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JPH04279715A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置

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Publication number
JPH04279715A
JPH04279715A JP3040158A JP4015891A JPH04279715A JP H04279715 A JPH04279715 A JP H04279715A JP 3040158 A JP3040158 A JP 3040158A JP 4015891 A JP4015891 A JP 4015891A JP H04279715 A JPH04279715 A JP H04279715A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
filter
exhaust
exhaust gas
particulates
internal combustion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP3040158A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2792247B2 (ja
Inventor
Kotaro Hayashi
孝太郎 林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP3040158A priority Critical patent/JP2792247B2/ja
Publication of JPH04279715A publication Critical patent/JPH04279715A/ja
Application granted granted Critical
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Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021Exhaust 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
    • F01N3/023Exhaust 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
    • F01N3/027Exhaust 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
    • F01N3/028Exhaust 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
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    • F01N3/021Exhaust 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
    • F01N3/022Exhaust 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 characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)

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】本発明は機関の排気系にフィルタ
を設け、パティキュレートを捕集する排気浄化装置に関
し、特にフィルタ再生の際にマイクロ波加熱によってパ
ティキュレートを燃焼する排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】内燃機関、特にディーゼルエンジンの排
気ガス中には排気微粒子、即ちパティキュレートが含ま
れているため、機関の排気系にはこのパティキュレート
を捕集するためフィルタが装着されている。
【0003】このフィルタは一般に、通気性の良い、例
えばコーディエライトに代表されるような耐熱性のセラ
ミック材料より形成されており、排気上流側の端部が開
口した細長い排気入口通路と、排気下流側の端部が開口
した細長い排気出口通路を多数隣接配置する構造となっ
ており、フィルタ内を排気ガスが通過するにあたっては
、排気入口通路から排気出口通路へと通過し、この際に
排気入口通路側の隔壁面上にパティキュレートが捕集さ
れるようになっている。
【0004】ところで、このフィルタは使用に伴ってパ
ティキュレートの堆積量が増加すると、フィルタ自体の
通気性が損なわれ背圧が上昇することになるため、堆積
されたパティキュレートを一旦焼却して再生されなけれ
ばならない。そしてこのフィルタ再生法には、フィルタ
端部に電気ヒータを配して、パティキュレートを加熱・
着火したり、或はマイクロ波によってパティキュレート
やフィルタを加熱し、パティキュレートを燃焼させる方
法が既に知られている(タイトル:Microwave
Assisted Regeneration of 
Diesel Paticulate Traps; 
SAE890174 参照)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】フィルタの再生にあた
って、上述したようなマイクロ波加熱を行う場合、例え
ばマグネトロンによって供給されるマイクロ波エネルギ
は、パティキュレートのみならず、フィルタにも吸収さ
れることになる。そしてこのフィルタ自体の熱容量はか
なり大きいため、パティキュレートを着火温度まで上昇
するために必要なマイクロ波エネルギはかなりのものに
なり、フィルタ再生に要する電力消費量が増大し、場合
によってはバッテリから必要電力が供給されず再生不良
という問題も発生する。
【0006】本発明はこのような問題に鑑み、マイクロ
波加熱によるフィルタ再生において、出来るだけ少ない
電力でパティキュレートの着火が確保されるような排気
浄化装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的のため本発明に
よれば、内燃機関の排気系に、排気ガス中のパティキュ
レートを捕集するフィルタを設け、捕集されたパティキ
ュレートを定期的にマイクロ波加熱によって燃焼する内
燃機関の排気浄化装置において、上記フィルタを形成す
る材料よりも誘電率が大きな材料を、フィルタのパティ
キュレート捕集面上に被覆したことを特徴とする排気浄
化装置が提供される。
【0008】
【作用】被覆される材料はフィルタを構成する材料に比
べて誘電率が大きいため、フィルタ本体と比較してこの
材料を被覆したパティキュレート捕集面にマイクロ波が
多く吸収される。この結果、捕集面の温度が上昇し、容
易にパティキュレート着火が達成される。
【0009】
【実施例】図面を参照しながら本発明の実施例を説明す
る。図1は本発明による排気浄化装置の構成を示す全体
図であり、図2は図1中、矢印IIで示すフィルタ前後
端部の部分的拡大図である。
【0010】図1に関し、1はパティキュレートを捕集
するフィルタ、2はパティキュレート捕集時、図示しな
いエンジン本体からの排気ガスをフィルタ1に導く排気
管、また3はフィルタ1再生時、排気ガスをフィルタ1
より迂回させるバイパス管である。
【0011】排気管2及びバイパス管3の夫々の内部に
は、上述したようなパティキュレート捕集時とフィルタ
再生時の排気ガス流れを達成する第1排気制御弁4及び
第2排気制御弁5が設けられており、例えばパティキュ
レート捕集時には図に示したような弁位置を占め、フィ
ルタ再生時には弁周り点線で示したような位置を占める
ように制御回路 (ECU)6によって作動制御される
【0012】排気管2内部に配置される第1排気制御弁
4とフィルタ1との間には、フィルタ再生時、パティキ
ュレート燃焼のための再生用ガス(例えば2次空気)を
フィルタ1の排気上流側(以下、上流側と呼ぶ)に供給
するエアポンプ7が設けられており、バッテリ8の電源
によって駆動されるようになっている。尚、図中9はエ
アポンプ7が作動しない時、閉弁して排気ガスのエアポ
ンプ7流入を防止するバルブである。
【0013】本実施例による排気浄化装置は上述した構
成に加えて、フィルタ再生時、マイクロ波を発生するマ
グネトロン10が設けられる。図示するように、このマ
グネトロン10からのマイクロ波は、排気管1を貫通し
て排気管中央で放射状に開口する導波管11を通ってフ
ィルタ上流側の排気通路に導入されるようになっており
、これもエアポンプ7同様、バッテリ8から電力供給さ
れる。
【0014】フィルタ1は例えばコーディエライト(2
MgO・2Al2O3・5SiO2)に代表される、耐
熱性かつ多孔質のセラミック材によって形成されている
。又、その構造は図1に概略的に示したように、主とし
て、排気上流側の端部が開口する多数の排気入口通路1
2と、この通路12に隣接し排気下流側の端部が開口す
る多数の排気出口通路13とを画成するように隔壁14
によって仕切られている。 尚、15は例えばセラミック材によって形成され得る夫
々の通路の他端部を閉じる栓部材である。
【0015】フィルタ1によってパティキュレートが捕
集されている状態において、排気ガスは上記排気入口通
路12の開口端部より通路内に流入し、多孔質の隔壁1
4を通って排気出口通路13に流入し、その開口端部よ
り流出するが、排気ガス中のパティキュレートは、この
隔壁14を通過する際に排気入口通路12の内壁面に付
着することでフィルタ1に捕集されるようになっている
【0016】図2は、例えばコーディエライトから成る
隔壁14によって仕切られた排気入口通路12内部の部
分的拡大図である。本実施例によれば、この排気入口通
路13の内壁面、即ちパティキュレート捕集面14aに
は、上述したフィルタ形成材料よりも誘電率が大きい、
例えば炭化ケイ素(SiC)などのセラミック材料16
がコーティング(被覆)される。そしてこの炭化ケイ素
のコーティングに関しては、パティキュレート捕集面1
4aのみの限定されたコーティングのため、炭化ケイ素
の粒径が、コーティングされるフィルタ隔壁14の平均
細孔径(一般のコーディエライトハニカムフィルタの場
合:20〜30μm)よりも大きくなるようにして(例
えば粒径40μm以上の炭化ケイ素)、フィルタ1内部
に炭化ケイ素が入り込まないようにすることが好ましい
【0017】以上のようにコーティングされたフィルタ
1を備える排気浄化装置のフィルタ再生時の作動及びコ
ーティング材料の作用を図1を参照して説明する。
【0018】例えば、フィルタ背圧や走行距離を検出す
ることにより、フィルタ1に捕集されるパティキュレー
トの量が所定以上となったと判断された時、制御回路6
は、第1排気制御弁4が閉じ、第2排気制御弁5が開く
ように夫々のアクチュエータ(図示せず)に駆動信号を
出力して、エンジンからの排気ガスがバイパス管3に導
かれるようにする。次に制御回路6はマグネトロン10
に通電してマイクロ波を発生させ、これを導波管11を
通じてフィルタ1の排気上流側の端面近傍へと導くよう
にする。またこのマグネトロン駆動と時を同じくして、
或は若干の時間差を以て、エアポンプ7を駆動し、フィ
ルタ1にパティキュレート燃焼のために必要な酸素を供
給するようにする。
【0019】この結果、フィルタ1に供給されたマイク
ロ波は、フィルタ1を形成するセラミック材料よりもむ
しろ、比誘電率の大きなセラミック材料16の方に選択
的に吸収され(コーディエライトの比誘電率5に対し、
炭化ケイ素の比誘電率は20)、そのマイクロ波エネル
ギは熱エネルギに変換される。尚、参考としてマイクロ
波の吸収エネルギPの演算式を以下に示す。
【数1】 但し、εO :  真空の透電率 εr :  比透電率 tanδ:  透電正接 ω:  角周波数 E:  電界強度 V:  誘電体の体積
【0020】そしてこのフィルタ材料より優先的な、セ
ラミック材料16のマイクロ波エネルギ吸収によって、
セラミック材料コーティング部分、即ちフィルタ1のパ
ティキュレート捕集面14aの温度が、フィルタ1の他
の部分に比べてより高い温度に上昇することになり、コ
ーティングを施さない従来のフィルタに比べ、より少な
いマイクロ波のエネルギを以てパティキュレートに着火
することが可能となる。そして以上のようにして発生し
たパティキュレートの火炎は、エアポンプ7から供給さ
れた2次空気の流れに乗ってフィルタ1の排気下流側へ
と伝播しパティキュレートが焼却されるのである。
【0021】尚、上述した実施例のようにコーティング
材料として、炭化ケイ素のような熱伝導率の高いセラミ
ック材料を用いた場合(約 200×10−3calc
m −1s −1℃−1)、パティキュレートの燃焼熱
が分散し易く、フィルタにおいて局部的に温度が過上昇
する傾向がなくなりフィルタ溶損が防止される効果があ
る。加えて炭化ケイ素は耐熱性にも優れた材料であるた
め、フィルタ隔壁表面の熱劣化を防止する効果も有する
。又、図示したようにマイクロ波の導波管11をフィル
タ上流の排気管中央でラッパ状に開口させた場合、パテ
ィキュレート捕集時において排気ガスがこの導波管11
によって偏向・拡散され、フィルタ内部においてパティ
キュレートがより均等に捕集される効果も有する。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、フ
ィルタのパティキュレート捕集面にコーティングされる
材料はフィルタを構成する材料に比べて誘電率が大きい
ため、この部分にマイクロ波が多く吸収され、コーティ
ングしていないフィルタの他の部分に比べて温度が上昇
することになり、従って従来よりも少ないマイクロ波エ
ネルギでパティキュレート着火が達成されることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による排気浄化装置の概略的構成を示す
図である。
【図2】図1に示すフィルタの部分的拡大断面である。
【符号の説明】
1…フィルタ 14a…パティキュレート捕集面 16…セラミック材料

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  内燃機関の排気系に、排気ガス中のパ
    ティキュレートを捕集するフィルタを設け、捕集された
    パティキュレートを定期的にマイクロ波加熱によって燃
    焼する内燃機関の排気浄化装置において、上記フィルタ
    を形成する材料の誘電率よりも誘電率が大きな材料を、
    フィルタのパティキュレート捕集面上に被覆したことを
    特徴とする排気浄化装置。
JP3040158A 1991-03-06 1991-03-06 内燃機関の排気浄化装置 Expired - Fee Related JP2792247B2 (ja)

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