비한 내연기관용 필터재생장치.
  5. 제3항에 있어서, 슬릿은 필터가 수납된 영역의 가열실 벽면에 형성된 내연기관용 필터재생장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 마이크로파발생수단이 발생하는 마이크로파의 주파수는 ISM주파수대로한 내연기관용 필터재생장치.
  7. 내연기관의 배기가스를 배출하는 배기관에 형성한 가열실과, 상기 가열실내에 수납되어 상기 배기가스속에 함유되는 퍼티클레이트를 포집하는 필터와, 상기 가열실에 공급되어 상기 퍼티클레이트를 유전가열하는 마이크로파에너지를 발생하는 마이크로파발생수단과, 상기 필터가 포집하는 퍼티클레이트의 중량을 검출하는 포집량검지수단을 가지고, 상기 포집량검지수단은 상기 가열실 벽면에 형성한 슬릿과 이 가열실의 외부의 상기 슬릿의 근방에 설치한 안테나로 구성된 것을 특징으로 하고, 이 포집량검지수단의 검출신호에 의거하여 상기 마이크로파발생수단의 동작을 제어하는 제어부를 구비한 내연기관용 필터재생장치.
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