JPH04301123A - 内燃機関用フィルタ再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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いわゆる先進国の
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、先進国の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すすめられているが
、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、装
置構成の容易さ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３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はフィルタを
収納した加熱室、７はマイクロ波発生手段、８はマイク
ロ波発生手段の発生したマイクロ波を加熱室に導く導波
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はマイクロ波発生手段の駆動電源、１
３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
エネルギはマイクロ波発生手段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１５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
のような構成において、パティキュレートが燃焼を開始
し燃焼領域がサイクル全域に拡大するとフィルタの中央
部は周囲の燃焼熱が集まってフィルタ外周部との温度差
が大きくなり過ぎ、その結果フィルタにクラックが生じ
る。また、最悪の場合にはフィルタ溶損に至る。このた
め、装置の耐久性能を十分に保証できない課題があった
。

【００１３】本発明は上記課題を解決するもので、フィ
ルタの中央部への燃焼熱を回避されるとともに熱拡散を
図りフィルタの耐久性能を確保し耐久性能保証ができる
フィルタ再生装置を提供することを目的としたものであ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、基本構成として内燃機関の排気ガスを排出す
る排気管に設けられ前記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、前記フィル
タの内部にマイクロ波放射手段を備えている。

【００１５】より具体的構成としては、フィルタは排気
管に設けられた加熱室の内壁とこの加熱室の略中央部に
設けられたパイプとの間に配設され、マイクロ波発生手
段が発生するマイクロ波を前記パイプの外壁に周期的に
設けられた給電孔よりフィルタに放射するように構成さ
れている。

【００１６】

【作用】本発明は上記の構成により、パイプに設けられ
た給電孔より放射されるマイクロ波がパイプ外周全域に
放射されフィルタに捕集されたパティキュレートがフィ
ルタの内部より選択的に加熱され燃焼状態に移行する。 この燃焼領域は適当な燃焼用空気の供給によってこの空
気流方向に拡大する。この結果フィルタの内部に捕集さ
れたパティキュレートがその先行する燃焼によって除去
されフィルタ内部は燃焼熱を発生しなくなる。

【００１７】一方、フィルタに給電されるマイクロ波に
よって加熱されるパティキュレートは徐々にフィルタ外
周に向かって拡散する。このフィルタ外周部が燃焼状態
になった時にはフィルタ内部には燃焼熱はないが外周部
の燃焼熱の伝熱によってフィルタ内部の温度が高い温度
に保たれる。この結果フィルタ内部と外周部との温度差
は緩和されクラック発生を生じない。また、フィルタ内
部の温度は外周部の温度に比べて同等もしくは低い温度
になり、溶損に至る事もない。

【００１８】

【実施例】以下本発明の実施例を添付図面を参照して説
明する。

【００１９】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１７の略中央部に設けられた円
筒状の金属パイプ、１９はその略中央部に金属パイプを
配して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
、２０はマイクロ波を発生するマイクロ波発生手段であ
るマグネトロン、２１は金属パイプ１８に周期的に配設
された給電孔である。

【００２０】マイクロ波発生手段が発生したマイクロ波
は導波管２２、同軸導波管変換部２３および同軸線路２
４を伝送して金属パイプ１８内に設けられた環状周期配
列の共振器２５に導かれる。この共振器２５の構成要素
である金属パイプ壁には上記の給電孔２１が設けられて
いる。この給電孔よりマイクロ波がフィルタ側に放射さ
れる。

【００２１】２６はフィルタ１９に排気ガス以外の気体
を供給する気体供給手段である。この気体供給手段２６
は、送風機あるいはポンプからなる気体供給源２７とそ
の気体をフィルタを収納した加熱室に導く導風パイプ２
８と導風パイプ内の気体流の流れを制御する気体供給流
量制御バルブ２９とから構成されている。

【００２２】３０は加熱室１７の領域を区分するパンチ
ング構造あるいはハニカム構造などからなる電波遮蔽板
、３１はフィルタ外周と加熱室内壁の間に設けられた断
熱材である。また、金属パイプ１８の排気ガス上流側は
排ガスのフィルタへの配流を効果的に実行するとともに
金属パイプ内への排ガス流入を遮蔽する遮蔽部３２が設
けられている。

【００２３】排気ガスは図中矢印で示した方向から排気
管内を流れてきて遮蔽部３２により同心状に配流されて
フィルタに入る。フィルタを通過中にパティキュレート
が除去され、下流側の排気管３３を通ってマフラー（図
示していない）を経て大気へ放出される。

【００２４】図２は図１の主要部断面図である。共振器
２５は個々の共振器がマイクロ波発生手段２０が発生す
るマイクロ波の周波数帯で共振する特性を有する構造（
マグネトロンの陽極構造と同等）からなる。この共振器
は金属パイプ１８内に周期配列されており、共振器２５
の構造要素である金属パイプ１８には給電孔２１が共振
器の一つおきに周期配設されている。

【００２５】このような構成により給電孔よりフィルタ
側に放射されるマイクロ波は同相となり金属パイプと同
心状にマイクロ波の電磁界分布を生じる。これにより、
フィルタに捕集されたパティキュレートはフィルタ内部
より同心状にマイクロ波加熱される。

【００２６】以下に本発明装置の動作および現象を説明
する。フィルタに捕集されたパティキュレートの量が予
め決められた量に達すると制御部（図示していない）よ
りフィルタ再生信号が発せられる。これにより、排気ガ
ス流が他の排気管に切換される。この後、マイクロ波発
生手段であるマグネトロンが動作を始め、フィルタに捕
集されたパティキュレートがマイクロ波加熱される。こ
のとき、金属パイプ近傍のパティキュレートが先行的に
加熱され燃焼可能温度に向かって上昇していく。

【００２７】このとき気体供給手段を動作させて適当な
空気量をフィルタに供給することで金属パイプ近傍のパ
ティキュレートは燃焼を促進され、供給された空気流に
従ってフィルタの下流端側へ燃焼域を拡大していく。一
方、この間においても金属パイプに設けられた給電孔か
らマイクロ波は給電されるが、このマイクロ波によりフ
ィルタの外周方向にパティキュレートの加熱が進行して
いく。従って、フィルタの内部におけるパティキュレー
ト燃焼域とフィルタの外周部におけるパティキュレート
燃焼域とはいわゆる時間遅れを伴ってフィルタの下流端
に拡大延長して行くことになる。この結果、フィルタの
外周部が燃焼状態にある場合、その内部はすでにパティ
キュレートの燃焼が完了し燃焼熱の発生はない。したが
って、フィルタ外周部の燃焼熱によってフィルタの内部
は高温に保たれるがフィルタ内部の温度は外周部の温度
と同等あるいはそれ以下に制御でき、フィルタ内部と外
周部との温度差をごくわずかに保つことができフィルタ
にクラックの発生を抑止することができる。また、フィ
ルタ内部とフィルタ外周部との燃焼を遅延させたことに
より、フィルタ内部への燃焼熱の集中を抑止できフィル
タが溶損に至る可能性を除外している。なお、フィルタ
内部に金属パイプを配しているので、フィルタ内部の熱
をフィルタの排気ガス流方向に拡散させる効果もある。

【００２８】フィルタ全域のパティキュレート燃焼が完
了するとマグネトロンの動作は停止となり、気体供給手
段の動作も停止する。なお、マグネトロンの動作停止は
フィルタ全域の燃焼が終了する以前の適当な時期に実行
してもよい。

【００２９】なお、本発明実施例において加熱室は円筒
状のものを図示したが、この形状に限定されるものでは
なく、たとえば直方体形状や楕円柱形状でも構わない。

【００３０】また、金属パイプに設けた給電孔はフィル
タの排気ガス流の上流側に設けているがフィルタの全域
に渡って設けても構わない。

【００３１】さらにまた、金属内部に設けた周期配列の
共振器は本発明一実施例に限定されるものではなく、た
とえば金属パイプ内部全体を空胴共振器として作用させ
るようにしても構わない。

【００３２】

【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よれば、以下の効果が得られる。

【００３３】（１）フィルタの内部にマイクロ波放射手
段を設けた構成により、フィルタ内部のパティキュレー
ト燃焼を先行させることによりフィルタ内部への燃焼熱
の集中を回避しフィルタ内部の温度上昇を抑止してフィ
ルタの溶損を回避させることができる。

【００３４】（２）フィルタ内部の燃焼を先行させ、フ
ィルタ内部とフィルタ外周部との燃焼状態を遅延させる
ことにより、フィルタ外周部が燃焼しているときに外周
部より内部に伝熱する熱によってのみフィルタ内部の温
度が維持されるようにしたことによりフィルタの内部と
外周部との温度差をごくわずかに抑止できクラック発生
を防止することができる。

【００３５】（３）以上のようなクラック発生防止と溶
損回避によりフィルタの耐久性能を確保することで十分
な耐久性能の保証ができる装置を提供することができる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す内燃機関用フィルタ再
生装置の構成図

【図２】図１の主要部断面図

【図３】従来の内燃機関用フィルタ再生装置の断面図

【符号の説明】

１６　　排気管 １７　　加熱室 １８　　パイプ １９　　フィルタ ２０　　マイクロ波発生手段

Claims (3)

【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に設
   けられ前記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、前記フィルタの内部に設
   けられたマイクロ波放射手段とを備えた内燃機関用フィ
   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に設
   けられた加熱室と、前記加熱室に収納され前記内燃機関
   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、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と
   、前記フィルタの内部に設けられ前記マイクロ波発生手
   段が発生するマイクロ波を前記加熱室内に給電するマイ
   クロ波放射手段とを備えた内燃機関用フィルタ再生装置
   。
3. 【請求項３】内燃機関の排気ガスを排出する排気管に設
   けられた加熱室と、前記加熱室において前記排気ガスの
   流れの垂直方向の略中央部に設けられた円筒状のパイプ
   と、前記加熱室の内壁と前記パイプとの間に収納され前
   記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、マイクロ波を発生するマイクロ波
   発生手段と、前記パイプの外壁に周期的に配設され前記
   マイクロ波発生手段が発生するマイクロ波を前記フィル
   タに給電する給電孔とを備えた内燃機関用フィルタ再生
   装置。