專利名稱：廢氣處理裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及對從柴油機等內(nèi)燃機中排出的廢氣進行凈化處理的裝置，更具體地說，是涉及一種帶有一面在過濾器中對廢氣中含有的燃燒生成物的顆粒進行捕集并對顆粒重量進行測定、一面在達到規(guī)定捕集重量時使凈化裝置動作的程序的廢氣處理裝置。
從內(nèi)燃機特別是柴油機中排出的廢氣所含顆粒主要含有SOF(可溶有機餾份)、碳墨和硫黃化合物三種。作為在排氣裝置內(nèi)對這種顆粒進行處理的方法，正在對SOF進行氧化燃燒的氧化催化方式以及采用過濾器對顆粒進行捕集并燃燒去除的方式等進行實用化研究。但由于氧化催化方式不能減少廢氣中的碳黑，而以過濾器方式在實用上較為理想。
然而過濾器方式如接連不斷捕集顆粒則會產(chǎn)生篩眼堵塞并使廢氣流動惡化，最壞的情況下會使發(fā)動機輸出降低或使發(fā)動機停止。對此正在進行使過濾器捕集能力再生技術的開發(fā)，但確保過濾器的耐久性能也正在成為實用化方面的重大課題。
作為使過濾器捕集能力再生的方法，正在進行的開發(fā)有在過濾器內(nèi)對顆粒進行燃燒去除的方式，以及把高壓空氣供給過濾器而將顆粒刮到過濾器外并在過濾器外部對顆粒進行燃燒去除的方式等。但由于在過濾器外部對顆粒進行處理的方式在把顆粒從過濾器中完全去除方面存在著問題，因此再生方式的主流是在過濾器內(nèi)對顆粒進行燃燒去除方式。
由于顆粒要加熱到600℃左右才開始燃燒，因此在對顆粒進行燃燒去除時過濾器內(nèi)部的溫度相當高。采用陶瓷材料構成的過濾器耐熱性有限，一方面當燃燒溫度上升到耐熱溫度以上時過濾器會溶化而損壞，另一方面由于過濾器內(nèi)部產(chǎn)生的溫度差引起熱膨脹差進而產(chǎn)生應力，導致龜裂。為了避免這種在燃燒凈化的同時產(chǎn)生過濾器的機械性損壞并使過濾器保持顆粒捕集性能，重要的是預先確定在最適宜條件下能使過濾器再生的捕集顆粒重量、對捕集到的顆粒重量進行高精度測量、再生時根據(jù)把包含過濾器在內(nèi)的周邊條件一起考慮測得的顆粒重量用最適宜的再生方法進行過濾器的加熱再生。
作為顆粒重量的測量方法，可考慮的有檢測過濾器前后壓力并根據(jù)過濾器前后壓差求得捕集顆粒重量的方式以及檢測因捕集顆粒重量變化的過濾器周邊微波特性以求得捕集顆粒重量的方式等。
利用過濾器前后壓差的方法中，由于因廢氣流量和廢氣溫度引起壓差變動，故必須對檢測到的壓力信號進行修正。但發(fā)動機轉速變動頻繁，相應廢氣溫度變化劇烈，即使進行修正，也難以對捕集顆粒重量作高精度的檢測。
另一方面，利用微波的測量方法具有與廢氣流量的變動無關、能檢測捕集顆粒重量的優(yōu)點。本發(fā)明人在本發(fā)明之前曾提出利用微波的顆粒重量檢測方式(日本特許特愿平5-7291號)，該方法為電磁波方式，測定捕集顆粒重量的手段不暴露在廢氣中，能保證測定性能的耐久性。
然而已經(jīng)判明上述測定方法難以在內(nèi)燃機的所有運轉條件下高精度地測定捕集顆粒重量。其原因在于這種方法只是根據(jù)檢測到的微波信號對過濾器中被捕集到的顆粒重量加以確定。下面來討論它的問題。
如所周知，從內(nèi)燃機排出的顆粒其組成一般隨內(nèi)燃機的負荷條件而變化。加到內(nèi)燃機上的負荷增大，則碳黑在排出顆粒中占的重量比例就增加。作為內(nèi)燃機的實用環(huán)境，可以在城市道路上行駛的公共汽車、垃圾收集車等這樣的車輛為例來考察。在這樣的運轉條件下，由于不再繼續(xù)加大負荷，所以過濾器中捕集到的顆粒包含有可方便地分別測定SOF、碳黑和硫黃化合物的含量。這個含有量的比例盡管是按運轉條件而變化的，但不管怎樣，在用實際運轉條件所估計的范圍中，采用前述方法還是能夠適應的。另一方面，在持續(xù)承受大負荷的場合例如建設機械作業(yè)或汽車長時間爬坡行駛時，從內(nèi)燃機排出的顆粒成份幾乎全是碳黑。由于這種所謂“干碳黑”重量輕而顆粒大，與前述使用環(huán)境相比，存在因廢氣流動而產(chǎn)生顆粒向過濾器內(nèi)的侵入分布以及其后捕集分布方面也變化的可能性。加之干碳黑本身同SOF或硫黃化合物相比微波的吸收率極高。這樣，作為干碳黑特性和微波性質(zhì)的綜合結果，在單單依靠測定捕集顆粒重量的微波信號判定過濾器再生時期時就會產(chǎn)生較大的誤差。
因此，在對過濾器進行再生時，盡管實際捕集顆粒重量少，但仍會根據(jù)檢測信號判定為顆粒重量多，而在再生處理中產(chǎn)生加熱不足，不能達到良好燃燒，從而存在產(chǎn)生燃燒殘余物的問題。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種能在內(nèi)燃機動作條件變動時高精度地對顆粒重量進行測定、按照基于該測定結果的過濾器再生定時判定使過濾器性能長時間維持的廢氣處理裝置。本發(fā)明的再一目的在于提供一種能在內(nèi)燃機的所有運轉狀態(tài)中對顆粒捕集重量進行高精度的測定、并按照基于該測定結果的過濾器再生定時判定使過濾器性能得以長時間維持的廢氣處理裝置。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的廢氣處理裝置包含捕集內(nèi)燃機廢氣中所含顆粒的過濾器，在放置該過濾器的空間中供給電磁波的電磁波供給裝置，結合在放置過濾器的空間中產(chǎn)生電磁波檢測電磁波強度的電磁波檢測裝置，根據(jù)該電磁波檢測裝置的信號把過濾器中捕集到的顆粒去除的再生裝置，所述廢氣處理裝置還進一步包含對流向過濾器的廢氣流通進行檢測的流通檢測裝置，根據(jù)流通檢測裝置的檢測信號對過濾器中廢氣流通時間進行累加計算的時間累計裝置，采用與上述內(nèi)燃機、過濾器、流通檢測裝置、時間累計裝置、電磁波供給裝置、電磁波檢測裝置同一或同一種類的內(nèi)燃機、過濾器、流通檢測裝置、時間累計裝置、電磁波供給裝置和電磁波檢測裝置對過濾器捕集到的顆粒捕集重量進行測定，把累計時間值和電磁波檢測值作為變量規(guī)定的捕集重量記憶裝置，把該時間累計裝置計數(shù)得到的時間值和電磁波檢測裝置檢測得到的檢測值在捕集重量記憶裝置里加以對照，以提取過濾器中捕集到的顆粒的捕集重量的捕集重量提取裝置。
再有，本發(fā)明的廢氣處理裝置包含捕集內(nèi)燃機廢氣中所含顆粒的過濾器，檢測內(nèi)燃機負荷量的發(fā)動機負荷檢測裝置，在放置過濾器的空間中供給電磁波的電磁波供給裝置，結合在放置過濾器的空間中產(chǎn)生的電磁波檢測電磁波強度的電磁波檢測裝置，發(fā)動機動作檢測裝置，根據(jù)電磁波檢測裝置的信號把過濾器中捕集到的顆粒去除的再生裝置，所述廢氣處理裝置進一步包含對流向過濾器的廢氣流通進行檢測的流通檢測裝置，根據(jù)流通檢測裝置的檢測信號對過濾器中廢氣流通時間進行累加計算的第一時間累計裝置，根據(jù)流通檢測裝置和發(fā)動機負荷檢測裝置各個檢測信號對前述廢氣在過濾器里流通且內(nèi)燃機負荷為低負荷狀態(tài)時的時間進行累計的第二時間累計裝置，把第二時間累計裝置的計數(shù)值從第一時間累計裝置的計數(shù)值中減去的時間減算裝置，采用與上述內(nèi)燃機、過濾器、流通檢測裝置、時間累計裝置、電磁波供給裝置和電磁波檢測裝置同一或同一種類的內(nèi)燃機、過濾器、流通檢測裝置、時間累計裝置、電磁波供給裝置和電磁波檢測裝置對過濾器捕集到的顆粒捕集重量進行測定且把累計時間值和電磁波檢測值作為變量規(guī)定的捕集重量記憶裝置，把時間減算裝置計數(shù)得到的時間值和電磁波檢測裝置檢測得到的檢測值在捕集重量記憶裝置中加以對照從而提取過濾器中捕集到的顆粒的捕集重量的捕集重量提取裝置。
以下對附圖作簡單說明。
圖1為本發(fā)明第一實施例帶顆粒重量判定裝置的廢氣處理裝置構成圖。
圖2為表示顆粒同一重量線的第一實施例特性圖，以廢氣流通時間累計值和電磁波檢測裝置的檢測值為指標。
圖3為第二實施例帶顆粒捕集重量判定裝置的廢氣處理裝置構成圖。
圖4為第二實施例中顆粒捕集重量判定裝置的方框圖。
圖5為表示顆粒捕集同一重量線的第二實施例特性圖，以廢氣流通時間累計值和微波電磁場強度檢測裝置的檢測值為指標。
以下參照


本發(fā)明的第一實施例。
第一實施例的廢氣處理裝置構成情況如圖1所示。圖中1為內(nèi)燃機(如柴油機)，2為排出廢氣的排氣管，3為設于排氣管2中途的加熱空間(放置過濾器的空間)，4為放置于加熱空間內(nèi)的用陶瓷材料制作的蜂窩構造的過濾器，用于捕集廢氣通過時廢氣中所含顆粒。5為電磁波發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生向加熱空間3給電的微波(電磁波)以對顆粒進行感應加熱，6、7分別是把電磁波發(fā)生裝置5產(chǎn)生的微波傳送到加熱空間3的同軸傳送電纜和環(huán)狀矩形波導管，8、9為向加熱空間供給微波的一對給電孔，10為同軸波導管變換用天線。如圖所示，過濾器4雖只有一個;但也可把排氣管2分成好幾個支管，每一支管上分別放置過濾器。11為切換廢氣的換向閥，一般從內(nèi)燃機1排出的廢氣是流通到過濾器4的，但在對過濾器進行再生時則切換換向閥位置并使廢氣流通到排氣支管12。13為消聲器。14為產(chǎn)生向加熱空間3內(nèi)供給含氧氣體的氣體供應裝置，15、16為控制含氧氣體向過濾器4流通的閥，閥15設置在作為再生時流通到過濾器4的氣體的排氣路徑的支管17上，閥16設置在加熱空間3和與大氣相通的排氣管2之間，控制這兩個閥并在過濾器4再生時促進在過濾器4中加熱的顆粒燃燒的氣體流通。18為設置于過濾器4的廢氣非流通空間、對因微波發(fā)生裝置5工作而存在于配設空間附近的微波強度進行檢測的微波檢測裝置(電磁波檢測裝置)，使由同軸線路構造組成的同軸線路的中心導體19僅在加熱空間3內(nèi)伸出規(guī)定長度。該微波檢測裝置18檢測的微波強度信號通過同軸線路20輸入由電子控制單元(ECU)構成的控制裝置21中。22為交流發(fā)電機(廢氣流通檢測裝置)，把對應于內(nèi)燃機1轉速變化的交流發(fā)電機的輸出電氣信號輸入控制裝置21。圖中微波檢測裝置18只有一個，但也可設置多個。23為溫度檢測裝置(廢氣流通檢測裝置)，設置于加熱空間3和支管17間的排氣管2的過濾器4附近。在把排氣管2分為數(shù)個支管的情況下，各排氣支管分別設置過濾器，并通過在各個過濾器附近設置溫度檢測裝置23來檢測有關過濾器中廢氣流通情況。溫度檢測裝置23為過濾器再生處理時檢測有關過濾器4中流通氣體的溫度。這個檢測信號輸入到控制裝置21。加熱空間3通過設有沖孔的金屬板或蜂窩狀金屬等構成的微波屏蔽裝置24、25把微波實際上限定在一個封閉空間。26為設于過濾器4的外周與形成加熱空間3的管壁27間的絕熱材料并兼作過濾器4的支承體。配設該絕熱材料26的空間使廢氣流通被遮斷。微波檢測裝置18在設有絕熱材料26的空間預定位置處對微波強度進行檢測。28為微波發(fā)生裝置5的驅(qū)動電源，29為輸送氣體供給裝置14產(chǎn)生氣體的管道。環(huán)狀的矩形波導管7系在廢氣排出管30的管壁上將大致面對面設置的一對給電孔8，9配置成終端而構成。由該二個給電孔8，9成180°相位差并在環(huán)狀矩形波導管7所要求的位置配設同軸波導管變換用天線10使微波向加熱空間3內(nèi)發(fā)射。而微波檢測裝置18則設置在微波檢測值隨捕集顆粒重量的增加呈單調(diào)下降的位置處。由于這里當捕集顆粒重量增加時過濾器的介電常數(shù)變大而過濾器內(nèi)微波的波長變短，故檢測位置處微波的相位發(fā)生變化。捕集顆粒重量測定的基本原理是利用這種微波的相位偏移。
在以上這種構成的廢氣凈化裝置中，捕集顆粒的重量測定是在內(nèi)燃機1的工作中實行的。以下說明其實行內(nèi)容。
控制裝置21在內(nèi)燃機動作中按規(guī)定的周期使微波發(fā)生裝置5動作。而在微波發(fā)生裝置5開始動作一定時間后(如10秒后)，微波檢測裝置18接收檢測的微波強度。這個信號接收所需時間約為1/50秒?？刂蒲b置21在接收微波強度后就使微波發(fā)生裝置5的動作停止。同時，在接收這個微波強度時，控制裝置21把交流發(fā)電機22發(fā)輸出信號的時間累計值或溫度檢測裝置23檢測的溫度超過預定溫度的時間累計值作為廢氣在過濾器4中流通的時間累計值記憶下來。然后控制裝置21根據(jù)接收的微波檢測裝置18的檢測信號和廢氣流通時間累計值進行下述規(guī)定的運算處理或與圖表比較處理。根據(jù)這種處理得到的捕集顆粒重量超過預定重量時則進行過濾器4的再生處理。但過濾器再生時捕集顆粒重量過少，則轉為加熱燃燒狀態(tài)的顆粒燃燒傳播不充分而產(chǎn)生大量燃燒殘余。而如捕集顆粒過多，則顆粒成為異常高溫燃燒狀態(tài)而使過濾器4因升溫過高而溶化，并產(chǎn)生裂縫等損傷。能避免這種再生時過濾器4的機械損傷的捕集顆粒重量范圍根據(jù)再生所需時間變化。作為短時間能再生處理的再生條件，捕集顆粒重量范圍4-6g/l(l為過濾器容積，下同)為能保證過濾器4耐久性的捕集顆粒重量，有必要對過濾器4中捕集到的顆粒重量作高精度的測定，而在本發(fā)明中這種測定則是可能的。
以下對與過濾器再生開始相適合的捕集顆粒重量的判定方法作一說明。在內(nèi)燃機1的轉速一定的情況下，作為負荷變化時廢氣流通時間累計值與微波檢測裝置18的檢測值關系的一個例子如圖2所示。圖2實線中(A)為高負荷時，(B)中負荷時，(C)低負荷時情況下的特性。圖2中的點劃線為捕集顆粒為同一重量的曲線，顆粒重量從0到12g/l每隔2g/l表示在座標上。另外，圖2中特性曲線上的幾個點結合廢氣溫度分別為100℃和400℃時微波檢測裝置18的檢測值表示為圖2中的虛線。在圖2所示特性中，內(nèi)燃機1的負荷越高，對于廢氣流通時間累計值增加不多而捕集顆粒重量較多;廢氣溫度越高則微波檢測裝置的檢測值越小，即使捕集顆粒重量相同，而對于碳黑重量比例較大(A)的高負荷時的內(nèi)燃機工作，微波檢測裝置的檢測值也低。圖2中用點劃線表示捕集顆粒重量相等的顆粒同一重量線。采用基于該顆粒同一重量線的函數(shù)或圖表，可根據(jù)廢氣流通時間累計值和微波檢測裝置的檢測值二個變量判定過濾器再生開始的顆粒重量。通過這個判定法，可以把因顆粒組成不同造成的過濾器再生開始顆粒重量判定的誤差除外。同時即使對于廢氣溫度變化也因顆粒重量判定誤差小而不需進行溫度補償。而且由于把微波檢測裝置18的檢測值輸入控制裝置21所需時間只要1/50秒，所以能與內(nèi)燃機1的動作條件變動無關，獨立進行高精度的顆粒重量判定。以下根據(jù)過濾器再生開始的顆粒重量判定及其判定結果轉向?qū)嵭性偕奶幚磉^程作一說明。對于重量判定，設定把廢氣流通時間累計值和微波檢測裝置的檢測值作為二個變量的函數(shù)。根據(jù)這個設定的函數(shù)，判定是否超過設定的捕集顆粒重量。例如把廢氣流通時間累計值作為X，把微波檢測裝置的檢測值作為Y，則圖2的4g/l線用式1作近似(式1) Y＝aXb+c (a，b，c為常數(shù))式1中廢氣流通時間累計值為X1，微波檢測裝置的檢測值為Y1時，若(式2) Y1≥aX1b+c判定顆粒重量為4g/l以下，如(式3) Y1＜aX1b+c判定為超過4g/l，收到這個判定結果后立即開始過濾器再生。
另外，重量判定處理可采用圖表處理進行。表1所示為圖表處理的一個例子。
表1廢氣流通時間累計值(分) 表1表示把圖2所示的廢氣流通時間累計值和微波檢測裝置的檢測值作為變量加以圖表化的情況。表中數(shù)值為過濾器再生開始的捕集顆粒重量。通過這種圖表可以對顆粒重量的絕對值作精密的判定，與顆粒重量相對應的高效率再生成為可能。其結果是能擴大可能再生的顆粒重量范圍。表1中在微波檢測裝置的檢測值大的區(qū)域其分割間隔粗，同樣在廢氣流通時間累計值大的區(qū)域中其分割間隔也粗一些。通過這樣的不等間隔處理，可以減小圖表內(nèi)容的非易失性存貯器的容量(一欄中的必要容量約為2個字節(jié))。以下說明采用圖1、表1的本實施例廢氣凈化裝置的動作。顆粒捕集時通過控制閥11、閥15、閥16并使從內(nèi)燃機1排出的廢氣通入過濾器4，捕集廢氣中所含顆粒并凈化廢氣。內(nèi)燃機1動作，通過交流發(fā)電機22或溫度檢測裝置23檢測廢氣在過濾器4里的流通，把這個廢氣流通時間累計起來。為了判定過濾器4的顆粒重量，使微波發(fā)生裝置5周期性動作，把該時刻得到的微波檢測裝置18的檢測值和到該時刻為止的廢氣流通時間累計值與把表1所示廢氣流通時間累計值和微波檢測裝置18的檢測值作為變量設定的顆粒重量判定圖表進行比較來測定過濾器4中捕集到的顆粒重量。過濾器4中捕集到的顆粒數(shù)量增加時，過濾器4中的壓損增大，隨著內(nèi)燃機1的負荷增大，最壞的情況是停止。因此有必要在適當?shù)牟都w粒重量時就把過濾器4中捕集到的顆粒去除(過濾器再生)?？刂蒲b置21判斷達到上述顆粒重量則過濾器再生開始。而且過濾器再生時對閥11、閥15、閥16進行控制，內(nèi)燃機1在動作中就使廢氣通過排氣支管12旁路。然后使微波發(fā)生裝置5動作，產(chǎn)生的微波對過濾器4中捕集到的顆粒進行感應加熱。顆粒在規(guī)定的加熱時間中使氣體供給裝置14動作，向包括過濾器4的加熱空間3供給氣體(可以用自然空氣)，燃燒顆粒并從過濾器4將顆粒燃燒去除。通過以上步驟，過濾器4的再生完成，廢氣流通時間累計值調(diào)整回零，再次控制閥15，閥16，使廢氣成為能在再生過濾器4中流通的狀態(tài)。其后在適當時間中控制閥11把內(nèi)燃機1的廢氣流通入過濾器4。本發(fā)明可通過顆粒重量判定裝置與內(nèi)燃機1的動作條件變動無關，獨立地對過濾器再生開始捕集顆粒重量作高精度的判定，可以在恰當?shù)念w粒重量基礎上經(jīng)常再生，其結果是可延長過濾器4的壽命。
另外，本實施例中過濾器的再生是用通過微波進行感應加熱為例來加以說明的，但本發(fā)明不受此限制，即使采用其它加熱方法例如加熱器加熱，燃燒器加熱，采用排氣節(jié)流或燃料噴射進角控制等使廢氣溫度升高而讓顆粒自己燃燒方式，逆洗法(使廢氣逆向流動)等也能取得同樣效果。
以下參照附圖對本發(fā)明第二實施例的廢氣處理裝置作一說明。本實施例的廢氣凈化裝置的構成情況如圖3、圖4所示。如圖3、4所示，從內(nèi)燃機(例如柴油機)51排出的廢氣通過排氣管52被導入加熱空間(放置過濾器的容器)53中放置的過濾器54中。過濾器54系用蜂窩構造的陶瓷材料構成，用以在廢氣通過時捕集廢氣中所含的顆粒。加熱空間53通過設有沖孔的金屬板或蜂窩狀金屬等構成的微波屏蔽裝置55、56把微波實際上限定在一個封閉空間。57為設于過濾器54的外周與形成加熱空間53的管壁58間的絕熱材料并兼作過濾器54的支承體。配設該絕熱材料57的空間使廢氣流通被遮斷。圖中過濾器54只有一個，但也可把排氣管分為數(shù)個支管，分別設置過濾器。
微波發(fā)生裝置(電磁波供給裝置)59產(chǎn)生的微波通過同軸傳送電纜60、同軸波導管變換用天線61、環(huán)狀矩形波導管62和一對給電孔63、64向加熱空間53給電，并使過濾器54中捕集到的顆粒感應加熱。65為微波發(fā)生裝置59的驅(qū)動電源，環(huán)狀的矩形波導管62把面對面設置在作為加熱空間構成要素的廢氣排出管66的管壁上的給電孔63、64配設成終端。由該二個給電孔63、64成180°相位差并在環(huán)狀矩形波導管62預定位置上配設使微波在加熱空間3內(nèi)發(fā)射的同軸波導管變換用天線67。67為設于通過絕熱材料57遮斷廢氣的加熱空間53中、檢測因微波發(fā)生裝置59的動作而存在于配設空間附近的微波強度的微波強度檢測裝置，使采用同軸線路結構的同軸線路的中心導體68在加熱空間53內(nèi)僅伸出規(guī)定長度。微波強度檢測裝置(電磁波檢測裝置)67設置在微波強度檢測值在希望的顆粒捕集重量范圍內(nèi)隨著顆粒捕集重量的增加呈單調(diào)下降的位置上。由于這里當顆粒捕集重量增加時過濾器54的介電常數(shù)變大而過濾器54內(nèi)的微波波長變短，故檢測位置處的相位變化。過濾器再生開始顆粒捕集重量判定的基本原理是利用這種相位偏移。另外在圖示例子中僅設置了一個微波檢測裝置67，但也可設置多個。閥69通常是把從內(nèi)燃機51排出的廢氣流通到過濾器54中，當過濾器54再生(把過濾器中捕集到的顆粒燃燒去除稱為過濾器再生)時對閥的位置進行切換，使廢氣流入排氣支管70，通過消聲器71排出廢氣。氣體供給裝置(再生裝置)72通過氣體輸送管道73向加熱空間53內(nèi)供給含有氧氣的氣體。閥74、75控制這種含有氧氣的氣體向過濾器54的流通。閥74設置在過濾器54再生時在過濾器54中流通的氣體的排氣路徑的支管76中，閥75配設在加熱空間53和與大氣相通的排氣管77之間，控制這二個閥以在過濾器54再生時使促進過濾器54中被加熱顆粒燃燒的氣體流通。78為廢氣溫度檢測裝置，但也用作廢氣流通檢測裝置、發(fā)動機動作檢測裝置等，同時也是內(nèi)燃機負荷狀態(tài)檢測裝置之一，為了檢測與內(nèi)燃機動作有關的物理量，把它設置在加熱空間53與支管76之間的排氣管52的過濾器54附近。內(nèi)燃機51的負荷增大，則廢氣溫度檢測裝置78檢測的廢氣溫度升高。在排氣管52分成n個支管的情況下，各排氣支管分別設置過濾器，通過在各個過濾器附近設置廢氣溫度檢測裝置，檢測廢氣是否流通到哪個過濾器。廢氣溫度檢測裝置78在過濾器54再生處理時檢測在過濾器54流通的氣體的溫度。79是內(nèi)燃機1的節(jié)流閥開度檢測裝置，又是內(nèi)燃機負荷檢測裝置(機械信號檢測裝置)的一種;節(jié)流閥開度增大，則認為相應內(nèi)燃機51的負荷增大。把內(nèi)燃機負荷檢測裝置作為節(jié)流閥開度檢測裝置79時，可以高精度地檢測內(nèi)燃機的負荷狀態(tài)，而作為廢氣溫度檢測裝置78時則可以在過濾器再生時利用其溫度信息。兩者也可并用。而且也可以利用檢測交流發(fā)電機或發(fā)電機輸出的發(fā)動機動作檢測裝置、電氣信號檢測裝置，再有使用內(nèi)燃機吸氣部中的吸氣量傳感器信息的吸氣量檢測裝置和使用內(nèi)燃機轉速傳感器信息的排氣量檢測裝置等。為了進行顆粒捕集重量測定，微波強度檢測裝置67檢測的信號通過同軸線路80輸入到作為電子控制單元(ECU)的控制裝置81中。另一方面，廢氣溫度檢測裝置78或節(jié)流閥開度檢測裝置79的檢測信號也被輸入到控制裝置81中。廢氣溫度檢測裝置78檢測的溫度超過所規(guī)定的溫度時，或者節(jié)流閥開度檢測裝置79發(fā)出規(guī)定信號時，第一時間累計裝置82以內(nèi)燃機51的廢氣在過濾器54中流通的時間來累計其時間，第二時間累計裝置83則累計廢氣溫度在規(guī)定值以下時或節(jié)流閥開度在規(guī)定值以下時(內(nèi)燃機1的負荷在規(guī)定值以下時)的時間。時間減算裝置84是從第一時間累計裝置82的輸出減去第二時間累計裝置83的輸出，把其減算輸出和微波強度檢測裝置67的檢測值作為變量，第一顆粒捕集重量運算裝置85對內(nèi)燃機51的負荷低于規(guī)定值時過波器的顆粒捕集重量進行運算。同時把第二時間累計裝置83的輸出作為變量，第二顆粒捕集重量運算裝置86對內(nèi)燃機51的負荷低于規(guī)定值時過波器的顆粒捕集重量進行運算。顆粒捕集重量加算裝置87對第一和第二顆粒捕集重量運算裝置85、86的輸出進行加算并作為顆粒捕集重量。顆粒捕集重量判定裝置88包括時間減算裝置84、帶有捕集重量記憶裝置和捕集重量提取裝置的第一顆粒捕集重量運算裝置85、第二顆粒捕集重量運算裝置(乘算裝置)86和顆粒重量加算裝置(捕集重量加算裝置)87。可是過濾器54再生時顆粒捕集重量過少時，則向加熱燃燒狀態(tài)轉移的顆粒的燃燒傳播變得不充分而產(chǎn)生大量燃燒殘余物。而在過多時則顆粒成為異常高溫燃燒狀態(tài)，產(chǎn)生過濾器54因升溫過高而溶化或裂縫等損傷。為避免這種過濾器再生時過濾器54的機械性損傷，顆粒捕集重量范圍也要根據(jù)過濾器再生所需時間改變。對于以短時間(例如20分鐘左右)再生處理為前提的再生條件，顆粒捕集重量范圍4-6g/l(l為過濾器的容積，下同)為能保證過濾器54的耐久性的顆粒捕集重量。為此有必要對過濾器54中捕集到的顆粒捕集重量作高精度的測定，本實施例的測定法精度高，可以進行這種判定。上述構成的過濾器再生開始顆粒捕集重量判定法系在內(nèi)燃機51的動作中實施。以下說明其實施內(nèi)容?？刂蒲b置81在內(nèi)燃機51工作中微波發(fā)生裝置59以預定的周期動作。微波發(fā)生裝置59開始動作規(guī)定時間后接收微波強度檢測裝置67的檢測值。第一時間累計裝置82在這個接收時刻累計過濾器54中內(nèi)燃機51的廢氣流通的時間。這是廢氣溫度檢測裝置78檢測溫度超過規(guī)定溫度的時間或節(jié)流閥開度檢測裝置79發(fā)出規(guī)定輸出信號的時間的累計值。也可采用與內(nèi)燃機51連接的交流發(fā)電機(圖中未示)發(fā)出規(guī)定輸出信號的時間的累計值。而在內(nèi)燃機51的負荷為低于規(guī)定值時，第二時間累計裝置83對其時間進行累計。這是廢氣溫度檢測裝置78檢測溫度低于規(guī)定溫度的時間或節(jié)流閥開度檢測裝置79檢測節(jié)流閥開度低于規(guī)定值的時間的累計值。其后控制裝置81根據(jù)接收的微波強度檢測裝置67的檢測值和至檢測時刻為止第一、第二時間累計裝置82、83的時間累計值進行下述規(guī)定處理。當按該處理所得顆粒捕集重量值超過預定重量值時則進行過濾器4的再生處理。以下就過濾器再生開始顆粒捕集重量判定法作一說明。首先，在空運轉之類內(nèi)燃機51上的負荷非常小時，所排出的顆粒大部分為SOF成份。由于這種SOF成份與碳黑相比對微波的影響顯著減小，用微波強度檢測裝置67無法對SOF成份的堆積(嚴格地說SOF是被吸附在過濾器上)作高精度的檢測。在這種情況下，第二時間累計裝置83根據(jù)廢氣溫度檢測裝置78或節(jié)流閥開度檢測裝置79檢測的信號對內(nèi)燃機51的負荷規(guī)定值以下的時間進行累計，第二顆粒捕集重量運算裝置86將該累計值作為變量，把在這種運轉狀態(tài)下預定單元時間中堆積在過濾器54上的顆粒捕集重量與第二時間累計裝置83的累計值相乘以對顆粒捕集重量進行運算。圖5中實線表示的為內(nèi)燃機51的負荷在一定程度以上，內(nèi)燃機51轉速一定而負荷不同時微波強度檢測裝置67檢測值對于過濾器廢氣流通時間累計值的變化特性的一個例子。圖5實線(A)為高負荷時、(B)為中負荷時、(C)為低負荷時的特性。圖5中的點劃線群為顆粒捕集重量相同線，顆粒捕集重量從0到12g/l每隔2g/l表示在座標上。另外圖中特性曲線上的幾個點表示廢氣溫度分別為100℃和400℃時微波強度檢測裝置67的檢測值(圖5中的虛線)。在圖5所示的特性中，內(nèi)燃機51的負荷越高，對于廢氣流通時間累計值增加不多而顆粒捕集重量較多;廢氣溫度越高則微波強度檢測裝置67的檢測值較小，即使顆粒捕集重量相同，內(nèi)燃機51在碳黑重量比例較大的高負荷時(A)動作，則微波電磁場強度檢測裝置67的檢測值就低。而圖5中用點劃線表示的顆粒捕集重量相等，能畫出顆粒捕集重量同一線。采用根據(jù)這個顆粒捕集重量同一線制成的如表1所示的圖表(表中數(shù)值為過濾器再生開始顆粒捕集重量值)，第一顆粒捕集重量運算裝置85根據(jù)廢氣流通時間累計值和微波強度檢測裝置67的檢測值二個變量對內(nèi)燃機負荷高于規(guī)定值時的顆粒捕集重量進行運算，并能把因前述顆粒性狀不同引起的顆粒捕集重量判定誤差排除。這里采用的廢氣流通時間累計值是時間減算裝置84從廢氣在過濾器54里流通時間的累計值(第一時間累計裝置82累計值)中減去內(nèi)燃機51負荷低于規(guī)定值的時間累計值(第二時間累計裝置累計值)后的結果。這樣做的原因是上述那樣內(nèi)燃機51負荷較小的顆粒用微波強度檢測裝置67無法檢測，若包含這種運行狀態(tài)的時間累計值則產(chǎn)生判定誤差(與實際值相比多估測了顆粒捕集重量。這里顆粒重量加算裝置87對第一和第二顆粒捕集重量運算裝置的輸出進行加算，作為過濾器54捕集到的顆粒捕集重量。通過根據(jù)內(nèi)燃機51的負荷而轉換顆粒捕集重量運算方法，可以對內(nèi)燃機51所有動作狀態(tài)中的顆粒捕集重量進行高精度的判定。還有即使在過濾器溫度(廢氣溫度)變化的場合，如圖5所示，因顆粒捕集重量判定誤差小也不需要用溫度補償控制。而且由于把微波強度檢測裝置67的檢測值送入控制裝置81所需時間設定為1/50秒左右，即使內(nèi)燃機51的運轉動作過度變化也不會受到影響。因此在內(nèi)燃機51的所有動作狀態(tài)中均能進行高精度的顆粒捕集重量判定。以下參照附圖3，根據(jù)捕集顆粒測定結果，說明執(zhí)行過濾器54再生用的處理過程。顆粒捕集時通過控制閥69、閥74和閥75，使從內(nèi)燃機51排出的廢氣通入過濾器54，通過過濾器54對廢氣中所含顆粒進行捕集而使廢氣凈化。過濾器54中捕集到的顆粒數(shù)量一增多，則過濾器54處的通氣阻力就增大，而且內(nèi)燃機51的負荷也增大，最惡劣的情況直至內(nèi)燃機51停止。因此有必要在適當?shù)牟都w粒重量時就把過濾器54中捕集到的顆粒去除，使過濾器再生。控制裝置81根據(jù)顆粒捕集重量判定裝置(捕集重量推定裝置)88輸出的如上所述影響內(nèi)燃機51的顆粒捕集重量對過濾器54的再生時期進行判斷，過濾器54再生開始。而且過濾器54再生時對閥69、閥74、閥75進行控制，內(nèi)燃機51工作中使廢氣通過排氣支管70旁路。而且通過微波發(fā)生裝置59動作產(chǎn)生的微波對過濾器54中捕集到的顆粒進行感應加熱。顆粒加熱后按預定時間使氣體供給裝置72動作，向包含過濾器54的加熱空間53供給氣體(可以用自然空氣)，燃燒顆粒并從過濾器54將顆粒燃燒去除。經(jīng)過以上步驟，過濾器54的再生完成，第一、第二時間累計裝置82、83的累計值復位回零，再次控制閥69、閥74和閥75，使廢氣重新成為能在再生了的過濾器54中流通的狀態(tài)。其后經(jīng)適當定時后控制閥69把內(nèi)燃機51的廢氣流通入過濾器54。通過本實施例的顆粒捕集重量判定裝置在內(nèi)燃機51的工作條件變動時能與其無關地獨立地對顆粒捕集重量作高精度的判定，可以在適當?shù)念w粒捕集重量時使過濾器經(jīng)常再生，其結果是可防止過濾器54的損傷，延長其壽命。
另外，本實施例中過濾器的再生是用微波進行感應加熱為例來加以說明的，但本發(fā)明并不受此限制，即使采用其它加熱方法如加熱器加熱，燃燒器加熱，采用排氣節(jié)流或燃料噴射時進角控制等使廢氣溫度上升而讓顆粒自己燃燒方式，逆洗法(使廢氣逆向流動)等也能取得同樣效果。
按照以上說明所描述的本發(fā)明顆粒重量判定裝置具有以下效果。
(1)廢氣流通檢測裝置對廢氣在過濾器里的流通進行檢測，電磁波檢測裝置對過濾器放置空間的電磁波進行檢測，根據(jù)這些檢測裝置的檢測結果并根據(jù)對過濾器捕集到的顆粒重量進行的判定，能與內(nèi)燃機工作條件變動無關，獨立地高精度地測定顆粒重量。根據(jù)這個測定結果對過濾器再生，能長期保證過濾器性能。
(2)廢氣流通檢測裝置由檢測分別對應于內(nèi)燃機工作非工作變化的電氣信號的檢測裝置構成，因采用與內(nèi)燃機工作直接關聯(lián)的信號，所以能對廢氣流通作高精度檢測。
(3)廢氣流通檢測裝置由對過濾器附近的廢氣溫度進行檢測的裝置構成，即使在排氣管有支管的場合也能分別檢測被測過濾器的廢氣流通。
(4)電磁波檢測裝置由電磁波量檢測裝置構成，能作為與內(nèi)燃機廢氣無關的獨立的系統(tǒng)工作，進行有效的信號處理。
(5)顆粒重量判定采用把電磁波檢測裝置提供的電磁波檢測值和檢測時刻的廢氣流通時間累計值作為變量的函數(shù)進行判定，能簡單地對超過過濾器容許的顆粒重量作出判定。
(6)顆粒重量判定方面因有既定的顆粒重量判定圖表，通過把電磁波檢測裝置提供的電磁波檢測值與檢測時刻的廢氣流通時間累計值同顆粒重量判定圖表進行對照，就能精確地知道過濾器中捕集到的顆粒重量的值。而且與顆粒重量對應的高效率再生成為可能。其結果是能擴大可能再生的顆粒重量范圍。
(7)顆粒重量判定圖表通過對廢氣流通時間累計值的時間進行不等分割，能減少圖表記憶裝置的必需容量。
(8)顆粒重量判定圖表通過對電磁波檢測值的信號值進行不等分割，能減少圖表記憶裝置的必需容量。
(9)通過把時間減算裝置的輸出(內(nèi)燃機負荷大于規(guī)定值時的廢氣流通累計時間)和微波強度檢測裝置的檢測值作為變量來運算顆粒捕集重量，在內(nèi)燃機負荷高于規(guī)定值時，能與內(nèi)燃機工作條件變動無關、獨立地高精度地判定顆粒捕集重量。
(10)通過把第二時間累計裝置的輸出(內(nèi)燃機負荷低于規(guī)定值時的廢氣流通時間累計值)作為變量對顆粒捕集重量進行運算，即使內(nèi)燃機以象空運轉那樣非常低的負荷狀態(tài)長時間運轉，也能高精度地判定顆粒重量。
(11)通過對內(nèi)燃機負荷大于和小于規(guī)定值時獨立運算顆粒重量，把它們相加作為過濾器捕集到的顆粒捕集重量，能在內(nèi)燃機所有運轉狀態(tài)中高精度地判定顆粒捕集重量。
(12)通過設內(nèi)燃機負荷狀態(tài)檢測裝置為對內(nèi)燃機節(jié)流閥開度進行檢測的裝置，能對內(nèi)燃機的負荷狀態(tài)進行高精度的檢測。
(13)通過把內(nèi)燃機負荷狀態(tài)檢測裝置作為過濾器附近廢氣溫度的信息。能用于過濾器再生等的溫度檢測裝置取代，并能簡化結構。
權利要求
1.一種廢氣處理裝置，其特征在于，備有對內(nèi)燃機廢氣中所含顆粒進行捕集的過濾器，向放置上述過濾器的空間供給電磁波的電磁波供給裝置，結合放置上述過濾器的空間內(nèi)產(chǎn)生的電磁波檢測電磁波強度的電磁波檢測裝置，通過上述電磁波檢測裝置的信號對上述過濾器捕集到的顆粒捕集重量進行推定的捕集重量推定裝置，通過上述捕集重量推定裝置的信號對上述過濾器中捕集到的顆粒進行去除的再生裝置，所述捕集重量推定裝置包括把與上述內(nèi)燃機動作有關的物理量和放置前述過濾器的空間內(nèi)的電磁波強度作為變量規(guī)定的捕集重量記憶裝置，和把發(fā)動機動作檢測裝置檢測出的與上述內(nèi)燃機動作有關的物理量信號及上述電磁波檢測裝置檢測出的電磁波強度信號在上述捕集重量記憶裝置中對照、并提取上述過濾器捕集到的顆粒捕集重量的捕集重量提取裝置。
2.如權利要求1所述廢氣處理裝置，其特征在于，發(fā)動機作檢測裝置備有對與內(nèi)燃機動作連動的電氣部件的電氣信號進行檢測的電氣信號檢測裝置，對內(nèi)燃機吸入空氣量進行檢測的吸氣量檢測裝置，對內(nèi)燃機排出廢氣的排出量進行檢測的排氣量檢測裝置，對上述廢氣溫度進行檢測的廢氣溫度檢測裝置中的至少一個。
3.一種廢氣處理裝置，其特征在于，備有對內(nèi)燃機廢氣中所含顆粒進行捕集的過濾器，向放置上述過濾器的空間供給電磁波的電磁波供給裝置，結合放置上述過濾器的空間內(nèi)產(chǎn)生的電磁波檢測電磁波強度的電磁波檢測裝置，通過上述電磁波檢測裝置的信號對上述過濾器中捕集到的顆粒進行去除的再生裝置，所述廢氣處理裝置還進一步備有對向上述過濾器的廢氣流通過檢測的流通檢測裝置，根據(jù)上述流通檢測裝置的檢測信號對上述過濾器中廢氣流通的時間進行累計的時間累計裝置，采用與上述內(nèi)燃機、過濾器、流通檢測裝置、時間累計裝置、電磁波供給裝置和電磁波檢測裝置同一或同一種類的內(nèi)燃機、過濾器、流通檢測裝置、時間累計裝置、電磁波供給裝置和電磁波檢測裝置對過濾器捕集到的顆粒捕集重量進行測定、把累計時間值和電磁波檢測值作為變量規(guī)定的捕集重量記憶裝置，把上述時間累計裝置計數(shù)的時間值和上述電磁波檢測裝置檢測的檢測值在上述捕集重量記憶裝置中對照、并提取上述過濾器中捕集到的顆粒捕集重量的捕集重量提取裝置。
4.一種廢氣處理裝置，其特征在于，備有對內(nèi)燃機廢氣中所含顆粒進行捕集的過濾器，對上述內(nèi)燃機的負荷量進行檢測的發(fā)動機負荷檢測裝置，向放置上述過濾器的空間供給電磁波的電磁波供給裝置，結合在放置上述過濾器的空間內(nèi)產(chǎn)生的電磁波檢測電磁波強度的電磁波檢測裝置，通過上述電磁波檢測裝置的信號對上述過濾器中捕集到的顆粒進行去除的再生裝置，所述廢氣處理裝置進一步備有對向前述過濾器的廢氣流通進行檢測的流通檢測裝置，根據(jù)上述流通檢測裝置的檢測信號對前述過濾器中廢氣流通的時間進行累計的第一時間累計裝置，根據(jù)前述流通檢測裝置的前述發(fā)動機負荷檢測裝置各個檢測信號對前述廢氣在前述過濾器中流通且前述內(nèi)燃機的負荷為低負荷狀態(tài)時的時間進行累計的第二時間累計裝置，從前述第一時間累計裝置的計數(shù)值中減去前述第二時間累計裝置的計數(shù)值的時間減算裝置，采用與前述內(nèi)燃機、過濾器、流通檢測裝置、時間累計裝置、電磁波供給裝置和電磁波檢測裝置同一或同一種類的內(nèi)燃機、過濾器、流通檢測裝置、時間累計裝置、電磁波供給裝置和電磁波檢測裝置對過濾器捕集到的顆粒捕集重量進行測定并把累計時間值和電磁波檢測值作為變量規(guī)定的捕集重量記憶裝置，把前述時間減算裝置計數(shù)的時間值和前述電磁波檢測裝置檢測的檢測值在上述捕集重量記憶裝置中對照并把前述過濾器中捕集到的顆粒的捕集重量進行提取的捕集重量提取裝置。
5.如權利要求4所述廢氣處理裝置，其特征在于，可進一步備有用既定值乘以第二時間累計裝置計數(shù)的時間值的乘算裝置，以及把捕集重量提取裝置提取的捕集重量值和上述乘算裝置的計算值進行加法并算出過濾器中捕集到的顆粒捕集重量的捕集重量加算裝置。
6.如權利要求3或4所述廢氣處理裝置，其特征在于，所述捕集重量記憶裝置的構成是根據(jù)對內(nèi)燃機的轉速及其負荷量規(guī)定至少二種運轉條件下使前述內(nèi)燃機工作而得到的電磁波檢測值的時間變化特性曲線和運轉后測定的捕集重量，將所要求的捕集重量在前述時間變化特性曲線上進行分配并給出連接捕集重量值相等各點的各條捕集重量曲線，并把累計時間值和電磁波檢測值作為變量將上述各條捕集重量曲線函數(shù)化或把各個捕集重量值圖表化。
7.如權利要求6所述的廢氣處理裝置，其特征在于，所述圖表化的圖表由累計時間的行和電磁波檢測值的列組成，累計時間值大的時間帶的行間值相對于小時間帶的行間值為大和/或電磁波檢測值大的檢測帶的列間值相對于小檢測帶的列間值為大。
8.如權利要求3或4所述廢氣處理裝置，其特征在于，所述流通檢測裝置備有對與內(nèi)燃機動作連動的電氣部件的電氣信號的變化進行檢測的電氣信號檢測裝置，對內(nèi)燃機吸入的吸氣量進行檢測的吸氣量檢測裝置，對內(nèi)燃機排出廢氣的排出量進行檢測的排氣量檢測裝置，對廢氣溫度進行檢測的廢氣溫度檢測裝置中的至少一個。
9.如權利要求3或4所述廢氣處理裝置，其特征在于，所述電磁波檢測裝置設置在放置過濾器的容器中面對過濾器的容器壁面的預定位置上。
10.如權利要求4所述廢氣處理裝置，其特征在于，所述發(fā)動機負荷檢測裝置備有對與內(nèi)燃機作連動的機械部件的機械性變化進行檢測的機械信號檢測裝置和/或?qū)?nèi)燃機排出廢氣的溫度進行檢測的廢氣溫度檢測裝置。
全文摘要
本發(fā)明的廢氣處理裝置包括對內(nèi)燃機廢氣中所含顆粒進行捕集的過濾器，向放置該過濾器的空間供給電磁波的電磁波供給裝置，檢測電磁波強度的電磁波檢測裝置，通過該電磁波檢測裝置的信號對過濾器中捕集到的顆粒進行去除的再生裝置，對廢氣流通進行檢測的流通檢測裝置，時間累計裝置，捕集重量記憶裝置，把時間累計裝置的時間值和電磁波檢測值在記憶裝置中對照提取過濾器中捕集到的顆粒的捕集重量的捕集重量提取裝置等。
文檔編號F01N3/028GK1113541SQ9510397
公開日1995年12月20日 申請日期1995年3月31日 優(yōu)先權日1994年4月1日
發(fā)明者藤原宣彥, 信江等隆, 松本孝広, 荻野俊郎, 中島昭彥, 野口正夫, 垰統(tǒng)雄 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社