JP2016053341A - Exhaust emission control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、排気浄化装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to an exhaust emission control device.
例えばディーゼルエンジンなどの内燃機関や、火力発電所、石油ボイラ等から排出される排気ガスには、炭素粒子を主成分とする微粒子物質(PM:パティキュレート・マター)が含まれる。PMは環境汚染物質であるため、例えば内燃機関から排出される排気ガスは、PMを捕捉するフィルタ本体としてトラップフィルターが適用された排気浄化装置を通して外気に排出される。なお、排気浄化装置に用いられるトラップフィルターは、一般に、耐熱性に優れた多孔質のセラミックによって構成されており、このようなトラップフィルターは、DPF(ディーゼル・パティキュレート・フィルター)と称されている。 For example, exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as a diesel engine, a thermal power plant, an oil boiler, or the like contains particulate matter (PM: particulate matter) mainly composed of carbon particles. Since PM is an environmental pollutant, for example, exhaust gas discharged from an internal combustion engine is discharged to the outside air through an exhaust purification device to which a trap filter is applied as a filter body for capturing PM. A trap filter used in an exhaust purification device is generally made of porous ceramics having excellent heat resistance, and such a trap filter is called a DPF (diesel particulate filter). .
DPFによるPMの捕集量が許容値を超えると、目詰まりが生じて、排気ガスの圧力が増大し、内燃機関の燃費が悪化する。このため、適切な時期に、DPFに対して再生処理(PMの捕集能力を回復させる処理)を施すことで、PMの捕集能力を回復させる必要がある。再生処理としては、DPFに対して余分に燃料を噴射することによってDPFに付着したPMを酸化反応温度(例えば600℃以上)まで加熱し燃焼させ、PMを除去する、といった処理が知られている。しかしながら、このような酸化反応処理では、燃料とPMが混合して燃焼するため、過度に温度上昇が起こることがあり、DPFを損傷するため交換が必要になる場合がある。また、燃料を噴射する場合にはDPF以外の排気管の管壁なども加熱されるため、余分な燃料を使用することでエネルギーロスが大きくなる。 When the amount of PM collected by the DPF exceeds the allowable value, clogging occurs, the exhaust gas pressure increases, and the fuel consumption of the internal combustion engine deteriorates. For this reason, it is necessary to recover the PM collection capability by performing regeneration processing (processing for recovering the PM collection capability) on the DPF at an appropriate time. As a regeneration process, a process is known in which PM adhering to the DPF is heated to an oxidation reaction temperature (for example, 600 ° C. or more) and burned by injecting extra fuel to the DPF to remove the PM. . However, in such an oxidation reaction process, the fuel and PM are mixed and combusted, so that the temperature may increase excessively, and the DPF may be damaged, so that replacement may be necessary. In addition, when fuel is injected, the wall of the exhaust pipe other than the DPF is also heated, so that the use of extra fuel increases energy loss.
このような問題を防ぐため、例えば特許文献1〜3にあるように、燃料噴射に代わって電磁波の照射によりフィルタを加熱することで、DPFの温度をより制御しやすく、効率よく加熱することが可能である。 In order to prevent such a problem, for example, as disclosed in Patent Documents 1 to 3, heating the filter by irradiating electromagnetic waves instead of fuel injection makes it easier to control the temperature of the DPF and efficiently heat the filter. Is possible.
しかし、電磁波をDPFが収容された排気管内に放射する場合、接地となる管壁付近では、排気管の中央部に比べて電界強度が低くなるため、管壁付近の温度が相対的に低くなる。さらに、多孔質のセラミックは熱伝導率が低いため、DPFの内部において、高温領域と低温領域とが生じる。この結果、特にDPFの低温領域に捕捉されるPMは燃焼除去されず、再生処理が良好に実行されない、という問題がある。 However, when radiating electromagnetic waves into the exhaust pipe in which the DPF is accommodated, the electric field strength is lower in the vicinity of the grounded pipe wall than in the central part of the exhaust pipe, so the temperature in the vicinity of the pipe wall is relatively low. . Furthermore, since the porous ceramic has a low thermal conductivity, a high temperature region and a low temperature region are generated inside the DPF. As a result, there is a problem that PM trapped particularly in the low temperature region of the DPF is not burned off and the regeneration process is not performed well.
この理由として、電磁波が排気管内を伝播する際に最も周波数が低くなるシングルモード(基本モード)と呼ばれる方式の場合、管壁の近傍での電界強度もしくは磁界強度が低くなるため、ここでの温度が低くなってしまうためである。シングルモードは例えば、方形の管内におけるTE10モードや、円形の管内におけるTE11モードが上げられる。電界強度が高く高温となる高温部は排気管の管壁の近傍には発生しないため、管壁の近傍が低温になる。 The reason for this is that, in the case of a method called single mode (fundamental mode) where the frequency is the lowest when electromagnetic waves propagate in the exhaust pipe, the electric field strength or magnetic field strength in the vicinity of the pipe wall is low, so the temperature here This is because it becomes low. The single mode is, for example, a TE10 mode in a square tube or a TE11 mode in a circular tube. Since the high temperature portion where the electric field strength is high and the temperature is high does not occur in the vicinity of the pipe wall of the exhaust pipe, the temperature in the vicinity of the pipe wall is low.
さらに、特許文献1および2に記述されているように、空洞共振器を利用してDPFを加熱する場合には定在波が立つために進行方向に対しても同様に低温領域が生じる。電磁波は反射板にて反射されて定在波を構成するので、高温部の位置は動かない。このため進行方向に対しても低温部が生じる。これの対策のため、特許文献1にあるように反射板を移動させて定在波の位置を移動させることが例として挙げられるが、PMの燃焼は600℃以上の高温領域で行われるので、可動壁に耐久性を持たせつつ、円滑に動作させることは困難な問題がある。
Further, as described in
実施形態は、フィルタ本体に捕集された微粒子物質(PM)に電磁波を用いた加熱処理を適用して酸化する場合にPMの反応残量を抑制することができる排気浄化装置を提供することを目的とする。 The embodiment provides an exhaust emission control device that can suppress the remaining amount of PM when applying heat treatment using electromagnetic waves to particulate matter (PM) collected in a filter body to oxidize the particulate matter (PM). Objective.
実施形態に係る排気浄化装置は、排気ガスに含まれる微粒子物質を捕捉するフィルタ本体と、このフィルタ本体を収容する導電性の外容器と、周波数を可変とする電磁波を生成する電磁波発生装置と、この電磁波発生装置において発生する前記電磁波の周波数を所定の帯域内において可変に制御する周波数制御部と、を具備し、前記電磁波が前記フィルタ本体に照射されることにより、直接的もしくは間接的に前記フィルタ本体に付着した前記微粒子物質が加熱されるように構成された排気浄化装置である。前記周波数制御部は、前記外容器内部に発生する前記電磁波の伝搬モードを、前記フィルタ本体において、シングルモードを発生する周波数とマルチモードを発生する周波数をまたがるように経時的に変化させる機能を有する。 An exhaust emission control device according to an embodiment includes a filter main body that captures particulate matter contained in exhaust gas, a conductive outer container that accommodates the filter main body, an electromagnetic wave generator that generates an electromagnetic wave having a variable frequency, A frequency control unit that variably controls the frequency of the electromagnetic wave generated in the electromagnetic wave generator within a predetermined band, and the electromagnetic wave is applied to the filter body, thereby directly or indirectly An exhaust emission control device configured to heat the particulate matter adhering to a filter body. The frequency control unit has a function of changing a propagation mode of the electromagnetic wave generated inside the outer container with time so as to cross a frequency for generating a single mode and a frequency for generating a multimode in the filter body. .
図1は、本実施形態に係る排気浄化装置を含む排気浄化システムを示す概念図である。図1に示すように、本実施形態に係る排気浄化システムにおいて、例えばディーゼルエンジンなどの内燃機関1から排出される排気ガス2は、排気浄化装置10に導かれる。排気浄化装置10、10´、30、40は、排気ガス2に含まれる微粒子物質として例えば炭素粒子を主成分とするPM(パティキュレート・マター)を、微粒子物質(PM)堆積処理部11に配置されたフィルタ本体12を用いて捕捉し、PMが除去された排気ガス2を外気に排出する。このような排気浄化装置10、10´、30、40において、フィルタ本体12に捕捉されたPMは、電磁波発生装置13から発生した電磁波14によって加熱して除去され、このようにしてフィルタ本体12の再生処理が実行される。以下に、このようなシステムに適用される排気浄化装置10、10´、30、40について、図面を参照して詳細に説明する。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an exhaust purification system including an exhaust purification device according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, in the exhaust purification system according to this embodiment,
図2は、上述の排気浄化システムに適用される本実施形態に係る排気浄化装置10の具体的な構成の一例を示す図である。図2において、15aは電磁波14を通過させ排気ガス2を遮断する石英板、16aは電磁波を遮蔽し排気ガスを通過させる孔の空いた導体壁である。これらにより電磁波14と排気ガス2は同じ排気管である筒体17内をフィルタ本体12に向かって流通する。フィルタ本体12にてPMを捕集および酸化反応を行い、清浄化された排気ガス2は筒体17の反対側に出力される。出力側には入力側と同様の孔あき導体壁16bと石英板15bによって排気ガス2と電磁波14は分離され、フィルタ本体12を通過して減衰した電磁波14は終端器18にて吸収される。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a specific configuration of the
また、フィルタ本体12付近には、温度センサ21が配置されてもよい。フィルタ本体12の温度を計測して電磁波発生装置13に伝送する。温度センサ21の構成はサーミスタ、熱電対などの直接計測が一般的であるが、赤外線検知器などによる間接計測であってもよい。(フィルタ本体の温度を直接計測する場合のみならず、周囲温度若しくはPMの温度を測定する場合も含む。)
図3は、上述の排気浄化システムに適用される本実施形態に係る排気浄化装置10´の具体的な他の構成の一例を示す図である。筒体17´の出力側には孔あき導体壁16bが設置されている。孔あき導体壁16a、16b間で空洞共振器19が構成されており、この中に電磁波14を入力すると空洞共振器19内で定在波が発生する。このような構成であってもよい。
A
FIG. 3 is a diagram showing an example of another specific configuration of the
なお、図3においても温度センサ21が配置されているが、この温度センサ21についても、必ずしも必要なものではない。
In FIG. 3, the
図4および図5は、図2に示す排気浄化装置10の要部を模式的に示す斜視図である。排気浄化装置10の筒体17は、図4に示すように円形の筒体17cであってもよいし、図5に示すように方形の筒体17sであってもよい。円形の筒体17cの場合、筒体17cの内部をシングルモードとして例えばTE11波が伝播し、方形の筒体17sの場合、筒体17sの内部をシングルモードとしてTE10波が伝播する。フィルタ12は筒17c、17s内の断面に合わせて円形または方形であることが一般であるが、必ずしも円筒の断面形状と一致している必要はなく、円形筒内に方形のフィルタがあっても、またその逆も電磁波14の作用としては同じである。
4 and 5 are perspective views schematically showing main parts of the exhaust
なお、図3に示す排気浄化装置10´の要部についての斜視図は図示しないが、終端構造を除いて図4または図5に示す構成と同等の構成となっており、これらと同等の作用を示す。
3 is not shown in the perspective view of the main part of the
図6は、図2に示す排気浄化装置10のPM堆積処理部11の要部断面図である。PM堆積処理部11は、排気ガス2の流路となる筒体17、筒体17の内部に配置されたフィルタ本体12、および電磁波発生装置13、を備える。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the main part of the PM
筒体17は、例えば両端が開口端となり、内径が場所によらず一定の円筒管形状の金属によって構成される、導電性の外容器である。筒体17は、一方の開口端である流入端部から流入される排気ガス2を、他方の開口端である排出端部から排出することができる構造であればよく、例えば両端が開口端となる方形管形状の金属によって構成されてもよい。また、筒体17の内径Rは、場所毎に異なっていてもよい。
The
このような筒体17の内部には、排気ガス2に含まれる微粒子物質として例えば炭素粒子を主成分とするPM(パティキュレート・マター)を捕捉するフィルタ本体12が配置されている。フィルタ本体12は、筒体17の内部の一部領域を埋めることによって、筒体17の流入端部側の内部空間Vinと排出端部側の内部空間Voutとを分離するように配置されている。
Inside the
このフィルタ本体12は、隔壁によって区画される複数の排気通路を有する多孔質体によって構成されるトラップフィルターであり、例えばDPF(ディーゼル・パティキュレート・フィルター)である。なお、多孔質体としては、例えば多孔質のセラミックである炭化珪素(SiC)やコーディエライトがあげられる。
The
次に、電磁波発生装置13は、所望の周波数帯の電磁波14(例えばマイクロ波)を発生させ、発生した電磁波14を、筒体17の流入端部の全体から、筒体17の内部に伝搬させ、フィルタ本体12に照射する。このように電磁波14が照射されることにより、フィルタ本体12は加熱される。
Next, the
この電磁波発生装置13には、発生する電磁波14の周波数を可変制御する周波数可変制御部20が接続されている。周波数可変制御部20は、シングルモード発振周波数とマルチモード発振周波数との境界周波数を含む所定の周波数帯域内において、電磁波発生装置13から発生する電磁波14の周波数を、継時的に変化させる。
The
図4に示されるように、筒体17が円形の筒体17cである場合、シングルモードはTE11波であり、図5に示されるように、筒体17が方形の筒体17sである場合、シングルモードはTE10波である。シングルモードは最も遮断周波数が低くなり、マルチモードは遮断周波数がそれより高いものである。筒体17c、17s内にフィルタ本体12が有る場合、フィルタ本体12の材質は一般的に真空中の比誘電率よりも高い値を示すため、フィルタ本体12の存在する部分は、存在しない部分に比較して、筒体のサイズが同じであっても一般に遮断周波数が低くなる。
As shown in FIG. 4, when the
図7は、シングルモードおよびマルチモードの周波数の説明図である。同図(a)はシングルモードの周波数の説明図であり、同図(b)はマルチモードの周波数の説明図である。図7(a)においてf1はシングルモードの周波数を示し、図7(b)においてf2はマルチモードの周波数を示す。また、両図においてfbは境界となる周波数を示す。図7から明らかなように、f1、f2、fbには常にf1<fb<f2の関係があり、fbはマルチモードの遮断周波数に相当する。 FIG. 7 is an explanatory diagram of single-mode and multi-mode frequencies. FIG. 4A is an explanatory diagram of a single-mode frequency, and FIG. 4B is an explanatory diagram of a multi-mode frequency. In FIG. 7A, f1 indicates a single mode frequency, and in FIG. 7B, f2 indicates a multimode frequency. Moreover, in both figures, fb shows the frequency used as a boundary. As is apparent from FIG. 7, f1, f2, and fb always have a relationship of f1 <fb <f2, and fb corresponds to a multimode cutoff frequency.
図8、図9は周波数可変制御部20の各モード間の切り替えの経時的変化の例を示した図である。図8に示すように、経過時間t1までは周波数f1を発振し、経過時間t1から(t1+t2)までは周波数f2を発振する。このf1、f2は図7のf1、f2にそれぞれ相当する。
FIG. 8 and FIG. 9 are diagrams showing examples of changes over time of switching between the modes of the frequency
図9に示すように、周波数の変化は断続的ではなく連続的であっても良い。また、一様に周波数が上昇・下降するものに限らず、ランダムに変化したり、断続的あるいは不連続に変化する場合も含むものとする。 As shown in FIG. 9, the change in frequency may be continuous instead of intermittent. In addition, the frequency is not limited to a uniform frequency increase / decrease, but includes a case where the frequency changes randomly or changes intermittently or discontinuously.
図10は、この周波数可変制御部20の動作アルゴリズムの一例を示した図である。図10に示す動作アルゴリズムは、温度センサ21を利用しない場合の例である。例えば図8に示すような周波数パターンでの制御の例を示す。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of an operation algorithm of the frequency
動作開始後、周波数f1を選択して(S101)、周波数を設定する(S102)。次に、電磁波発生装置13に出力指示を行って出力をONにし(S103)、タイマ(図2には明示なし)をスタートさせる(S104)。これにより、電磁波14がフィルタ本体12に送られ加熱を開始する。
After the operation is started, the frequency f1 is selected (S101), and the frequency is set (S102). Next, an output instruction is given to the
タイマT1までフィルタ本体12の加熱を継続後(S105)、電磁波発生装置13に出力OFFの指示を行い(S106)、周波数f2を選択して(S107)、周波数を再度設定する(S108)。次に、電磁波発生装置13に出力指示を行って出力ONにし(S109)、タイマT2までフィルタ本体12の加熱を継続後(S110)、電磁波発生装置13に出力OFFの指示を行い(S111)、終了通知を行って(S112)終了処理を行う。
After the
さらにこの別の変形例について、図11を参照して説明する。図11は、温度センサ21を利用した動作アルゴリズムの一例を示した図である。
Furthermore, another modification will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a diagram illustrating an example of an operation algorithm using the
動作開始後、周波数f1の選択(S201)からタイマのスタート(S204)まで(S201〜S204)は、図10のS101〜S104と同様に動作する。 After the operation starts, the operation from the selection of the frequency f1 (S201) to the start of the timer (S204) (S201 to S204) is performed in the same manner as S101 to S104 in FIG.
温度センサ21(図2、図3)を用いてフィルタ本体12の温度(フィルタ直接のみならず、周囲温度若しくはPMの温度を測定する場合も含む)を測定し、測定のよって得られた温度が起動制限時間内に規定温度(例えば、PMの燃焼開始温度)に達したか否かを判断し(S205およびS206)、フィルタ本体12の温度が起動制限時間内に規定温度に達しない場合(S206においてYes)、システム異常と判断してシステム異常処理を行う。すなわち、出力OFFを電磁波発生装置13に指示し(S207)、アラームを通知する(S208)。
Using the temperature sensor 21 (FIGS. 2 and 3), the temperature of the filter body 12 (including not only the filter directly, but also the case where the ambient temperature or PM temperature is measured) is measured, and the temperature obtained by the measurement is It is determined whether or not a specified temperature (for example, PM combustion start temperature) has been reached within the startup limit time (S205 and S206), and the temperature of the
正常に温度上昇していれば(S205においてYes)、タイマをリセットし(S209)、規定時間T1まで加熱を継続するが、フィルタ本体12において温度上昇が過度に起こり温度暴走が起こるなどの理由により危険制限温度HLimitを超えた場合(S210においてYes)は、直ちにシステム異常処理を行う(S207およびS208)。
If the temperature has risen normally (Yes in S205), the timer is reset (S209) and heating is continued until the specified time T1, but the temperature rises excessively in the
正常にタイマT1まで継続できた場合(S211においてYes)は、電磁波発生装置13からの出力をOFFにするとともにタイマをリセットして(S212)、周波数をf2に変更するとともに時間をT2に読み替えて(S213)、再度同様な処理を行う。
When the timer T1 can be normally continued (Yes in S211), the output from the
これが正常に終了した場合は終了通知を行い(S214)、正常な終了処理を行う。これによって、周波数を変更してより効果的なフィルタ再生処理を実現することが可能である。 If this is completed normally, an end notification is made (S214), and normal end processing is performed. Thereby, it is possible to realize a more effective filter regeneration process by changing the frequency.
このように、周波数可変制御部20は、シングルモード発振周波数とマルチモード発振周波数との境界周波数fbを含む所定の周波数帯域内において、電磁波発生装置13から発生する電磁波14の周波数を、経時的に変化させる。
As described above, the frequency
周波数帯域内において電磁波発生装置13から発生する電磁波14の周波数を経時的に変化させると、ある時間帯においてはシングルモード発振周波数の電磁波14がフィルタ本体12に照射され、他のある時間帯においてはマルチモード発振周波数の電磁波14がフィルタ本体12に照射される。この結果、フィルタ本体12内部における電磁波14の強度分布を、時間の経過とともに大幅に変化させることができる。以下にこの点について、図2の構成を例にとってさらに詳細に説明する。これまで説明したように、フィルタ本体12が存在する場所と存在しない場所とでは各モードの遮断周波数が異なるため、以降はフィルタ本体12部分のモードを基準に説明する。
When the frequency of the
図12は、シングルモード発振周波数の電磁波14をフィルタ本体12に照射した場合における、フィルタ本体12内部の電磁波14の強度分布を模式的に示す図である。また、図13および図14は、マルチモード発振周波数の電磁波14をフィルタ本体12に照射した場合における、フィルタ本体12内部の電磁波14の強度分布を模式的に示す図である。なお、図13は、フィルタ本体12の外の部分では電磁波14がシングルモードで伝播する場合を示しており、図14は、図13と比較して、フィルタ本体12の外の部分も電磁波14がマルチモードで伝播する場合を示している。
FIG. 12 is a diagram schematically showing the intensity distribution of the
フィルタ本体12に対してシングルモード発振周波数の電磁波14を照射した場合、図12に示すように、電磁波14の強度が強い領域Ssは、筒体17の軸に沿った方向に対して周期的に分布する。この領域Ssは、時間経過に対して出力側に移動していくため、フィルタ本体12の中央部は高温になるものの、筒体17の近傍の領域は常に電磁波14の強度が低く低温のままである。
When the
ところが、フィルタ本体12に対してマルチモード発振周波数の電磁波14を照射した場合、図13または図14に示すように、電磁波の強度が強い領域Smは、筒体17の軸に垂直な方向に対しても周期的に分布するようになり、図11に示す電磁波14の強度分布と比較して、大幅に変化する。このため、筒体17の近傍部分にも電磁波14の強度が高くなる領域が生じて高温になる。一方でフィルタ本体12の中央部にも低温の領域が生じるが、シングルモードのときに既に高温に達しているので、マルチモードで低温であっても問題はない。
However, when the
図15は、シングルモード発振周波数の電磁波14をフィルタ本体12に照射した場合における、図3に対応したフィルタ本体12内部の電磁波14の強度分布を模式的に示す図である。また、図16および図17は、マルチモード発振周波数の電磁波14をフィルタ本体12に照射した場合における、図3に対応したフィルタ本体12内部の電磁波14の強度分布を模式的に示す図である。なお、図16は、フィルタ本体12の外の部分では電磁波14がシングルモードで伝播する場合を示しており、図17は、図16と比較して、フィルタ本体12の外の部分も電磁波14がマルチモードで伝播する場合を示している。
FIG. 15 is a diagram schematically showing the intensity distribution of the
フィルタ本体12に対してシングルモード発振周波数の電磁波14を照射した場合、図15に示すように、電磁波14の強度が強い領域Ssは、筒体17´の軸に沿った方向に対して周期的に分布するが、図15では導体壁16bによって電磁波14が反射されて定在波が立つため、時間経過に対して周波数を変えない場合、Ssの位置は変化しない。このため筒体17´の軸の方向にも電磁波14の強度が低く低温な部分が生じる。シングルモード発振周波数の範囲内において電磁波14の周波数を変化させると、電磁波14の強度が強い領域Ssが、筒体17´の軸に沿った方向に対して間隔が変化するため、電磁波14の強度分布は軸方向に変化し、低温であった部分も高温に変化する。ところが、筒体17´の近傍においては電磁波14の強度は中央部に比較して低いままであるため、なお低温な部分が残る。
When the
ところが、フィルタ本体12に対してマルチモード発振周波数の電磁波14を照射した場合、図16または図17に示すように、電磁波14の強度が強い領域Smは、筒体17´の軸に垂直な方向に対しても周期的に分布するようになり、図15に示す電磁波14の強度分布と比較して、大幅に変化する。このため、筒体17´の近傍部分にも電磁波14の強度が高くなる領域が生じて高温になる。一方でフィルタ本体12の中央部にも低温の領域が生じるが、シングルモードのときに既に高温に達しているので、マルチモードで低温であっても問題はない。
However, when the
このように、シングルモード発振周波数の電磁波14をフィルタ本体12に照射した場合と、マルチモード発振周波数の電磁波14をフィルタ本体12に照射した場合と、では、フィルタ本体12内部における電磁波14の強度分布が大幅に異なる。したがって、シングルモード発振周波数とマルチモード発振周波数との境界周波数fbを含む所定の周波数帯域内において、電磁波発生装置13から発生する電磁波14の周波数を経時的に変化させると、フィルタ本体12内部における電磁波14の強度分布も経時的に大幅に変化する。この結果、フィルタ本体12内部における位置毎の温度は、短時間で周波数を変更すれば均一化され、温度差の発生が抑制される。あるいは、周波数の変更を頻繁に行わない場合であっても、高温部分のみを反応処理させた後、周波数を変更して残りの部分を高温とすることで、トータルでの反応残量を抑制する効果がある。
As described above, when the
フィルタ本体12に捕捉されたPMは、フィルタ本体12に対して電磁波14を照射し、フィルタ本体12を加熱することによって燃焼除去され、このようにしてフィルタ本体12に対して再生処理が実行される。
The PM captured by the
以上に説明した本実施形態についての作用および効果は、特に周波数範囲を限らないものであるが、実際に周波数資源は有限であり、実用上はさまざまな法的・技術的制約があることはいうまでもない。以下に、このことを考慮して、更に効果を高めるための周波数の使用方法について、図7を再度用いて説明する。 The operations and effects of the present embodiment described above are not particularly limited in the frequency range, but the frequency resources are actually limited, and there are various legal and technical restrictions in practice. Not too long. Hereinafter, in consideration of this, a method of using a frequency for further enhancing the effect will be described with reference to FIG. 7 again.
上記実施形態の説明で述べたとおり、シングルモードの周波数f1とマルチモードの周波数f2の中心周波数は(f1+f2)/2であり、帯域幅は(f2−f1)である。シングルモードとマルチモード間の境界となる周波数fbは、f1とf2の間にあればよいので、f2とf1の間が狭いほどこの排気浄化装置10、10´が使用する周波数が狭くなり、周波数利用効率が上がる。一般的に「帯域幅」÷「中心周波数」を比帯域と呼ぶが、加熱に好適な30GHz以下の周波数を対象として考えると、周波数の有効利用や目的毎の周波数割り当て幅から、これが概ね10%以下であることが望ましい。
As described in the above embodiment, the center frequency of the single mode frequency f1 and the multimode frequency f2 is (f1 + f2) / 2, and the bandwidth is (f2−f1). Since the frequency fb serving as the boundary between the single mode and the multimode only needs to be between f1 and f2, the narrower the distance between f2 and f1, the narrower the frequency used by the exhaust
さらに、可搬型や車載機などの用途を想定する場合は、いわゆるISMバンド(Industry、Science and Medical)と呼ばれる902MHz〜928MHz、2400MHz〜2500MHz,5725MHz〜5875MHzの周波数帯で運用することが、装置価格や免許の容易性などからより実用的である。 Furthermore, in the case of assuming a use such as a portable type or an in-vehicle device, it is necessary to operate in a frequency band of 902 MHz to 928 MHz, 2400 MHz to 2500 MHz, and 5725 MHz to 5875 MHz, which is called an ISM band (Industry, Science and Medical). It is more practical due to the ease of licensing and the like.
また、f1とf2の周波数間は連続である必要はないため、例えば2400MHzと2500MHzの2点、あるいは920MHz,2450MHzと5800MHzの3点で運用する場合なども含んであっても、前記実施形態の動作は同等である。 In addition, since it is not necessary that the frequency between f1 and f2 is continuous, for example, even when the operation is performed at two points of 2400 MHz and 2500 MHz, or at three points of 920 MHz, 2450 MHz, and 5800 MHz, etc. The operation is equivalent.
実施形態の変形例として、フィルタ本体12に放射される電磁波14の強度をモニタすることにより、フィルタ本体12に照射される電磁波14の出力もしくは位相を制御する機能を付加した形態について、以下に説明する。
As a modification of the embodiment, a mode in which a function of controlling the output or phase of the
<第1の変形例>
図18は、実施形態の第1の変形例に係る排気浄化装置30の構成の一例を示す図である。図17に示される排気浄化装置30は、図2に示した排気浄化装置10の構成に対して、さらに双方向結合器31、位相制御部32、判断部33が追加された形態である。
<First Modification>
FIG. 18 is a diagram illustrating an example of a configuration of an
位相制御部32は、スタブ34および駆動用モータ35を含んで構成されており、筒体17内に金属もしくは誘電体等の棒(スタブ34)を挿入することで位相を制御し、フィルタ本体12側のインピーダンスと信号源側のインピーダンス間の整合を取る。
The
電力モニタとしての双方向結合器31からは進行・反射電力の各モニタ値を、温度センサ21からはフィルタ本体12の温度(温度センサ21による直接測定、若しくは赤外線検知等の間接的測定であってもよい)をモニタする。
From the
測定値は判断部33に送られ、フィルタ本体12の温度が適切になるように判断部33より各部に指示信号を伝送する。指示信号は例えば周波数可変制御部20には周波数指示を、電磁波発生装置13には出力指示を、位相制御部32にはスタブ34の移動量指示を伝送する。
The measured value is sent to the
周波数可変制御部20、電磁波発生装置13、位相制御部32は受信した信号に基づいて適切な制御を行い、フィルタ本体12の温度を適切に加熱するように制御をする。
The frequency
図19は、図18に示す排気浄化装置30の制御を示すアルゴリズム例である。例えば図8に示すような周波数パターンでの制御の例を示す。
FIG. 19 is an algorithm example showing the control of the
動作開始後、周波数f1を選択(S301)、指示して周波数可変制御部20で周波数を設定する(S302)。次に、電磁波発生装置13に出力指示を行って出力をONにし(S303)、タイマ(図17には明示なし)をスタートさせる(S304)。これにより電磁波14がフィルタ本体12に送られて加熱を開始するが、電力モニタとしての双方向結合器31によりモニタされた送信・反射電力の比から、フィルタ本体12側で消費されている電力を計算する(S305)。ここで、消費電力が小さい場合(S306においてNo)は、整合条件が取れておらずフィルタ本体12に効果的に電力が伝送されていないと判断されるため、スタブ34の位置移動を位相制御部32に指示し(S307)、消費電力が高くなるようにスタブ34の位置を制御したり、出力の上昇を電磁波発生装置13に指示する。
After the operation is started, the frequency f1 is selected (S301), instructed, and the frequency is set by the frequency variable control unit 20 (S302). Next, an output instruction is given to the
消費電力が規定値以上である場合(S306においてYes)、フィルタ本体12の温度(フィルタ直接のみならず、周囲温度若しくはPMの温度を測定する場合も含む)が起動制限時間内に規定温度(例えば、PMの燃焼開始温度)に達したか否かを判断し(S308およびS309)、フィルタ本体12の温度が起動制限時間内に規定温度に達しない場合(S309においてYes)、システム異常と判断してシステム異常処理を行う。すなわち、出力OFFを電磁波発生装置13に指示し(S310)、アラームを通知する(S311)。
When the power consumption is equal to or higher than the specified value (Yes in S306), the temperature of the filter main body 12 (including not only the filter directly but also the case of measuring the ambient temperature or the temperature of PM) is within the specified time limit (for example, the ambient temperature or PM temperature). , The combustion start temperature of PM) is reached (S308 and S309), and if the temperature of the
正常に温度上昇していれば(S308においてYes)、タイマをリセットし(S312)、規定時間T1まで加熱を継続するが、フィルタ本体12において温度上昇が過度に起こり温度暴走が起こるなどの理由により危険制限温度HLimitを超えた場合(S313においてYes)は、直ちにシステム異常処理を行う(S310およびS311)。 If the temperature has risen normally (Yes in S308), the timer is reset (S312), and heating is continued until the specified time T1. When the critical temperature limit H Limit is exceeded (Yes in S313), system abnormality processing is immediately performed (S310 and S311).
正常にタイマT1まで継続できた場合(S314でYes)は、電磁波発生装置13からの出力をOFFにするとともにタイマをリセットして(S315)、周波数をf2に変更するとともに時間をT2に読み替えて(S316)、再度同様な処理を行う。
If the timer T1 can be continued normally (Yes in S314), the output from the
これが正常に終了した場合は終了通知を行い(S317)、正常な終了処理を行う。これによって、周波数を変更してより効果的なフィルタ再生処理を実現することが可能である。 If this is completed normally, an end notification is made (S317), and normal end processing is performed. Thereby, it is possible to realize a more effective filter regeneration process by changing the frequency.
<第2の変形例>
図20は、実施形態の第2の変形例に係る排気浄化装置40の構成の一例を示す図である。図21は、図20に示す排気浄化装置40に適用される電磁波発生装置41の構成の一例を示す図である。この排気浄化装置40は、第1の変形例において示した出力・位相制御機能を電磁波発生装置41に内蔵させた例である。
<Second Modification>
FIG. 20 is a diagram illustrating an example of a configuration of an
図20に示す排気浄化装置40において、位相制御部は、図21に示すように電磁波発生装置に内蔵されている。すなわち、図20に示す電磁波発生装置41は、可変周波数信号源42、移相器43、可変減衰器44、固体増幅器45、および同軸導波管変換器46によって構成される。
In the exhaust
図19に示したアルゴリズムと同様の動作において、位相制御部への指示信号に変わり、判断部33から電磁波発生装置41には出力・位相指示信号が送信される。電磁波発生装置41の内部(図21)では、周波数指示に従って可変周波数信号源42は発振周波数を決定し、移相器43にて位相制御を、可変減衰器44にて出力制御を行う。固体増幅器45は発振された電磁波14を増幅して同軸導波管変換器46に導かれ、同軸導波管変換器46にて電磁波14は筒体17内の空間に放射され、フィルタ本体12に向かって伝送される。
In the same operation as the algorithm shown in FIG. 19, instead of the instruction signal to the phase control unit, an output / phase instruction signal is transmitted from the
このような構成によっても、出力・位相を適切に制御してより効果的なフィルタ再生処理を実現することが可能である。 Even with such a configuration, more effective filter regeneration processing can be realized by appropriately controlling the output and phase.
なお、出力・位相支持機能を電磁波発生装置に内包しない場合、電磁波発生装置の構成は、図21に示す構成から移相器43及び可変減衰器44を省略した構成となる。
When the output / phase support function is not included in the electromagnetic wave generator, the configuration of the electromagnetic wave generator is a configuration in which the
以上に説明した実施形態に係る排気浄化装置10、10´、30、40によれば、電磁波発生装置13、41に、この装置13、41から発生する電磁波14の周波数を可変制御する周波数可変制御部20を接続している。そして、周波数可変制御部20は、フィルタ本体12に照射される電磁波14の周波数を、シングルモード発振周波数とマルチモード発振周波数との境界周波数fを含む所定の周波数帯域内において経時的に変化させる。したがって、フィルタ本体12内部における電磁波14の強度分布を経時的に大幅に変化させることができる。この結果、フィルタ本体12内部における位置毎の温度差の発生を抑制することができ、フィルタ本体12の再生処理が良好に実行される。
According to the exhaust
以上に、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although the embodiment of the present invention has been described above, this embodiment is presented as an example and is not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1・・・内燃機関
2・・・排気ガス
10、10´、30、40・・・排気浄化装置
11・・・微粒子物質(PM)堆積処理部
12・・・フィルタ本体
13、41・・・電磁波発生装置
14・・・電磁波
15a、15b・・・石英板
16a、16b・・・導体壁
17、17c、17s、17´・・・筒体
18・・・終端器
19・・・空洞共振器
20・・・周波数可変制御部
21・・・温度センサ
31・・・双方向結合器
32、42・・・位相制御部
33・・・判断部
34・・・スタブ
35・・・駆動用モータ
42・・・可変周波数信号源
43・・・移相器
44・・・可変減衰器
45・・・固体増幅器
46・・・同軸導波管変換器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (10)
このフィルタ本体を収容する導電性の外容器と、
周波数を可変とする電磁波を生成する電磁波発生装置と、
この電磁波発生装置において発生する前記電磁波の周波数を所定の帯域内において可変に制御する周波数制御部と、
を具備し、
前記電磁波が前記フィルタ本体に照射されることにより、直接的もしくは間接的に前記フィルタ本体に付着した前記微粒子物質が加熱されるように構成された排気浄化装置であって、
前記周波数制御部は、前記外容器内部に発生する前記電磁波の伝搬モードを、前記フィルタ本体において、シングルモードを発生する周波数とマルチモードを発生する周波数をまたがるように経時的に変化させる機能を有することを特徴とする排気浄化装置。 A filter body for capturing particulate matter contained in the exhaust gas;
A conductive outer container containing the filter body;
An electromagnetic wave generator for generating an electromagnetic wave having a variable frequency;
A frequency control unit that variably controls the frequency of the electromagnetic wave generated in the electromagnetic wave generator within a predetermined band;
Comprising
An exhaust emission control device configured to heat the particulate matter directly or indirectly attached to the filter body by irradiating the filter body with the electromagnetic wave,
The frequency control unit has a function of changing a propagation mode of the electromagnetic wave generated inside the outer container with time so as to cross a frequency for generating a single mode and a frequency for generating a multimode in the filter body. An exhaust purification device characterized by that.
前記シングルモードもしくはマルチモードの状態各々について、前記フィルタ本体に吸収される電力が最大になるように前記電磁波の出力もしくは位相を制御する機能を有する請求項1〜8のいずれかに記載の排気浄化装置。 The function of controlling the output or phase of the electromagnetic wave radiated to the filter body, the function of detecting the intensity of the electromagnetic wave radiated to the filter body, and the electromagnetic wave radiated to the filter body according to the intensity value of the electromagnetic wave A determination unit that indicates the output or phase of
The exhaust gas purification according to any one of claims 1 to 8, which has a function of controlling an output or a phase of the electromagnetic wave so that electric power absorbed by the filter body is maximized for each of the single mode and the multi-mode states. apparatus.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018150855A (en) * | 2017-03-10 | 2018-09-27 | 富士通株式会社 | Exhaust emission control device, automobile and management system |
JP2019120245A (en) * | 2018-01-11 | 2019-07-22 | 富士通株式会社 | Clog determination device |
WO2020084934A1 (en) | 2018-10-26 | 2020-04-30 | 富士電機株式会社 | Electric dust collector |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59123188A (en) * | 1982-12-28 | 1984-07-16 | 松下電器産業株式会社 | High frequency heater |
JPH07317528A (en) * | 1994-05-24 | 1995-12-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Method and device for exhaust gas processing for internal combustion engine |
JP2005069152A (en) * | 2003-08-26 | 2005-03-17 | Toyota Motor Corp | Exhaust emission control device |
JP5163695B2 (en) * | 2010-05-31 | 2013-03-13 | 株式会社デンソー | Exhaust gas purification device for internal combustion engine |
JP2013525997A (en) * | 2010-05-03 | 2013-06-20 | ゴジ リミテッド | Spatially controlled energy delivery |
-
2014
- 2014-09-04 JP JP2014180131A patent/JP2016053341A/en active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59123188A (en) * | 1982-12-28 | 1984-07-16 | 松下電器産業株式会社 | High frequency heater |
JPH07317528A (en) * | 1994-05-24 | 1995-12-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Method and device for exhaust gas processing for internal combustion engine |
JP2005069152A (en) * | 2003-08-26 | 2005-03-17 | Toyota Motor Corp | Exhaust emission control device |
JP2013525997A (en) * | 2010-05-03 | 2013-06-20 | ゴジ リミテッド | Spatially controlled energy delivery |
JP5163695B2 (en) * | 2010-05-31 | 2013-03-13 | 株式会社デンソー | Exhaust gas purification device for internal combustion engine |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018150855A (en) * | 2017-03-10 | 2018-09-27 | 富士通株式会社 | Exhaust emission control device, automobile and management system |
JP2019120245A (en) * | 2018-01-11 | 2019-07-22 | 富士通株式会社 | Clog determination device |
JP7059639B2 (en) | 2018-01-11 | 2022-04-26 | 富士通株式会社 | Clog determination device |
WO2020084934A1 (en) | 2018-10-26 | 2020-04-30 | 富士電機株式会社 | Electric dust collector |
KR20210049920A (en) | 2018-10-26 | 2021-05-06 | 후지 덴키 가부시키가이샤 | Electric dust collector |
CN113164973A (en) * | 2018-10-26 | 2021-07-23 | 富士电机株式会社 | Electric dust collector |
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