JP2817588B2 - Filter regeneration device for internal combustion engine - Google Patents
Filter regeneration device for internal combustion engineInfo
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- F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
- F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
- F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
- F01N3/027—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using electric or magnetic heating means
- F01N3/028—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using electric or magnetic heating means using microwaves
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Description
【0001】[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
エネルギーを利用して再生する装置に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for regenerating a filter for an internal combustion engine for collecting particulates (particulate matter) contained in exhaust gas discharged from a diesel engine by using microwave energy. It is.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、マイクロ波によるフィルタ再生装
置としては、例えば特開昭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、1
5は排気ガス流切換バルブである。2. Description of the Related Art A conventional microwave filter regenerating apparatus is disclosed, for example, in JP-A-59-122022. FIG. 5 shows an apparatus disclosed in the publication. In the figure, 1 is an engine, 2 is an exhaust manifold, 3 is an exhaust pipe, 4 is an exhaust branch pipe, 5 is a filter, 6 is a heating chamber containing the filter 5, 7 is microwave generating means, and 8 is microwave generating. A waveguide for guiding the microwave generated by the means 7 to the heating chamber 6, 9 a microwave reflecting plate, 10 an air pump, 11 an air supply path, 12 a driving power source for the microwave generating means 7, 13 a muffler, 14 is an air switching valve, 1
Reference numeral 5 denotes an exhaust gas flow switching valve.
【0003】上記構成において、エンジン1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
トの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によって捕集される。パティキュレートが捕集され続
けるとフィルタ5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
の出力の低下やエンジンの停止を招く。したがってフィ
ルタ5の捕集能力が限界に到達すると排気ガス流切換バ
ルブ15が制御され排気管3への排気ガス流は遮断され
すべての排気ガスは排気分岐管4を経て大気中に排出さ
れる。この間にフィルタ5の再生が行なわれる。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
るエネルギーはマイクロ波発生手段7から、また燃焼必
要な空気が空気ポンプ10より供給される。所定の時間
を経てフィルタ5の再生が終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繰り返される。In the above configuration, the exhaust gas of the engine 1 is guided to the filter 5 by the exhaust gas flow switching valve 15 or directly discharged to the atmosphere. In the particulate collection cycle, the exhaust gas is guided to the filter 5 and the particulates contained in the exhaust gas are collected by the filter 5. If the particulates continue to be collected, the filter 5 will be clogged and the collection capacity will be greatly reduced, and the flow of exhaust gas will be poor, resulting in a decrease in engine output and an engine stop. Therefore, when the trapping capacity of the filter 5 reaches the limit, the exhaust gas flow switching valve 15 is controlled, the exhaust gas flow to the exhaust pipe 3 is cut off, and all the exhaust gas is exhausted to the atmosphere via the exhaust branch pipe 4. During this time, the regeneration of the filter 5 is performed. In this filter regeneration cycle, the energy for heating the particulates is supplied from the microwave generation means 7 and the air required for combustion is supplied from the air pump 10. When the regeneration of the filter 5 is completed after a predetermined time, the exhaust gas flow switching valve 15 is controlled again, and the exhaust gas is guided to the filter 5. This cycle of collection and regeneration is repeated.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の装置においてはフィルタ5に捕集されるパティキュレ
ートを加熱除去する場合に以下のような課題を有してい
る。However, the above-mentioned conventional apparatus has the following problems when the particulates collected by the filter 5 are removed by heating.
【0005】これらの課題はパティキュレートの燃焼の
過程に起因するものとフィルタに捕集されたパティキュ
レートの量とフィルタおよびパティキュレートの温度に
起因するものがある。[0005] These problems are caused by the burning process of the particulates and by the amount of the particulates collected in the filter and the temperature of the filter and the particulates.
【0006】つまり、再生の過程においてフィルタ内に
蓄積したパティキュレートはマイクロ波によって加熱さ
れ供給された空気中の酸素と反応して燃焼する。再生開
始にはマイクロ波のエネルギーによってパティキュレー
トに着火するがフィルタのマイクロ波の入口面の全面に
着火することは困難であり局部的に着火し燃焼を開始す
る。燃焼を開始するとマイクロ波のエネルギーと自己の
燃焼熱と供給される空気によって燃焼の上流側から下流
側に移行し燃焼の範囲が拡大していく。この時に空気を
連続的に供給すると燃焼はフィルタの径方向より長方向
へ早く拡大するためにフィルタの中心近傍の温度が過剰
に昇温してフィルタを溶損したり、中心近傍と外周近傍
間の温度差が大きくなりその温度差によってフィルタに
クラックを生じたり、外周近傍のパティキュレートが燃
焼除去できない。That is, the particulates accumulated in the filter during the regeneration process react with the oxygen in the air supplied by heating by the microwaves and burn. At the start of the regeneration, the particulates are ignited by the energy of the microwaves, but it is difficult to ignite the entire surface of the inlet of the microwaves of the filter. When the combustion is started, the energy of the microwaves, the heat of the combustion, and the supplied air move from the upstream side to the downstream side of the combustion, and the range of the combustion is expanded. At this time, if air is continuously supplied, the combustion expands faster in the longitudinal direction than in the radial direction of the filter, so that the temperature near the center of the filter rises excessively and melts the filter. The temperature difference is so large that the filter causes cracks in the filter, and particulates near the outer periphery cannot be removed by burning.
【0007】また再生開始時におけるフィルタ内に蓄積
したパティキュレートの量はフィルタ前後の差圧や捕集
の時間等によって検出されるが、エンジンの回転数、排
気温度、差圧の検出能力等により幅広いばらつき範囲が
ある。また再生開始時のフィルタおよび捕集されたパテ
ィキュレートの温度も捕集完了時のエンジンの運転状態
や捕集終了から再生開始までの時間経過の長短等により
外気温近傍から約400℃(フル負荷運転の排気温度)
程度まで極めて広い温度幅で変化する。したがって再生
時にマイクロ波と空気を一定量で供給するとパティキュ
レートの蓄積量が多く、かつフィルタおよびパティキュ
レートの温度が高い場合にはパティキュレートの初期熱
量にパティキュレートの燃焼熱が加わってフィルタが高
温になりクラックの発生あるいは溶損といった機械的破
損を生じることになる。The amount of particulates accumulated in the filter at the start of regeneration is detected by the differential pressure before and after the filter, the collection time, etc., but depends on the engine speed, exhaust temperature, differential pressure detection capability, and the like. There is a wide range of variation. Also, the temperature of the filter and the collected particulates at the start of regeneration is about 400 ° C. (full load) from near ambient temperature due to the operating state of the engine at the time of completion of collection and the length of time from the end of collection to the start of regeneration. Operating exhaust temperature)
It varies over a very wide temperature range up to a degree. Therefore, if a fixed amount of microwaves and air are supplied during regeneration, the amount of accumulated particulates is large, and if the temperature of the filter and the particulates is high, the heat of particulates is added to the initial heat of the particulates and the filter becomes hot. And mechanical damage such as generation of cracks or erosion is caused.
【0008】本発明は上記課題を解決するものでフィル
タ内に捕集されたパティキュレートをフィルタの外周近
傍まで効果的に除去するとともに、幅広い再生開始時の
条件のもとでフィルタの機能を損なうことなく使用でき
る内燃機関用フィルタ再生装置を提供することを目的と
する。The present invention solves the above-mentioned problems, and effectively removes particulates trapped in the filter to the vicinity of the outer periphery of the filter, and impairs the function of the filter under a wide range of conditions at the start of reproduction. It is an object of the present invention to provide a filter regeneration device for an internal combustion engine that can be used without any problem.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、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、加熱室内に収納され排気ガス中に含
まれるパティキュレートを捕集するフィルタと、パティ
キュレートを加熱するためのマイクロ波を発生するマイ
クロ波発生手段と、加熱されたパティキュレートを燃焼
させる気体を供給する気体供給手段とを備え、パティキ
ュレートを燃焼除去する再生時において気体供給手段を
パティキュレートの燃焼初期と燃焼後期には連続的に、
燃焼の中間期には間欠的に駆動するように制御する。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention, in order to achieve the above object, includes a heating chamber provided in an exhaust pipe for discharging exhaust gas of an internal combustion engine, in the exhaust gas is accommodated in the heating chamber A filter for collecting the particulates, microwave generating means for generating a microwave for heating the particulates, and gas supply means for supplying a gas for burning the heated particulates ;
At the time of regeneration for burning and removing the particulates , the gas supply means is continuously operated in the early stage and the later stage of the particulate combustion,
In the middle stage of combustion, control is performed so as to drive intermittently.
【0010】また、マイクロ波発生手段から供給される
マイクロ波のエネルギーをパティキュレートの加熱初期
は中期以降より多く供給するとともに気体供給手段をパ
ティキュレートの燃焼初期と燃焼後期には連続的に、燃
焼の中間期には間欠的に駆動するように制御する。Further, the energy of the microwaves supplied from the microwave generating means is supplied more in the early stage of the particulate heating than in the middle stage, and the gas supply means is continuously burned in the early stage and the late stage of the particulate combustion. In the middle period of the above, control is performed so as to drive intermittently.
【0011】さらにフィルタ内またはフィルタ近傍にパ
ティキュレートの蓄積量を検出する蓄積量検知手段と、
前記フィルタの温度を検知する温度検知手段と、前記蓄
積量検知手段と前記温度検知手段からの情報に基づい
て、マイクロ波発生手段と気体供給手段の少なくとも一
方の駆動を制御する。A storage amount detecting means for detecting the storage amount of particulates in or near the filter;
A drive of at least one of the microwave generation unit and the gas supply unit is controlled based on information from the temperature detection unit for detecting the temperature of the filter, the accumulated amount detection unit and the temperature detection unit.
【0012】[0012]
【作用】上記した構成により、フィルタに捕集されたパ
ティキュレートはマイクロ波により燃焼可能な温度に加
熱され、まず、連続的に供給される気体(たとえば空
気)中の酸素により気体の供給面から燃焼を開始する。
燃焼部の下流側は燃焼熱の伝熱とマイクロ波により加熱
され燃焼部を保温し燃焼可能温度に維持しながらその燃
焼領域は徐々に下流側に移動する。パティキュレートの
着火が完了し燃焼がほぼ安定した時点において気体供給
手段が間欠駆動状態になる。気体供給手段の間欠駆動時
において、気体が供給されている状態においては燃焼領
域は気体の流れによって下流側に拡散移動する。一方供
給が停止している状態においてはパティキュレートへの
酸素の供給が停止されるために燃焼が停止し燃焼部の熱
は気体の流れがないために下流側への伝熱も抑制され径
方向に伝熱しフィルタの径方向の断面も均一な温度にす
ることができる。径方向に均一に加熱されたフィルタに
再度気体が供給されると径方向断面のほぼ全面でパティ
キュレートを燃焼しながら燃焼領域は下流側に移行す
る。したがって、フィルタの中心部と外周近傍との温度
差を抑制できるとともに、フィルタ外周近傍に蓄積した
パティキュレートも燃焼除去することができる。そして
気体の供給、停止を繰り返し燃焼領域がフィルタのほぼ
最下流側近傍に到達した時点で気体供給手段を再度連続
的に駆動することにより残存するパティキュレートを急
速に燃焼させることによりフィルタ最下流側のパティキ
ュレートも燃焼除去することができる。According to the above arrangement, the particulates collected by the filter are heated by the microwave to a temperature at which they can be burned, and first, a continuously supplied gas (for example, air) is supplied.
By oxygen in air) to initiate combustion from the supply side of the gas.
The downstream side of the combustion portion is heated by the heat transfer of the combustion heat and the microwave, and the combustion region gradually moves downstream while keeping the temperature of the combustion portion at a combustible temperature . When the ignition of the particulates is completed and the combustion is substantially stabilized, the gas supply means enters the intermittent drive state. During intermittent drive of gas supply means
In the state where gas is supplied, the combustion area
The area is diffused and moved downstream by the gas flow. On the other hand, in the state where the supply is stopped, the supply of oxygen to the particulates is stopped, so that the combustion is stopped. And the radial cross section of the filter can be made uniform. When the gas is supplied again to the filter which has been uniformly heated in the radial direction, the burning region shifts to the downstream side while burning particulates over almost the entire cross section in the radial direction .
You. Therefore, the temperature difference between the center of the filter and the vicinity of the outer periphery can be suppressed, and the particulates accumulated near the outer periphery of the filter can also be removed by combustion. And
By repeatedly supplying and stopping the gas, when the combustion area reaches the vicinity of the most downstream side of the filter, by continuously driving the gas supply means again, the remaining particulates are rapidly burned, so that the most downstream side of the filter is provided. Particulates can also be burned off.
【0013】また、パティキュレートに供給するマイク
ロ波の量を再生初期に多く供給することによりパティキ
ュレートの燃焼可能温度までの到達時間が短縮できると
ともに、燃焼範囲が拡大しパティキュレートの自己発熱
量が多くなった時点でマイクロ波の供給量を低減するこ
とにフィルタの過度の温度上昇を抑制することができ
る。Further, by supplying a large amount of microwaves to be supplied to the particulates in the early stage of the regeneration, the time required for the particulates to reach the combustible temperature can be shortened, and the combustion range can be expanded to reduce the amount of self-generated heat of the particulates. By reducing the supply amount of microwaves at the time when the number increases, an excessive rise in temperature of the filter can be suppressed.
【0014】さらに、再生開始時のフィルタ温度、パテ
ィキュレート蓄積量を検知する手段を設け、それからの
情報に基づいて気体供給手段、マイクロ波供給手段の駆
動時間を制御することによって、フィルタ温度やパティ
キュレートの蓄積量に最適な気体、マイクロ波の供給量
を設定することにより、上記の効果を合理的に発揮する
ことができる。Further, there is provided a means for detecting the filter temperature and the amount of accumulated particulate at the start of regeneration, and by controlling the driving time of the gas supply means and the microwave supply means based on the information from the means, the filter temperature and the particulate matter are controlled. By setting the gas and microwave supply amounts that are optimal for the amount of curate accumulated, the above effects can be rationally exhibited.
【0015】[0015]
【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0016】図1において21は内燃機関の排気ガスを
排出する排気管Aで、内燃機関(図示せず)に連接して
ある。22は排気管の途中に設けられた加熱室、23は
加熱室22内に収納され排気ガスが通過する際に排気ガ
ス中に含まれるパティキュレートを捕集するフィルタ、
24はパティキュレートを誘電加熱するために加熱室2
2内に供給するマイクロ波を発生するマイクロ波発生手
段、25はマイクロ波発生手段24で発生したマイクロ
波を加熱室22内に伝送する導波管、26は加熱室22
にマイクロ波を給電する給電孔、27,28はマイクロ
波を遮蔽するためにパンチング板等で構成したマイクロ
波遮蔽手段である。29はパティキュレートを燃焼する
ために酸素を含む気体(空気等)を供給するための気体
供給手段、30は排気ガスを大気中に排出するための排
気管Bである。31はバルブAで、パティキュレートの
捕集時には開放、再生時には閉塞するように制御され
る。32は再生時の燃焼排ガスを排出する排気管C、3
3はバルブBでパティキュレートの捕集時には閉塞し、
再生時には開放するように制御される。34はマイクロ
波発生手段24、気体供給手段29、バルブA31、バ
ルブB33の動作を制御する制御部である。In FIG. 1, reference numeral 21 denotes an exhaust pipe A for discharging exhaust gas from an internal combustion engine, which is connected to an internal combustion engine (not shown). 22 is a heating chamber provided in the middle of the exhaust pipe, 23 is a filter which is housed in the heating chamber 22 and collects particulates contained in the exhaust gas when the exhaust gas passes therethrough,
24 is a heating chamber 2 for inductively heating the particulates.
2, a microwave generating means for generating microwaves to be supplied into the heating chamber 2, a waveguide 25 for transmitting the microwaves generated by the microwave generating means 24 into the heating chamber 22, and a heating pipe 22 for the heating chamber 22.
A power supply hole for supplying microwaves to the antennas, and 27 and 28 are microwave shielding means constituted by a punching plate or the like for shielding the microwaves. Reference numeral 29 denotes gas supply means for supplying a gas (such as air) containing oxygen to burn the particulates, and reference numeral 30 denotes an exhaust pipe B for discharging exhaust gas to the atmosphere. Reference numeral 31 denotes a valve A, which is controlled so as to be opened at the time of collecting particulates and closed at the time of regeneration. 32 is an exhaust pipe C for discharging combustion exhaust gas during regeneration,
3 is a valve B which is closed when collecting particulates,
At the time of reproduction, it is controlled to open. Reference numeral 34 denotes a control unit that controls operations of the microwave generation unit 24, the gas supply unit 29, the valve A31, and the valve B33.
【0017】図2において、35はフィルタ23の排ガ
ス非流通空間に設けられ配設空間に存在するマイクロ波
の量を検知しパティキュレートの蓄積量を判定する蓄積
量検知手段、36は加熱室22の壁面に密接しフィルタ
の温度検知を代行する温度検知手段である。In FIG. 2, reference numeral 35 denotes a storage amount detecting means provided in the exhaust gas non-flow space of the filter 23 to detect the amount of microwaves existing in the installation space and to determine the storage amount of particulates; Is a temperature detecting means that is in close contact with the wall surface of the filter and performs temperature detection of the filter.
【0018】前記構成においてパティキュレートの捕集
時は、バルブA31は開放、バルブB33は閉塞されて
おり内燃機関の排気ガスは排気管21の中を矢印の方向
の流れ加熱室22内に導入されフィルタ23に流入す
る。フィルタ23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23でパティキュ
レートを捕集された排気ガスは排気管30内を経由して
大気中に排出される。In the above configuration, when collecting particulates, the valve A31 is open and the valve B33 is closed, and the exhaust gas of the internal combustion engine flows through the exhaust pipe 21 into the flow heating chamber 22 in the direction of the arrow. It flows into the filter 23. The filter 23 is formed of a wall flow type honeycomb structure and has a function of collecting particulates contained in exhaust gas. The exhaust gas whose particulates have been collected by the filter 23 is discharged into the atmosphere via the exhaust pipe 30.
【0019】フィルタ23に捕集されたパティキュレー
トを燃焼除去する再生時において、制御部35より再生
起動指令を発するとバルブA31が閉塞、バルブB33
は開放され、マイクロ波発生手段24が起動する。発生
したマイクロ波は導波管25を経由して給電孔26より
加熱室22内に供給され、フィルタ23に捕集されたパ
ティキュレートを加熱する(加熱時)。パティキュレー
トはマイクロ波で加熱され燃焼可能な温度に到達し、気
体供給手段29が起動すると図3(T1〜T2)に示す
ごとく連続運転によって供給された気体中の酸素よって
気体に流入面に近い部分より燃焼を開始する(燃焼初
期)。燃焼熱の一部は熱伝導や気体に搬送されマイクロ
波エネルギーとともに下流側を加熱し順次下流側を燃焼
可能温度に加熱する。したがってパティキュレートの燃
焼領域は拡大しながら順次下流側に移動する。一定時間
経過後(燃焼中期)制御部34によって気体供給手段2
9が図3(T2〜T3)に示すごとく間欠駆動運転にな
る。間欠駆動時において、気体供給手段29が運転状態
で気体を供給している場合は前記連続運転時と同様にパ
ティキュレートの燃焼部に酸素を供給し燃焼熱の一部は
熱伝導や気体に搬送されマイクロ波エネルギーとともに
下流側を加熱し順次下流側を燃焼可能温度に加熱する。
気体供給手段が29が停止状態になると酸素の供給がな
くなるためにパティキュレートの燃焼は停止し燃焼部の
熱はフィルタ23下流側への伝熱が抑制され径方向に伝
熱される。この時気体の供給が停止されることにより気
体によってフィルタ23の下流側に搬送される熱は大幅
に減少し径方向への伝熱量が相対的に増加することによ
り径方向の温度分布が均一に近い状態になる。次に再度
気体供給手段が図3(T3〜T4)に示すごとく運転状
態になるとフィルタ23の径方向にほぼ均一に加熱され
たパティキュレートに酸素が供給されフィルタ23の径
方向のほぼ全面から下流側に燃焼が移行する。この時、
フィルタ23は外周部からの放熱があるために外周近傍
は中心部より低く、気体供給手段29を常に連続運転す
る構成にするとフィルタ23内に捕集されたパティキュ
レートは燃焼を継続するが外周近傍に蓄積したパティキ
ュレートも燃焼できるような量のマイクロ波や気体を供
給すると中心部の温度が過剰に上昇しフィルタ23にク
ラックや溶損を生じる原因になる。また中心部の温度が
適温になるような量を供給すると外周近傍に蓄積したパ
ティキュレートが燃焼に至らず再生後も残存し、捕集再
生を繰り返し後も蓄積を重ねていく問題を発生する。At the time of regeneration for burning and removing particulates collected by the filter 23, when a regeneration start command is issued from the control unit 35, the valve A31 is closed, and the valve B33 is closed.
Is released, and the microwave generation means 24 is activated. The generated microwave is supplied into the heating chamber 22 from the power supply hole 26 via the waveguide 25 and heats the particulates collected by the filter 23 (at the time of heating) . The particulates are heated by the microwave to reach a temperature at which combustion is possible, and when the gas supply means 29 is activated, the particulates are shown in FIG. 3 (T1 to T2).
As to initiate combustion than the portion closer to the inflow surface into the gas I by oxygen in the gas supplied by the continuous operation (combustion first
Period) . Some of the combustion heat is transferred to the thermal conductivity or gas micro
With wave energy to heat the sequential downstream heating the downstream combustible temperature. Therefore, the particulate combustion area moves sequentially downstream while expanding. After a lapse of a certain time (mid-combustion), the control unit 34 controls the gas supply unit 2
9 is an intermittent drive operation as shown in FIG. 3 (T2 to T3) . During the intermittent drive, the gas supply means 29 is in the operating state.
When gas is supplied in the same manner as in the continuous operation, oxygen is supplied to the burning part of the particulates, and a part of the combustion heat is transferred to the heat transfer and the gas and the downstream side together with the microwave energy. heated sequentially to heat the downstream combustible temperature.
Gas supply means 29 is a combustion of the particulates are heat is transferred radially heat transfer is suppressed to heat the filter 23 downstream of the combustion unit stops to becomes stopped the supply of oxygen is eliminated. At this time, when the gas supply is stopped, the heat transferred to the downstream side of the filter 23 by the gas is greatly reduced, and the amount of heat transfer in the radial direction is relatively increased, so that the temperature distribution in the radial direction is uniform. It will be close. Then again
When the gas supply means is in the operating state as shown in FIG. 3 (T3 to T4), oxygen is supplied to the particulates which are heated substantially uniformly in the radial direction of the filter 23, and burns from almost the entire surface in the radial direction of the filter 23 to the downstream side. Will migrate. At this time,
Since the filter 23 emits heat from the outer periphery, the vicinity of the outer periphery is lower than the center. If the gas supply means 29 is configured to always operate continuously, the particulates collected in the filter 23 continue to burn, but the vicinity of the outer periphery If microwaves and gas are supplied in such an amount that the particulates accumulated in the filter can be burned, the temperature in the central part rises excessively and causes cracks and melting damage in the filter 23. Also, if a quantity is supplied such that the temperature in the central portion becomes an appropriate temperature, the particulates accumulated in the vicinity of the outer periphery do not burn and remain after regeneration, causing a problem that accumulation is repeated even after repeated collection and regeneration.
【0020】また、パティキュレートの温度が約800
℃以上の場合、酸素を供給すると燃焼反応が促進し急速
に温度が上昇するために間欠駆動中に気体供給手段29
が作動する時間を長くすることは好ましくない。一方作
動時間を短くすると燃焼時間が長くなるために再生に要
する時間が長くなり実用的に使用し難くなる。実験によ
るとフィルタ23の最高温度を900℃以下に維持し、
かつ再生に要する時間を可及的に短くするためには気体
供給手段29の作動時間は1分以内が好ましいという結
果を得た。また気体供給手段29の停止中はパティキュ
レートの燃焼が中断され燃焼部の熱が周辺に伝熱される
ために燃焼部の温度は低下するがフィルタ23を構成す
る材料の熱伝導率が低いことから伝熱に要する時間が長
くなり、酸素の供給によって一旦上昇した温度を上昇前
の温度までの引き下げるための時間は気体を供給する時
間つまり気体供給手段の作動時間より長くすることが必
要になる。The temperature of the particulates is about 800
If the temperature is higher than 0 ° C., the supply of oxygen accelerates the combustion reaction and the temperature rises rapidly.
It is not preferable to lengthen the operating time of. On the other hand, if the operating time is shortened, the combustion time becomes longer, so that the time required for regeneration becomes longer and practical use becomes difficult. According to experiments, the maximum temperature of the filter 23 was maintained at 900 ° C. or less,
Moreover, in order to shorten the time required for regeneration as much as possible, the result obtained was that the operation time of the gas supply means 29 is preferably within one minute. Further, while the gas supply means 29 is stopped, the combustion of the particulates is interrupted, and the heat of the combustion part is transferred to the surroundings, so that the temperature of the combustion part decreases. However, the thermal conductivity of the material constituting the filter 23 is low. The time required for heat transfer becomes longer, and the time for lowering the temperature once increased by the supply of oxygen to the temperature before the increase needs to be longer than the time for supplying gas, that is, the operation time of the gas supply means.
【0021】気体供給手段29の間欠駆動期間を経過し
パティキュレートの燃焼がフィルタ23の下流側近傍に
到達すると気体供給手段29は再度連続駆動状態にな
る。フィルタ23の最下流側においてはフィルタ23の
端面が開放状態になっているために同面からの輻射によ
る放熱が多く、温度が低下してパティキュレートの燃焼
が困難になるが気体を連続的の供給することによって燃
焼を継続しフィルタ23の端部に蓄積したパティキュレ
ートを燃焼除去することができる。When the intermittent drive period of the gas supply means 29 elapses and the combustion of the particulates reaches near the downstream side of the filter 23, the gas supply means 29 is again in the continuous drive state. On the most downstream side of the filter 23, since the end face of the filter 23 is in an open state, a large amount of heat is radiated by radiation from the same face, so that the temperature decreases and it becomes difficult to burn the particulates. By supplying, the particulates accumulated at the end of the filter 23 can be burned off by continuing the combustion.
【0022】また、フィルタ23内に蓄積されたパティ
キュレートの量が多い場合加熱時間を長く要するために
再生完了までの時間が長くかかることから、本実施例に
加えて図4に示すごとく再生初期にマイクロ波エネルギ
ーの供給量を多くすることによってパティキュレートが
燃焼可能な温度までの到達を短縮し再生に要する時間を
短くすることができる。Further, since the time to <br/> regeneration completion to take longer when the heating time the amount of particulate accumulated in the filter 23 is often take longer, in this embodiment
In addition as shown in FIG. 4 the microwave energy to play the initial
By increasing the supply amount of the fuel, it is possible to shorten the time required for the particulates to reach a temperature at which the particulates can be burned, and to shorten the time required for regeneration.
【0023】図2は本発明の他の実施例に示すものであ
る。図2において、35はフィルタ23の排ガス非流通
空間に設けられ配設空間に存在するマイクロ波の量を検
知しパティキュレートの蓄積量を判定する蓄積量検知手
段、36は加熱室22の壁面に密接しフィルタの温度検
知を代行する温度検知手段である。FIG. 2 shows another embodiment of the present invention. In FIG. 2, a reference numeral 35 denotes a storage amount detecting means provided in the exhaust gas non-flow space of the filter 23 to detect the amount of microwaves existing in the installation space to determine the storage amount of particulates, and 36 denotes a wall surface of the heating chamber 22. This is a temperature detection unit that performs the temperature detection of the close filter.
【0024】再生開始時におけるフィルタ23内のパテ
ィキュレートの蓄積量や温度は搭載される内燃機関の運
転条件によって変動する。つまり、蓄積量については前
回の再生時からの運転時間、機関の回転数、運転負荷等
によって変動し、温度については内燃機関の最終運転条
件および運転停止時から再生開始までの放置時間によっ
て変動する。再生装置においてはフィルタ23内に蓄積
したパティキュレートを燃焼除去するための熱源は供給
するマイクロ波のエネルギーとパティキュレートの燃焼
によって発生した熱によって供給されることからパティ
キュレートの蓄積量やフィルタ23の再生開始時の温度
によって再生条件は異なる。The accumulation amount and temperature of putty <br/> Ikyureto in the filter 23 at the time of reproduction start varies depending on the operating conditions of the internal combustion engine mounted. That is, the accumulated amount varies depending on the operating time since the previous regeneration, the engine speed, the operating load, and the like, and the temperature varies depending on the final operating conditions of the internal combustion engine and the idle time from when the operation is stopped to when the regeneration is started. . In the regenerator, the heat source for burning and removing the particulates accumulated in the filter 23 is supplied by the energy of the supplied microwave and the heat generated by the burning of the particulates. Reproduction conditions vary depending on the temperature at the start of reproduction .
【0025】したがって限られた範囲外の蓄積量や温度
の条件の場合パティキュレートを燃焼除去できなかった
り、フィルタの温度が過度の上昇する場合がある。本発
明においては蓄積量検知手段35と温度検知手段36お
よびそれらからの情報によってマイクロ波供給手段24
と気体供給手段29の駆動時間を制御する制御部37を
設けることによって使用可能な蓄積量や温度の範囲を拡
大するこが可能になった。加熱室22に配設した蓄積量
検知手段35は配設した空間のマイクロ波の量を検知す
るが、マイクロ波発生手段24で発生したマイクロ波は
導波管25、給電口26を経てフィルタ23に供給され
るが、マイクロ波はフィルタ23内に蓄積してパティキ
ュレートに吸収される性質を有するために蓄積量検知手
段35で検知するマイクロ波の量は蓄積したパティキュ
レートが多い場合には少なく、パティキュレートが少な
い場合には多く検知されパティキュレートの蓄積量を相
関性を得ることができる。またフィルタ23の温度は加
熱室22の外面に密接して設けた温度検知手段36で得
ることができる。蓄積検知手段36はフィルタ23に直
接密接する方が精度良く検知できるが実施例においては
加熱室22の気密性を保持するために外壁に設けた。再
生開始後、前記蓄積量検知手段35および温度検知手段
36によって得られた蓄積量情報、温度情報は制御部3
7に送信され予め設定した最適条件に基づいてマイクロ
波発生手段24および気体供給手段29の駆動する。こ
の時、駆動時間のみではなくマイクロ波および気体の供
給量を制御しても良い。Therefore, when the accumulation amount and the temperature are out of the limited range, the particulates may not be burned and removed, or the temperature of the filter may rise excessively. In the present invention, the microwave supply unit 24 is operated by the storage amount detection unit 35, the temperature detection unit 36, and information from them.
By providing the control unit 37 for controlling the driving time of the gas supply means 29, it is possible to expand the usable storage amount and temperature range. The storage amount detecting means 35 provided in the heating chamber 22 detects the amount of microwaves in the space provided. The microwaves generated by the microwave generating means 24 pass through the waveguide 25 and the power supply port 26 to the filter 23. However, since the microwaves have the property of being accumulated in the filter 23 and being absorbed by the particulates, the amount of the microwaves detected by the accumulation amount detecting means 35 is small when the accumulated particulates are large. When the amount of particulates is small, the number of detected particulates is large, and the amount of accumulated particulates can be correlated. Further, the temperature of the filter 23 can be obtained by temperature detecting means 36 provided in close contact with the outer surface of the heating chamber 22. Accumulation detecting means 36 can detect with higher accuracy if it is in direct contact with filter 23, but in the embodiment, it is provided on the outer wall in order to maintain the airtightness of heating chamber 22. After the start of the reproduction, the accumulated amount information and the temperature information obtained by the accumulated amount detecting means 35 and the temperature detecting means 36 are stored in the control unit 3.
7, and drives the microwave generation means 24 and the gas supply means 29 based on preset optimum conditions. At this time, not only the driving time but also the supply amounts of microwaves and gas may be controlled.
【0026】[0026]
【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、次のような効果が得られ
る。As described above, according to the filter regeneration device for an internal combustion engine of the present invention, the following effects can be obtained.
【0027】(1)燃焼初期に気体を連続的に供給する
ことにより、フィルタ内に蓄積したパティキュレートへ
への着火燃焼が安定するするとともに、燃焼の中間に気
体を間欠的に供給することにより、フィルタの温度を過
剰に昇温することがないので、溶損やクラックを発生す
ることなく、外周近傍までパティキュレートを燃焼除去
でき、さらに燃焼後期に気体を連続的に供給することに
よりフィルタ下流側のパティキュレートをほぼ完全に燃
焼除去することが可能となり、フィルタ内に蓄積したパ
ティキュレートを上流から下流まで良好に再生できる。 (1) Continuous supply of gas at the beginning of combustion
To the particulates accumulated in the filter
In addition to stabilizing the ignition combustion of the filter, the gas is intermittently supplied in the middle of the combustion, so that the temperature of the filter does not rise excessively, so that melting and cracking occur.
Burns and removes particulates to the vicinity of the periphery without
It is possible to supply gas continuously in the later stage of combustion.
Almost completely retarding the more downstream filter of the particulate
It is possible to remove by burning, and the
Ticules can be satisfactorily reproduced from upstream to downstream.
【0028】(2)パティキュレートの加熱源となるマ
イクロ波の供給量を加熱初期多く供給することによっ
て、燃焼可能な温度への到達時間が短縮され、パティキ
ュレートの自己発熱量は多くなった時点でマイクロ波の
量を低減することにより、フィルタの過剰な昇温を抑制
できるとともに、パティキュレートの自己発熱量が少な
い場合においても燃焼に必要な熱を確保することができ
る。また再生に要する時間を短縮することができる。(2) By supplying a large amount of a microwave serving as a heating source of particulates at the beginning of heating , the time required to reach a combustible temperature is shortened, and
When the self-heating value of the heat
By reducing the amount, suppressing excessive Atsushi Nobori of the filter
As well as low self-heating of particulates
Even if it is difficult to maintain the heat required for combustion.
You. Also, the time required for reproduction can be reduced.
【0029】(3)再生初期にフィルタ内に蓄積したパ
ティキュレートの量とフィルタの温度を検知しマイクロ
波や燃焼用気体の供給条件を最適化することにより高範
囲のパティキュレートの蓄積量や初期温度の変化幅にお
いてパティキュレートの除去ができる。(3) The amount of particulates stored in the filter at the initial stage of regeneration and the temperature of the filter are detected, and the supply condition of the particulates in a high range is optimized by optimizing the supply conditions of microwaves and combustion gas. Particulates can be removed within the range of temperature change.
【図1】本発明の一実施例の内燃機関用フィルタ再生装
置の構成図FIG. 1 is a configuration diagram of a filter regeneration device for an internal combustion engine according to one embodiment of the present invention.
【図2】本発明の他の実施例の内燃機関用フィルタ再生
装置の構成図FIG. 2 is a configuration diagram of a filter regeneration device for an internal combustion engine according to another embodiment of the present invention.
【図3】本発明の一実施例の気体の供給状態を示す図FIG. 3 is a diagram showing a gas supply state according to an embodiment of the present invention.
【図4】本発明の一実施例のマイクロ波の供給状態を示
す図FIG. 4 is a diagram showing a supply state of microwaves according to an embodiment of the present invention.
【図5】従来の内燃機関用フィルタ再生装置の構成図FIG. 5 is a configuration diagram of a conventional filter regeneration device for an internal combustion engine.
22 加熱室 23 フィルタ 24 マイクロ波発生装置 29 気体発生装置 35 蓄積量検知手段 36 温度検知手段 37 制御部 Reference Signs List 22 heating chamber 23 filter 24 microwave generator 29 gas generator 35 accumulated amount detecting means 36 temperature detecting means 37 controller
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (72)発明者 本塚 靖之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平5−202733(JP,A) 特開 平5−106427(JP,A) 特開 平4−255518(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F01N 3/02 301 - 341──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (72) Inventor Nobuhiko Fujiwara 1006 Kazuma Kadoma, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. In-company (56) References JP-A-5-202733 (JP, A) JP-A-5-106427 (JP, A) JP-A-4-255518 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. . 6, DB name) F01N 3/02 301 - 341
Claims (4)
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、前記パティキュレートを加熱するためのマイクロ波
を発生するマイクロ波発生手段と、前記の加熱されたパ
ティキュレートを燃焼させる気体を供給する気体供給手
段とを備え、パティキュレートを燃焼除去する再生時に
おいて、前記気体供給手段を前記パティキュレートの燃
焼初期と燃焼後期には連続的に、燃焼の中間期には間欠
的に駆動する制御部を備えた内燃機関用フィルタ再生装
置。1. A heating chamber provided in an exhaust pipe for exhausting exhaust gas of an internal combustion engine, a filter housed in the heating chamber for collecting particulates contained in the exhaust gas, and heating the particulates Microwave generating means for generating a microwave for performing, and a gas supply means for supplying a gas for burning the heated particulates, and during regeneration for burning and removing the particulates
A filter regeneration apparatus for an internal combustion engine, comprising: a control unit that drives the gas supply means continuously during an early stage and a late stage of the particulate combustion, and intermittently during an intermediate stage of the combustion.
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、前記パティキュレートを加熱するためのマイクロ波
を発生するマイクロ波発生手段と、前記の加熱されたパ
ティキュレートを燃焼させる気体を供給する気体供給手
段とを備え、前記マイクロ波発生手段からのマイクロ波
エネルギーを加熱初期に多く供給するとともに、パティ
キュレートを燃焼除去する再生時において開始後、前記
気体供給手段を前記パティキュレートの燃焼初期と燃焼
後期には連続的に、燃焼の中間期には間欠的に駆動する
制御部を備えた内燃機関用フィルタ再生装置。2. A heating chamber provided in an exhaust pipe for exhausting exhaust gas of an internal combustion engine, a filter housed in the heating chamber and collecting particulates contained in the exhaust gas, and heating the particulates. Microwave generating means for generating microwaves for performing the heating, and gas supply means for supplying a gas for burning the heated particulates, and the microwave energy from the microwave generating means is increased in the early stage of heating. Supply and putty
After starting at the time of regeneration for burning and removing the curate, the internal combustion engine is provided with a control unit that drives the gas supply means continuously during the initial combustion and the late combustion of the particulate, and intermittently during the intermediate period of the combustion. Filter regeneration device.
ティキュレートの蓄積量を検知する蓄積量検知手段と、
前記フィルタの温度を検知する温度検知手段と、前記蓄
積量検知手段と前記温度検知手段からの情報に基づいて
気体供給手段の駆動を制御する制御部を備えた請求項1
記載の内燃機関用フィルタ再生装置。3. A storage amount detection means for detecting the storage amount of particulates provided in or near the filter,
2. A temperature detecting device for detecting a temperature of the filter, and a control unit for controlling driving of the gas supply device based on information from the accumulated amount detecting device and the temperature detecting device.
The filter regeneration device for an internal combustion engine according to the above.
ティキュレートの蓄積量を検知する蓄積量検知手段と、
前記フィルタの温度を検知する温度検知手段と、前記蓄
積量検知手段と前記温度検知手段からの情報に基づいて
マイクロ波発生手段と気体供給手段の少なくとも一方の
駆動を制御する制御部を備えた請求項2載の内燃機関用
フィルタ再生装置。4. A storage amount detection means for detecting the storage amount of particulates provided in or near the filter,
A temperature detection unit for detecting a temperature of the filter; and a control unit for controlling driving of at least one of a microwave generation unit and a gas supply unit based on information from the accumulation amount detection unit and the temperature detection unit. Item 3. A filter regeneration device for an internal combustion engine according to Item 2.
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---|---|---|---|
JP5249034A JP2817588B2 (en) | 1993-10-05 | 1993-10-05 | Filter regeneration device for internal combustion engine |
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JPH07102940A JPH07102940A (en) | 1995-04-18 |
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JP2841999B2 (en) * | 1992-01-27 | 1998-12-24 | 松下電器産業株式会社 | Filter regeneration device for internal combustion engine |
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1993
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