JPH05296023A - 内燃機関用フィルタ再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はディーゼルエンジンの排気ガス中の
パティキュレートを捕集するフィルタの再生装置に関す
るもので、フィルタに流れる空気量を検出し、パティキ
ュレート捕集量がばらついても、最適な条件の再生を行
う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。 【構成】 排ガスに含まれるパティキュレートを捕集す
るフィルタ１８にマイクロ波をあてて加熱再生する装置
で、パティキュレートを燃焼させるために空気を供給す
る送風装置２２からの風量を測定し、その時間変化量が
所定値以下になるように送風装置２２の動作を制御して
いる。このようにすることで、パティキュレートの燃焼
スピードを抑制し、熱応力および過度の燃焼によるフィ
ルタの破損を防いでいる。また、再生の終了を風量の変
化量が少なくなることで検出し、最適な再生時間を得
て、効率のよいフィルタ再生装置を構成している。

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
を利用して加熱燃焼再生する装置の動作制御に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】地球環境保全に関して、森林破壊を招く
酸性雨の対策が大きな社会問題となってきている。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等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エンジン搭載車
は、窒素酸化物と同時にパティキュレートの排出規制が
強化される。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】ところがフィルタを有する後処理装置で
は、パティキュレートが捕集され続けるとフィルタの目
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りエンジン出力の低下あるいはエン
ジン停止に至る。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すすめられているが、実用に
は至っていない。

【０００５】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
度域に昇温させて燃焼させ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。

【０００６】本発明者らは昇温効率の良さ、安全性、装
置構成の容易さおよび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。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５に示す。同図において、
１はエンジン、２は排気マニフィールド、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はマイクロ波発生手段、８はマイクロ波
発生手段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はマイクロ波発生手段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。

【０００７】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
タ再生時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。

【０００８】

【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、フィルタに捕集される排気ガス
中のパティキュレートの量は再生開始時点で一定ではな
いため、フィルタの再生状態にばらつきが生じる。すな
わち、パティキュレートの量が適正範囲を越えて多いと
きは、パティキュレートの燃焼が激しくなり高温が発生
してフィルタが溶損するという課題がある。また、パテ
ィキュレート量が少ないときはマイクロ波発生装置から
のマイクロ波が反射してすすに吸収されず充分加熱され
なくなる。このためパティキュレートの燃え残りが生
じ、フィルタの再生率が低下するという課題があった。

【０００９】また、フィルタに捕集されたパティキュレ
ート量に応じて、適切な加熱時間および燃焼に必要な時
間は変化する。このため、再生の終了時間をパティキュ
レート量に応じてかえる必要があるが、フィルタに捕集
されたパティキュレート量を正確に検出することは困難
である。したがって、フィルタの再生を効率よく行なう
ことができないという課題があった。

【００１０】本発明は上記課題を解決するもので、フィ
ルタに流れる空気量の変化が所定値以下になるように燃
焼再生を行い再生率の高いマイクロ波給電加熱方式の内
熱機関用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。

【００１１】また、上記第２の課題を解決するもので、
フィルタに流れる空気量の変化が第２の所定値より小さ
くなったとき加熱再生制御を停止し、最適時間で再生を
行う内燃機関用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。

【００１２】

【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た加熱室と、前記加熱室内に収納さ
れ前記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、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生
装置と、前記マイクロ波発生装置が発生するマイクロ波
を前記加熱室に伝送する導波管と、前記パティキュレー
トを燃焼させるために空気を供給する送風装置と、前記
フィルタを流れる風量を測定する風量測定装置と、前記
風量の時間変化量が所定値以下になるように前記送風装
置の動作を制御する制御部を設けた構成としたものであ
る。

【００１３】また、風量測定装置による風量の時間変化
変化量が第２の所定値より小さくなるとマイクロ波発生
手段と送風装置の動作を停止する構成としたものであ
る。

【００１４】

【作用】本発明は上記の構成により、フィルタに捕集さ
れたパティキュレート燃焼を促進させる空気の供給を制
御する。すなわち、フィルタを通る風量を測定しその変
化量にもとづいて、送風装置を制御する。

【００１５】パティキュレートが多い状態においては、
フィルタが目詰まりしているため圧損が大きくフィルタ
を通る風量が少ない。燃焼再生がすすみパティキュレー
トが除去されるとフィルタの圧損が低下し、フィルタを
通る風量も増加する。

【００１６】風量測定装置による風量の変化量は、燃焼
の進み方と相関関係がある。風量の変化を所定の値以下
におさえるように送風装置を制御し、急激な燃焼を防止
している。すなわち、送風装置の出力を制御して、送風
量を調整しながらパティキュレートの燃焼再生を行って
いる。

【００１７】また、パティキュレートが燃焼してしまう
とフィルタの圧損の変化がなくなる。したがって、フィ
ルタに流れる空気量の変化分が第２の所定値以下になる
ことで再生の完了を検出し、適切な時期での再生制御を
終了することができる。このため、再生効率のよい内燃
機関用排ガス浄化装置が提供可能となる。

【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は排気管の途中に設けられた加
熱室、１８は加熱室内に収納され排気ガスが通過するあ
いだ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、１９は加熱室１７に給電するマイクロ波を
発生させるマイクロ波発生装置、２０はマイクロ波発生
装置１９の発生したマイクロ波を加熱室１７に伝送する
導波管、２１はマイクロ波発生装置１９に電力を供給す
る駆動電源、２２はパティキュレートを燃焼させる空気
をフィルタ１８に送る送風装置、２３、２４、２５は気
体の導風経路を切換えるバルブ、２６はフィルタ１８の
外周に設けられフィルタ１８を加熱室１７の中に支持す
る断熱材、２７はフィルタ１８に流れる空気量を測定す
る風量測定装置、２８は風量測定装置２７からの情報を
得て送風装置２２、バルブ２３、２４、２５および駆動
電源２１を制御する制御部、２９は排気分岐管である。

【００２０】内燃機関の排気ガスは図１の矢印から排ガ
ス浄化装置に流入し、フィルタ１８を通過するときに排
気ガス中に含まれるパティキュレートがフィルタ１８に
捕集される。フィルタ１８に排気ガスが流れている状態
において導風路切換バルブ２３、２４、２５は図中のａ
の方向に切り換えた状態に保たれている。

【００２１】フィルタ１８に所定時間または所定量パテ
ィキュレートが捕集されるとフィルタ１８への排気ガス
導流が停止される。すなわち、バルブ２５がｂに切り替
わり保持される。このとき排気ガスは排気分岐管２９に
配流させる。この後フィルタ１８はマイクロ波によって
再生される。

【００２２】つぎにフィルタ１８再生のプロセスを述べ
る。フィルタ１８の再生プロセスは制御部２８によって
指令される。フィルタ１８が捕集したパティキュレート
捕集量はフィルタ１８の圧損レベル、内燃機関の動作時
間、内燃機関が自動車に搭載されているならば自動車の
走行距離等を利用して検出される。しかしながら、内燃
機関の動作環境によりパティキュレートの発生量と成分
が異なるため正確なパティキュレート捕集量の検出は困
難である。したがって、前述の捕集量検出手段はパティ
キュレート捕集量の概算をすることになる。

【００２３】フィルタ再生プロセスでは、バルブ２３、
２４、２５は図中ｂに保持されている。マイクロ波発生
装置１９からマイクロ波が導波管２０を通ってフィルタ
１８にマイクロ波を供給し、捕集されたパティキュレー
トを加熱する。捕集量の概算にもとづいて所定時間マイ
クロ波を供給すると、パティキュレートは燃焼可能な温
度（約６００℃）に達する。その後、送風装置２２から
空気を供給し、パティキュレートを燃焼させる。

【００２４】図２に、パティキュレートの再生時にフィ
ルタに流れる空気量の変化を示す。時刻t0よりマイクロ
波発生装置１９よりマイクロ波がフィルタ１８に捕集さ
れたパティキュレートに供給される。時刻t1より送風装
置２２より燃焼用の空気が供給される。再生燃焼の初期
において送風装置２２からの空気量Ｑは少なく、パティ
キュレートが燃焼をすると、フィルタの再生が進行し目
詰まりが解消するため空気量Ｑが増加する。

【００２５】送風量を制御しない場合は図２の波線で示
すように再生の途中で空気量Ｑは急に増加をする。一
方、本発明のように空気量Ｑの変化分を所定値以下に制
御すると実線で示すような増加をする。フィルタを再生
する場合、パティキュレートの燃焼は全体的に均一に行
われることが望ましい。しかしながら捕集されたパティ
キュレートが燃焼するのは空気（酸素）が供給される部
分からで、フィルタの一端面から燃焼が開始し、少しず
つ燃え広がようになる。そのためフィルタには温度勾配
が生じる。フィルタが熱応力のために破損しないため
に、また、高温燃焼で溶損しないためには、燃焼スピー
ドを調整する必要がある。さらに、パティキュレートの
燃え残りを少なくするためには、ゆっくりした燃焼が必
要であり、空気供給量がパティキュレート再生のための
重要な条件要因である。捕集パティキュレート量によっ
て最適な再生燃焼のための空気量は当然異なるので、そ
れに応じた空気量を供給しなければならない。

【００２６】本発明は、再生時に空気量Ｑの変化分を所
定値以下に抑えるように送風装置２２を制御している。
このため、パティキュレートの燃焼スピードの変化が抑
制される。また、再生がすすむとパティキュレートが燃
えて減少し、火力が低下してくる。このとき、空気量Ｑ
を増加させてパティキュレートの燃え残りの燃焼を促す
必要がある。本発明では、空気量の変化分を所定値q1以
下に抑える制御をしていることで、初期から半ばにかけ
て燃焼のスピードを制御し、再生終了近くには空気量Ｑ
を増加させて燃焼を促している。このように、空気量を
抑制することでパティキュレート捕集量が少ないときで
も、フィルタの再生効率が高い。また、このような挙動
により均一な燃焼がおこなわれ、フィルタ内での熱応力
によるクラック発生を防止し、フィルタ耐久性能を保証
する。

【００２７】フィルタの再生完了は、捕集されたパティ
キュレートの燃焼が終了した時点である。しかし、捕集
されたパティキュレート量にばらつきがあり、再生率や
残存（燃え残り）のパティキュレート量もばらつくた
め、再生に必要な時間は推測困難である。したがって、
本発明ではフィルタを通過する空気量の変化ｄＱが第２
の所定値q2以下になった場合、再生プロセスを停止する
ことにより、最適な再生時間を得ている。

【００２８】図３に再生時における送風装置からの空気
量の変化ｄＱを示す。すなわち、フィルタを流れる空気
量の変化ｄＱが所定値q2より小さいことはパティキュレ
ート量がほとんど変化していないことを示し、フィルタ
の再生が終了したことになる。この時点で、マイクロ波
の発生および送風装置の停止を行う。こうすることで、
必要十分な条件でフィルタを再生することができる。マ
イクロ波発生手段の動作停止は送風装置の停止動作と同
一時間もしくはより早い時刻に実行される。

【００２９】以上のような再生制御プロセスによりフィ
ルタ再生が完了すると導風路切換手段は初期状態（図１
ａ）に制御され、いま再生したフィルタ１８に再び排気
ガスを流入することができる。

【００３０】以上のような送風制御を行うことで、再生
率の高く効率のよい内燃機関用フィルタ再生装置を実現
できる。

【００３１】

【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。 （１）風量計測装置から計測した風量が所定値より少な
くなるように再生制御を行うので、パティキュレートの
燃焼が最適になる制御が可能である。 （２）パティキュレートの燃焼スピードが抑制されてい
るため、フィルタの熱分布が均一になり熱応力による破
壊を防げる。 （３）フィルタを通過する送風量がほぼ一定になると再
生を停止する構成なので、捕集パティキュレート量にか
かわらず、最適な時間でフィルタの再生が可能である。

【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】本発明の装置におけるフィルタ再生時の空気量
の特性図

【図３】本発明の装置におけるフィルタ再生時の空気量
変化分の特性図

【図４】従来の内燃機関用フィルタ再生装置の構成図

【符号の説明】

１６ 排気管 １７ 加熱室 １８ フィルタ １９ マイクロ波発生装置 ２０ 導波管 ２２ 送風装置 ２７ 風量測定装置 ２８ 制御部

Claims (2)

【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
   けられた加熱室と、前記加熱室内に収納され前記排気ガ
   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、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置と、前
   記マイクロ波発生装置が発生するマイクロ波を前記加熱
   室に伝送する導波管と、前記パティキュレートを燃焼さ
   せるために空気を供給する送風装置と、前記フィルタを
   流れる風量を測定する風量測定装置と、前記風量の時間
   変化量が所定値以下になるように前記送風装置の動作を
   制御する制御部を設けた内燃機関用フィルタ再生装置。
2. 【請求項２】風量測定装置による風量の時間変化量が第
   ２の所定値より小さくなるとマイクロ波発生装置と送風
   装置の動作を停止する請求項１記載の内燃機関用フィル
   タ再生装置。