排気浄化装置
【課題】単一の高周波照射部を用いる場合でも、微粒子捕集部を均一に加熱し、微粒子捕集部の溶損を低減し、微粒子捕集部の再生が図られる排気浄化装置を提供する。
【解決手段】排気浄化装置１０は、高周波照射部１３から照射されたマイクロ波を微粒子捕集部１２側へ反射するタービン１６および段差部２３を有している。タービン１６の翼面２８は、排気通路１４の中心軸に対し傾斜している。そのため、タービン１６が回転すると、高周波照射部１３から照射されたマイクロ波が反射する翼面２８の位置は変化する。これにより、タービン１６が回転すると、タービン１６で反射したマイクロ波は、伝搬長が変化し、微粒子捕集部１２における位相が変化する。その結果、タービン１６で反射したマイクロ波の電界が集中する部位は、タービン１６の回転にともなって微粒子捕集部１２に対し移動する。これにより、マイクロ波は、微粒子捕集部１２に対し均一に照射される。
【解決手段】排気浄化装置１０は、高周波照射部１３から照射されたマイクロ波を微粒子捕集部１２側へ反射するタービン１６および段差部２３を有している。タービン１６の翼面２８は、排気通路１４の中心軸に対し傾斜している。そのため、タービン１６が回転すると、高周波照射部１３から照射されたマイクロ波が反射する翼面２８の位置は変化する。これにより、タービン１６が回転すると、タービン１６で反射したマイクロ波は、伝搬長が変化し、微粒子捕集部１２における位相が変化する。その結果、タービン１６で反射したマイクロ波の電界が集中する部位は、タービン１６の回転にともなって微粒子捕集部１２に対し移動する。これにより、マイクロ波は、微粒子捕集部１２に対し均一に照射される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化装置に関し、特に微粒子捕集部に捕集された微粒子を高周波の照射によって焼却する排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば排気に含まれるＰＭ（Particulate matter）などの微粒子を捕集するＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）を再生する排気浄化装置が実用化されている。このようなＤＰＦを再生する手段として、例えばマイクロ波などの高周波の電磁波を利用することが提案されている（特許文献１、２参照）。このような排気浄化装置は、微粒子捕集部へ高周波を照射することにより、微粒子捕集部に照射された微粒子を加熱している。これにより、微粒子捕集部に捕集されている微粒子は、焼却される。
【０００３】
しかしながら、単一の高周波照射部から高周波を照射する場合、電界強度に強弱の分布が生じ、加熱対象である微粒子捕集部は加熱のムラが生じる。その結果、微粒子捕集部の再生が不十分になったり、局所的な温度の上昇にともなう微粒子捕集部の溶損などを招くという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１４００６３号公報
【特許文献２】特開２００３−２０１８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は、単一の高周波照射部を用いる場合でも、微粒子捕集部を均一に加熱し、微粒子捕集部の溶損を低減し、微粒子捕集部の再生が図られる排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明では、高周波照射部から照射された高周波を微粒子捕集部側へ反射する高周波反射部を有している。この高周波反射部は、排気の流れ方向において微粒子捕集部を挟んで上流側および下流側に設けられている。この高周波反射部の一方は、その反射面が微粒子捕集部に対し移動する可動反射部である。そのため、可動反射部で反射した高周波は、可動反射部が微粒子捕集部に対し移動することにより、微粒子捕集部における位相が変化する。その結果、可動反射部で反射した高周波の電界が集中する部位、すなわち定在波の位相は、可動反射部の移動にともなって微粒子捕集部の軸方向へ移動する。これにより、高周波は、微粒子捕集部に対し比較的均一に照射される。したがって、単一の高周波照射部を用いる場合でも、微粒子捕集部は均一に加熱され、微粒子捕集部の溶損を低減することができるとともに、微粒子捕集部の再生を高精度に図ることができる。
【０００７】
請求項２記載の発明では、可動反射部は微粒子捕集部の上流側に設けられているタービンである。内燃機関は、排気の流れを利用して吸気を加圧するターボチャージャを備える場合がある。このようにターボチャージャを備える内燃機関の場合、微粒子捕集部の上流側には排気の流れによって駆動されるタービンが設けられている。タービンは、排気の流れによって回転することにより、その翼部分と微粒子捕集部との距離が変化する。すなわち、タービンは、可動反射部を構成する。したがって、既存の構成を利用することができ、部品点数の増大や構造の複雑化を招くことなく微粒子捕集部を均一に加熱することができる。
【０００８】
請求項３または４記載の発明では、可動反射部はバタフライ弁またはファン部材である。これにより、バタフライ弁の開度またはファン部材の回転によって、可動反射部と微粒子捕集部との距離が変化する。したがって、簡単な構造で微粒子捕集部を均一に加熱することができる。
【０００９】
請求項５記載の発明では、高周波反射部は、微粒子捕集部を挟んで可動反射部と反対側に固定反射部を有している。高周波反射部は、微粒子捕集部の上流側または下流側の少なくともいずれか一方が可動反射部であればよく、他の一方が微粒子捕集部との間の距離が変化しない固定反射部であってもよい。排気通路を形成する排気管部材は、位置によってその内径が変化する。この排気管部材の内径が変化する部分には、円環状または円錐台環状の壁面が形成される。この壁面は、高周波照射部から照射された高周波を反射する。そのため、これら排気管部材の内径が縮小する内径縮小部を固定反射部とすることにより、別途固定反射部を設ける必要がない。したがって、既存の構成を利用することができ、部品点数の増大や構造の複雑化を招くことなく高周波を反射させることができる。
【００１０】
請求項６記載の発明では、高周波反射部は、微粒子捕集部を挟んで可動反射部と反対側に固定反射部を有している。高周波反射部は、微粒子捕集部の上流側または下流側の少なくともいずれか一方が可動反射部であればよく、他の一方が微粒子捕集部との間の距離が変化しない固定反射部であってもよい。高周波は、金属の板や膜によって反射する。そこで、微粒子捕集部の可動反射部と反対側の端面に金属の皮膜を形成することにより、高周波照射部から照射された高周波はこの金属製の皮膜で反射する。これにより、別途固定反射部を構成する部材を排気通路に設ける必要がない。したがって、既存の構成の一部を利用することができ、部品点数の増大や構造の複雑化を招くことなく高周波を反射させることができる。
【００１１】
請求項７記載の発明では、微粒子捕集部を高周波照射部から照射される高周波が形成する電界内で駆動する駆動部を備えている。そのため、微粒子捕集部は、高周波照射部から照射される高周波が形成する電界内を移動する。これにより、高周波照射部から照射される高周波の電界が集中する部位は、微粒子捕集部の移動にともなって微粒子捕集部の軸方向へ移動する。その結果、高周波は、微粒子捕集部に対し比較的均一に照射される。したがって、単一の高周波照射部を用いる場合でも、微粒子捕集部は均一に加熱され、微粒子捕集部の溶損を低減することができるとともに、微粒子捕集部の再生を高精度に図ることができる。
【００１２】
請求項８記載の発明では、高周波反射部をさらに備えている。高周波反射部は、排気通路における排気の流れ方向において微粒子捕集部の上流側または下流側の少なくともいずれか一方に設けられている。これにより、高周波照射部から照射された高周波は、高周波反射部で反射される。高周波照射部から照射された高周波は、高周波反射部で反射することにより共振し、微粒子捕集部の軸方向へ電界強度の分布を生じる。駆動部によって微粒子捕集部を駆動することにより、微粒子捕集部は電界強度の分布が生じている電界内を移動する。したがって、単一の高周波照射部を用いる場合でも、微粒子捕集部は均一に加熱され、微粒子捕集部の溶損を低減することができるとともに、微粒子捕集部の再生を高精度に図ることができる。
【００１３】
請求項９記載の発明では、駆動部を構成する弾性部材は、排気の流れ方向において上流側および下流側から微粒子捕集部を支持している。排気通路に設けられている微粒子捕集部は、排気通路を流れる排気により、上流側から下流側へ向かう力を受ける。微粒子捕集部を弾性部材で支持することにより、微粒子捕集部は、これら弾性部材から受ける力と排気から受ける力との均衡によって排気通路を排気の流れ方向へ移動する。これにより、微粒子捕集部は、特別な駆動力を加えることなく、高周波照射部から照射される高周波が形成する電界内を移動する。したがって、簡単な構成かつ別途駆動力を用いることなく、微粒子捕集部の再生を図ることができる。
【００１４】
請求項１０記載の発明では、微粒子捕集部は、排気の流れ方向において上流側の端部を塞ぐ抵抗板部材を有している。排気通路を流れる排気は、この抵抗板部材に吹き付けられる。微粒子捕集部は、再生が進行するにつれて圧力損失が低下する。そのため、排気は微粒子捕集部を通過しやすくなり、微粒子捕集部が排気から受ける力は減少する。微粒子捕集部の上流側に抵抗板部材を設けることにより、微粒子捕集部は排気通路を流れる排気から常に下流側へ向かう力を受ける。これにより、微粒子捕集部の再生の進行度合いに関わらず、微粒子捕集部は排気の力と弾性部材の力との均衡によって移動する。したがって、時期に関わらず微粒子捕集部の再生を促進することができる。
【００１５】
請求項１１記載の発明では、駆動部はアクチュエータを有している。微粒子捕集部は、このアクチュエータから受ける力によって電界内を移動する。アクチュエータは、微粒子捕集部を電界の分布に応じて電界の大きな位置へ高精度に移動させる。したがって、微粒子捕集部の再生をより促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態による排気浄化装置を適用した内燃機関を示す模式図
【図２】第２実施形態による排気浄化装置を示す模式図
【図３】第２実施形態による排気浄化装置において、微粒子捕集部の位置とマイクロ波の電界強度との関係を示す模式図
【図４】第３実施形態による排気浄化装置を示す模式図
【図５】第３実施形態による排気浄化装置の固定反射部の変形例を示す模式図
【図６】第３実施形態による排気浄化装置の固定反射部の変形例を示す模式図
【図７】排気浄化装置のその他の実施形態を示す模式図
【図８】排気浄化装置のその他の実施形態を示す模式図
【図９】排気浄化装置のその他の実施形態を示す模式図
【図１０】第４実施形態による排気浄化装置を示す模式図
【図１１】第５実施形態による排気浄化装置を示す模式図
【図１２】図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線における断面図
【図１３】第６実施形態による排気浄化装置を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の複数の実施形態による排気浄化装置を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
第１実施形態による排気浄化装置を図１に示す。排気浄化装置１０は、排気管部材１１、微粒子捕集部１２および高周波照射部１３を備えている。排気管部材１１は、排気通路１４を形成している。排気管部材１１は、一方の端部が内燃機関１５に接続し、他方の端部が大気に開放されている。これにより、排気通路１４は、内燃機関１５と大気とを接続している。内燃機関１５は、例えばディーゼルエンジン、ガソリンエンジンまたはガスタービンエンジンなど任意のエンジンが適用される。排気管部材１１は、内燃機関１５と微粒子捕集部１２との間にタービン１６を収容している。タービン１６は、吸気管部材に収容されている図示しないコンプレッサとともにターボチャージャ１８を構成している。
【００１８】
排気管部材１１は、大径部２１および小径部２２を有している。大径部２１は、排気通路１４の途中に微粒子捕集部１２を収容する収容室を形成している。小径部２２は、大径部２１の内燃機関１５とは反対側の端部に接続している。小径部２２は、大径部２１に比較して内径が小さい。そのため、大径部２１と小径部２２との接続部分には、排気の流れ方向すなわち排気管部材１１の軸に対し垂直な円環状の段差部２３が形成される。この段差部２３は、排気管部材１１の軸に対し垂直な円環状に形成するだけでなく、大径部２１から小径部２２へかけて内径が徐々に変化する円錐台状に形成してもよい。すなわち、段差部２３は、特許請求の範囲の内径縮小部に相当する。
【００１９】
微粒子捕集部１２は、排気管部材１１が形成する排気通路１４に設けられている。具体的には、微粒子捕集部１２は、排気管部材１１の大径部２１が形成する収容室に収容されている。微粒子捕集部１２は、例えばＰＭを捕集するＤＰＦによって構成されている。微粒子捕集部１２は、例えば多孔質のセラミックスによって形成され、ＰＭのように排気に含まれる微粒子を捕集する。高周波照射部１３は、本体部２５およびアンテナ２６を有している。本体部２５は、排気通路１４を形成する排気管部材１１の外側に設けられている。アンテナ２６は、本体部２５から突出し、排気管部材１１を貫いて排気通路１４に露出している。本体部２５へ通電することにより、アンテナ２６からは高周波の電磁波が排気通路１４へ照射される。アンテナ２６から照射される電磁波は、例えばマイクロ波である。アンテナ２６から発せられたマイクロ波は、排気通路１４に沿って伝搬し、微粒子捕集部１２へ照射される。これにより、微粒子捕集部１２に捕集されている微粒子は、照射されたマイクロ波によって加熱される。その結果、微粒子捕集部１２に捕集されている微粒子は、マイクロ波を照射することによって焼却される。なお、微粒子捕集部１２は、多孔質のセラミックで形成するだけでなく、例えばＰＭを帯電させることにより静電力を利用してＰＭを捕集する構成としてもよい。
【００２０】
ところで、高周波照射部１３のアンテナ２６から照射されたマイクロ波は、アンテナ２６を中心に放射される。第１実施形態の場合、高周波照射部１３は、排気通路１４における排気の流れ方向において微粒子捕集部１２の上流側すなわち内燃機関１５側に配置されている。そのため、高周波照射部１３から照射されたマイクロ波は、微粒子捕集部１２側だけでなく、内燃機関１５側にも伝搬する。高周波照射部１３から内燃機関１５側へ照射されたマイクロ波は、ターボチャージャ１８のタービン１６において微粒子捕集部１２側へ反射される。すなわち、タービン１６は、その翼面２８が高周波照射部１３から照射されたマイクロ波を微粒子捕集部１２側へ反射する反射面を形成している。これにより、高周波照射部１３から照射されたマイクロ波は、一部が微粒子捕集部１２側へ直接伝搬するとともに、他の一部がタービン１６で反射することにより微粒子捕集部１２側へ伝搬する。
【００２１】
タービン１６の翼面２８が回転することにより、マイクロ波が翼面２８で反射する位置は、微粒子捕集部１２に対して変化する。つまり、タービン１６の翼面２８は、排気通路１４の中心軸に対し傾斜しているため、タービン１６の回転にともなってマイクロ波が反射する位置が変化する。そのため、翼面２８でマイクロ波が反射した位置から微粒子捕集部１２までの距離は、タービン１６の回転にともなって変化する。すなわち、タービン１６の翼面２８におけるマイクロ波の反射位置は、微粒子捕集部１２に対し移動可能である。このように、ターボチャージャ１８のタービン１６は、反射面となる翼面２８を有する可動反射部を構成している。
【００２２】
一方、高周波照射部１３のアンテナ２６から内燃機関１５と反対側へ照射されたマイクロ波は、排気管部材１１の大径部２１と小径部２２との接続部分に形成される段差部２３において微粒子捕集部１２側へ反射される。すなわち、段差部２３は、高周波照射部１３から照射され微粒子捕集部１２を通過したマイクロ波を微粒子捕集部１２側へ反射する反射面を形成している。これにより、高周波照射部１３から照射され微粒子捕集部１２を通過したマイクロ波は、段差部２３で反射することにより再び微粒子捕集部１２側へ伝搬する。段差部２３は、微粒子捕集部１２との間の距離が変化しない。このように、段差部２３は、微粒子捕集部１２に対し移動することのない固定反射部を構成している。
【００２３】
上記の構成の排気浄化装置１０は、高周波照射部１３と微粒子捕集部１２との距離、および固定反射部を構成する段差部２３と微粒子捕集部１２との距離が変化しない。そのため、高周波照射部１３から照射されたマイクロ波の一部、および段差部２３で反射したマイクロ波は、微粒子捕集部１２に対する電界強度の分布が一定となる。一方、可動反射部を構成するターボチャージャ１８のタービン１６は、排気の流れによって回転する。そのため、タービン１６の翼面２８と微粒子捕集部１２との間の距離は、タービン１６の回転にともなって変化する。すなわち、タービン１６の翼面２８は、微粒子捕集部１２に対し移動する。その結果、タービン１６の翼面２８で反射するマイクロ波は、微粒子捕集部１２における電界強度の分布がタービン１６の回転にともなって変化する。これにより、微粒子捕集部１２に対する電界強度のムラが解消される。したがって、微粒子捕集部１２の均一な加熱が容易になり、微粒子捕集部１２の再生不良や溶損などが低減される。
【００２４】
以上説明したように、第１実施形態では、高周波照射部１３から照射されたマイクロ波を微粒子捕集部１２側へ反射するタービン１６および段差部２３を有している。このタービン１６は、排気の流れ方向において微粒子捕集部１２の上流側に設けられている。また、段差部２３は、微粒子捕集部１２を挟んでタービン１６の反対側、すなわち微粒子捕集部１２の下流側に設けられている。タービン１６の翼面２８は、排気通路１４の中心軸に対し傾斜している。そのため、高周波反射部の一方であるタービン１６が回転すると、翼面２８で高周波照射部１３から照射されたマイクロ波が反射する位置は変化する。これにより、タービン１６が回転すると、翼面２８においてマイクロ波が反射する位置から微粒子捕集部１２までの距離すなわちマイクロ波の伝搬長は変化し、タービン１６の翼面２８で反射したマイクロ波は微粒子捕集部１２における位相が変化する。その結果、タービン１６で反射した高周波の電界が集中する部位、すなわち定在波の位相は、タービン１６の回転にともなって微粒子捕集部１２の軸方向および径方向へ移動する。これにより、マイクロ波は、微粒子捕集部１２に対し比較的均一に照射される。したがって、単一の高周波照射部１３を用いる場合でも、微粒子捕集部１２は軸方向および径方向へ均一に加熱され、微粒子捕集部１２の溶損を低減することができるとともに、微粒子捕集部１２の再生を高精度に図ることができる。
【００２５】
また、第１実施形態では、ターボチャージャ１８のタービン１６が可動反射部を構成している。内燃機関１５は、排気の流れを利用して吸気を加圧するターボチャージャ１８を備える場合がある。このようにターボチャージャ１８を備える内燃機関１５の場合、微粒子捕集部１２の上流側には排気の流れによって駆動されるタービン１６が設けられている。タービン１６は、排気の流れによって回転することにより、その翼面２８と微粒子捕集部１２との距離が変化する。すなわち、タービン１６は、容易に可動反射部を構成する。したがって、ターボチャージャ１８の既存の構成を利用することができ、部品点数や構造の複雑化を招くことなく微粒子捕集部１２を均一に加熱することができる。
【００２６】
さらに、第１実施形態では、固定反射部は、排気管部材１１の大径部２１と小径部２２との接続部分に形成される段差部２３である。高周波反射部は、微粒子捕集部１２の上流側または下流側の少なくともいずれか一方が可動反射部であればよく、他の一方が微粒子捕集部１２との間の距離が変化しない固定反射部であってもよい。段差部２３を形成する面は、高周波照射部１３から照射されたマイクロ波を反射する。そのため、これら排気管部材１１の内径が縮小する段差部２３を固定反射部とすることにより、別途固定反射部を設ける必要がない。したがって、既存の構成を利用することができ、部品点数の増大や構造の複雑化を招くことなくマイクロ波を反射させることができる。
【００２７】
（第２実施形態）
第２実施形態による排気浄化装置を図２に示す。
第２実施形態の場合、排気浄化装置１０は、高周波反射部として可動反射部３１および固定反射部３２を有している。可動反射部３１は、排気管部材１１が形成する排気通路１４を開閉するバタフライ弁である。可動反射部３１は、回転軸３４および弁体３５を有している。可動反射部３１は、排気通路１４の中心軸に対し交差する回転軸３４を中心に回転する。回転軸３４は、排気通路１４の中心軸に直交してもよく、排気通路１４の中心軸に対し斜めに交差していてもよい。回転軸３４と一体の弁体３５は、回転軸３４を中心に回転することにより、排気通路１４を全開から全閉に近い状態まで開閉する。弁体３５は、円盤状に形成されている。この弁体３５の表面は、高周波照射部から照射されたマイクロ波を反射する反射面３６を形成している。可動反射部３１は、排気通路１４において高周波照射部１３よりも上流側、すなわち内燃機関１５側に配置されている。高周波照射部１３は、微粒子捕集部１２の内燃機関１５側に配置されている。
【００２８】
固定反射部３２は、微粒子捕集部１２を挟んで可動反射部３１の反対側、すなわち排気通路１４における排気の流れ方向において微粒子捕集部１２よりも下流側に配置されている。固定反射部３２は、排気管部材１１に固定されている。そのため、固定反射部３２は、微粒子捕集部１２に対する距離が変化しない。固定反射部３２は、例えば金属製の網や多数の孔を形成した金属板などで形成されている。金属製の固定反射部３２は、高周波照射部１３から照射され微粒子捕集部１２を通過したマイクロ波を微粒子捕集部１２側へ反射する。
【００２９】
第２実施形態の場合、可動反射部３１が回転軸３４を中心に回転することにより、弁体３５が形成する反射面３６と微粒子捕集部１２との距離は変化する。そのため、図３に示すように、高周波照射部１３から照射されたマイクロ波の電界強度は、可動反射部３１の回転角度にともなって極大となる位置が変化する。詳細には、マイクロ波の電界強度が極大となる位置は、図３に示すように可動反射部３１の回転角度がａ、ｂ、ｃと変化することにともなって、微粒子捕集部１２の軸方向、すなわち端部１２１と端部１２２との間を移動する。また、マイクロ波の電界強度が極大となる位置は、可動反射部３１の回転角度の変化にともなって、微粒子捕集部１２の軸方向だけでなく、微粒子捕集部１２の径方向、すなわち側端部１２３と側端部１２４との間でも移動する。このように、第２実施形態の場合、可動反射部３１の回転によって、可動反射部３１と微粒子捕集部１２との距離は変化する。そのため、高周波照射部１３から照射され可動反射部３１で反射したマイクロ波は、可動反射部３１の回転にともなって微粒子捕集部１２の軸方向および径方向へ定在波の位相が変化する。その結果、マイクロ波の電界強度が極大となる位置は、可動反射部３１の回転にともなって微粒子捕集部１２の軸方向および径方向へ移動する。
【００３０】
以上説明したように、第２実施形態は、ターボチャージャ１８に代えてバタフライ弁からなる可動反射部３１を備えている。この可動反射部３１は、回転軸３４を中心に回転することにより、マイクロ波の電界強度が極大となる位置を、微粒子捕集部１２の軸方向および径方向へ移動させる。したがって、単一の高周波照射部１３を用いる場合でも、微粒子捕集部１２は均一に加熱され、微粒子捕集部１２の溶損を低減することができるとともに、微粒子捕集部１２の再生を高精度に図ることができる。
【００３１】
また、第２実施形態では、バタフライ弁で可動反射部３１を構成している。そのため、可動反射部３１は、回転軸３４を中心に回転するだけでマイクロ波の定在波の位相を変化させている。すなわち、可動反射部３１は、マイクロ波の定在波の位相を変化させるために弁体３５を回転駆動すればよい。したがって、可動反射部３１の構造および制御を簡単にすることができる。
【００３２】
（第３実施形態）
第３実施形態による排気浄化装置を図４に示す。
第３実施形態の場合、排気浄化装置１０は、可動反射部３１の構成が第２実施形態と異なる。第３実施形態の場合、排気浄化装置１０の可動反射部３１は、排気管部材１１が形成する排気通路１４において回転するファン部材である。可動反射部３１は、支持軸４１およびファン翼４２を有している。可動反射部３１のファン翼４２は、排気通路１４の中心軸に対し平行な支持軸４１に支持されつつ回転する。ファン翼４２の表面は、高周波照射部１３から照射されたマイクロ波を反射する反射面４３を形成している。可動反射部３１は、排気通路１４において微粒子捕集部１２および高周波照射部１３よりも上流側、すなわち内燃機関１５側に配置されている。
【００３３】
第３実施形態の場合、可動反射部３１のファン翼４２が回転することにより、ファン翼４２が形成する反射面４３でマイクロ波が反射する位置から微粒子捕集部１２までの距離は変化する。そのため、第２実施形態と同様に、高周波照射部１３から照射されたマイクロ波の電界強度は、ファン翼４２の回転によって極大となる位置が変化する。すなわち、マイクロ波の電界強度が極大となる位置は、ファン翼４２の回転にともなって、微粒子捕集部１２の軸方向および径方向へ移動する。
【００３４】
以上説明したように、第３実施形態では、ファン部材からなる可動反射部３１を備えている。この可動反射部３１は、ファン翼４２が回転することにより、マイクロ波の電界強度が最大となる位置を、微粒子捕集部１２の軸方向および径方向へ移動させる。したがって、単一の高周波照射部１３を用いる場合でも、微粒子捕集部１２は均一に加熱され、微粒子捕集部１２の溶損を低減することができるとともに、微粒子捕集部１２の再生を高精度に図ることができる。
【００３５】
また、第３実施形態では、ファン部材で可動反射部３１を構成している。そのため、可動反射部３１は、ファン翼４２が回転するだけでマイクロ波の定在波の位相を変化させている。このファン翼４２は、排気通路１４における排気の流れによって回転駆動される。そのため、ファン翼４２を駆動するための駆動源は不要である。したがって、可動反射部３１の構造および制御をより簡単にすることができる。また、ファン翼４２が回転することにより、排気通路１４を流れる排気は攪拌される。したがって、微粒子の堆積を微粒子捕集部１２の径方向へ均一化することができ、微粒子捕集部１２の寿命を延長することができる。
【００３６】
（固定反射部の変形例）
第１実施形態では、図１に示すように排気管部材１１の大径部２１と小径部２２との接続部分に形成される段差部２３を固定反射部とする例について説明した。また、第２実施形態では、図２に示すように排気管部材１１に固定した金属板を固定反射部３２とする例について説明した。固定反射部３２は、これらの例に代えて、図５に示すように微粒子捕集部１２の端面に形成した金属膜４５で構成してもよい。この場合、金属膜４５は、微粒子捕集部１２のうち高周波照射部１３から遠い側の端面に形成される。これにより、微粒子捕集部１２を通過したマイクロ波は、微粒子捕集部１２の端面に形成された金属膜４５で反射する。また、図６に示すように、固定反射部を構成する金属膜４５は、微粒子捕集部１２の軸方向の中間部分に挟み込む構成としてもよい。これにより、微粒子捕集部１２を途中まで通過したマイクロ波は、微粒子捕集部１２の中間部分に形成された金属膜４５で反射する。これらのように、微粒子捕集部１２に形成した金属膜４５は、高周波照射部１３から照射されたマイクロ波を反射する固定反射部とすることができる。これらの金属膜４５は、例えば蒸着やめっきなどによって形成される。
【００３７】
（位置関係の変形例）
上述の複数の実施形態では、排気の流れ方向において微粒子捕集部１２の上流側にターボチャージャ１８のタービン１６、バタフライ弁またはファン部材などの可動反射部３１を配置する例について説明した。そして、上述の複数の実施形態は、微粒子捕集部１２と可動反射部３１との間に高周波照射部１３が配置され、微粒子捕集部１２の可動反射部３１と反対側の端部に固定反射部３２が配置されている。このような微粒子捕集部１２、可動反射部３１、固定反射部３２および高周波照射部１３の位置関係は、上記の例に限らず、以下のように変更することができる。
【００３８】
図７に示すように高周波照射部１３は、微粒子捕集部１２と固定反射部３２との間に配置してもよい。この場合、高周波照射部１３から照射されたマイクロ波の一部は、固定反射部３２で反射し微粒子捕集部１２へ入射する。また、微粒子捕集部１２を通過したマイクロ波は、可動反射部３１で微粒子捕集部１２側へ反射する。したがって、上述の複数の実施形態と同様に微粒子捕集部１２の再生を図ることができる。
【００３９】
また、図８に示すように、排気の流れ方向において微粒子捕集部１２の上流側に固定反射部３２を配置し、微粒子捕集部１２の下流側に高周波照射部１３および可動反射部３１を配置してもよい。さらに、図９に示すように複数の微粒子捕集部１２を備える排気浄化装置１０の場合、微粒子捕集部１２の間に高周波照射部１３を配置してもよい。そして、複数の微粒子捕集部１２から構成される捕集部群の上流側に固定反射部３２を配置し、下流側に可動反射部３１を配置してもよい。
【００４０】
以上のように、高周波照射部１３および微粒子捕集部１２は、可動反射部３１と固定反射部３２との間に配置するのであればいずれの位置にあってもよい。そして、高周波照射部１３から照射されたマイクロ波を反射する高周波反射部は、可動反射部３１または固定反射部３２のいずれを上流側または下流側に配置するかは、任意に選択可能である。さらに、この高周波反射部は、微粒子捕集部１２の上流側または下流側の少なくとも一方が可動反射部３１であればよい。すなわち、微粒子捕集部１２の上流側および下流側の双方を可動反射部３１としてもよい。
【００４１】
このように、以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。例えば、高周波としてマイクロ波を例に説明したが、微粒子捕集部１２に捕集された微粒子を焼却可能であればマイクロ波に限らない。また、可動反射部３１は、タービンやバタフライ弁などのように回転することによって微粒子捕集部１２との距離が変化する例について説明した。しかし、可動反射部３１は、反射面を有する簡単な板状に形成し、排気通路１４の軸方向へ往復駆動する構成としてもよい。
さらに、排気浄化装置１０の各実施形態を個別に説明したが、複数の実施形態を組み合わせて排気浄化装置１０に適用してもよい。
【００４２】
（第４実施形態）
第４実施形態による排気浄化装置を図１０に示す。
第４実施形態の場合、排気浄化装置１０は、構成が上記の複数の実施形態と異なる。第４実施形態の場合、排気浄化装置１０が備える微粒子捕集部１２は、排気通路１４を移動可能である。排気浄化装置１０は、微粒子捕集部１２の軸方向の両端部、すなわち排気通路１４における排気の流れ方向において上流側および下流側にそれぞれ高周波反射部としての反射板５１および反射板５２を備えている。反射板５１および反射板５２は、高周波を反射する金属の板状に形成されている。また、反射板５１および反射板５２は、排気通路１４における排気の流れを妨げないように、板厚方向に貫くパンチ穴を有する板状、またはメッシュ状に形成されている。これら反射板５１および反射板５２は、いずれも排気管部材１１の内側に固定されている。
【００４３】
排気浄化装置１０は、微粒子捕集部１２の軸方向の端部を支持する弾性部材５３および弾性部材５４を備えている。弾性部材５３は、一方の端部が反射板５１に接続され、他方の端部が微粒子捕集部１２の端部１２１に接続されている。また、弾性部材５４は、一方の端部が反射板５２に接続され、他方の端部が微粒子捕集部１２の端部１２２に接続されている。弾性部材５３および弾性部材５４は、例えばコイルばねなどの弾性体で形成されている。
【００４４】
微粒子捕集部１２は、外径が排気通路１４を形成する排気管部材１１の内径よりも小さい。そのため、微粒子捕集部１２は、両端がこれら弾性部材５３および弾性部材５４に支持されることにより、排気通路１４の内側を軸方向、すなわち排気の流れ方向において上流側と下流側との間を移動可能である。すなわち、微粒子捕集部１２は、両端を支持する弾性部材５３および弾性部材５４から受ける力と、排気通路１４を流れる排気から受ける力との均衡によって、排気通路１４の内側を軸方向へ移動する。この場合、排気通路１４を流れる排気の圧力は、内燃機関１５の運転状態に応じて変化する。例えば、内燃機関１５の負荷が大きなとき、排気通路１４を流れる排気の圧力は大きくなる。そのため、微粒子捕集部１２は、排気通路１４における排気の流れ方向において下流側すなわち内燃機関１５と反対側へ移動する。一方、アイドリング時や内燃機関１５の負荷が小さなとき、排気通路１４を流れる排気の圧力は小さくなる。そのため、微粒子捕集部１２は、排気通路１４における排気の流れ方向において上流側すなわち内燃機関１５側へ移動する。その結果、内燃機関１５が運転している間、微粒子捕集部１２は、最も内燃機関１５側の初期位置と最も内燃機関１５から遠い最大変位位置との間を往復する。このように、弾性部材５３および弾性部材５４は、特許請求の範囲の駆動部を構成している。
【００４５】
ここで、例えば弾性部材５３および弾性部材５４のばね定数は「ｋ」とし、排気通路１４の断面積は「Ｓ」とする。また、排気通路１４において、微粒子捕集部１２の上流側すなわち内燃機関１５側の入口における排気の圧力は「Ｐ０」とし、微粒子捕集部１２の下流側すなわち出口における排気の圧力は「Ｐ１」とする。この排気通路１４の断面積Ｓは、微粒子捕集部１２の投影面積とほぼ一致する。そのため、微粒子捕集部１２の上流側と下流側との間で圧力差が生じているとき、微粒子捕集部１２の初期位置に対する変位量ｘは、ｘ＝（Ｐ０−Ｐ１）Ｓ／２ｋとなる。高周波照射部１３から照射されるマイクロ波は、照射されるマイクロ波の波長の１／２の間隔ごとに電界強度が極大となる。そのため、この微粒子捕集部１２の変位量ｘは、電界強度が最大となる間隔よりも大きく設定する。すなわち、弾性部材５３および弾性部材５４のばね定数を調整し、微粒子捕集部１２の変位量ｘは電界強度が最大となる間隔よりも大きくする。これにより、微粒子捕集部１２は、内燃機関１５の運転にともなう排気通路１４における往復移動によって、マイクロ波の電界強度が極大となる位置を通過する。その結果、高周波照射部１３から照射されるマイクロ波は、微粒子捕集部１２の軸方向へ偏りなく照射される。
【００４６】
第４実施形態では、微粒子捕集部１２を高周波照射部１３から照射される高周波が形成する電界内で駆動する駆動部として弾性部材５３および弾性部材５４を備えている。そのため、微粒子捕集部１２は、高周波照射部１３から照射される高周波が形成する電界内を移動する。これにより、高周波照射部１３から照射される高周波の電界が集中する部位は、微粒子捕集部１２の移動にともなって微粒子捕集部１２の軸方向へ移動する。その結果、高周波は、微粒子捕集部１２に対し比較的均一に照射される。したがって、単一の高周波照射部１３を用いる場合でも、微粒子捕集部１２は均一に加熱され、微粒子捕集部１２の溶損を低減することができるとともに、微粒子捕集部１２の再生を高精度に図ることができる。
【００４７】
第４実施形態では、弾性部材５３および弾性部材５４は、排気の流れ方向において上流側および下流側から微粒子捕集部１２を支持している。排気通路１４に設けられている微粒子捕集部１２は、排気通路１４を流れる排気により、上流側から下流側へ向かう力を受ける。微粒子捕集部１２を弾性部材５３および弾性部材５４で支持することにより、微粒子捕集部１２は、これら弾性部材５３および弾性部材５４から受ける力と排気から受ける力との均衡によって排気通路１４を排気の流れ方向へ移動する。これにより、微粒子捕集部１２は、特別な駆動力を加えることなく、高周波照射部１３から照射される高周波が形成する電界内を移動する。したがって、簡単な構成かつ別途駆動力を用いることなく、微粒子捕集部１２の再生を図ることができる。
【００４８】
また、第４実施形態では、高周波反射部として反射板５１および反射板５２を備えている。これにより、高周波照射部１３から照射された高周波は、反射板５１および反射板５２で反射される。高周波照射部１３から照射された高周波は、反射板５１および反射板５２で反射することにより共振し、微粒子捕集部１２の軸方向へ電界強度の分布を生じる。弾性部材５３および弾性部材５４と排気通路１４を流れる排気の圧力によって微粒子捕集部１２を駆動することにより、微粒子捕集部１２は電界強度の分布が生じている電界内を移動する。したがって、単一の高周波照射部１３を用いる場合でも、微粒子捕集部１２は均一に加熱され、微粒子捕集部１２の溶損を低減することができるとともに、微粒子捕集部１２の再生を高精度に図ることができる。
【００４９】
（第５実施形態）
第５実施形態による排気浄化装置を図１１および図１２に示す。
第５実施形態の場合、排気浄化装置１０の微粒子捕集部１２は、端部１２１に抵抗板部材５５を有している。抵抗板部材５５は、排気の流れ方向において微粒子捕集部１２の上流側の端部１２１の一部を塞いでいる。第５実施形態の場合、抵抗板部材５５は、微粒子捕集部１２の径方向において中心付近を塞いでいる。これにより、微粒子捕集部１２を通過する排気は、抵抗板部材５５を迂回し、抵抗板部材５５の外周側から微粒子捕集部１２へ流入する。
【００５０】
第５実施形態の場合、排気通路１４を流れる排気は、抵抗板部材５５に吹き付けられた後、抵抗板部材５５を迂回して微粒子捕集部１２へ流入する。そのため、微粒子捕集部１２は、排気の流れから排気の流れ方向において下流側へ力を受ける。このとき、微粒子捕集部１２が受ける力は、抵抗板部材５５が設けられていない場合と比較して大きくなる。これは、抵抗板部材５５が排気の流れに対して抵抗となることにより、抵抗板部材５５が排気から力を受けるためである。これにより、微粒子捕集部１２は、排気の流れによって、下流側へより移動しやすくなる。また、第４実施形態で説明したように、微粒子捕集部１２が排気通路１４を流れる排気から受ける力は、微粒子捕集部１２の入口側と出口側との間における排気の圧力差に依存する。微粒子捕集部１２が再生の初期あるいは再生の途中にあるとき、微粒子捕集部１２の微細な孔には微粒子が捕集されている。そのため、微粒子捕集部１２を通過する排気の圧力損失は大きくなり、微粒子捕集部１２の入口側と出口側との間における圧力差は比較的大きい。これに対し、微粒子捕集部１２の再生が進むと、微粒子捕集部１２の微細な孔に捕集されている微粒子は徐々に除去される。そのため、微粒子捕集部１２の再生が進むにつれて微粒子捕集部１２を通過する排気の圧力損失は小さくなる。その結果、微粒子捕集部１２の入口側と出口側との間における圧力差は徐々に小さくなり、排気から力を受ける微粒子捕集部１２は移動しにくくなる。そこで、第５実施形態のように抵抗板部材５５を設けることにより、微粒子捕集部１２は、再生の進行度合いに関わらず抵抗板部材５５で排気から力を受ける。そのため、微粒子捕集部１２は、下流側すなわち内燃機関１５と反対側への移動が確保される。
【００５１】
第５実施形態では、微粒子捕集部１２は、排気の流れ方向において上流側の端部１２１を塞ぐ抵抗板部材５５を有している。微粒子捕集部１２の上流側に抵抗板部材５５を設けることにより、微粒子捕集部１２は排気通路１４を流れる排気から常に下流側へ向かう力を受ける。これにより、微粒子捕集部１２の再生の進行度合いに関わらず、微粒子捕集部１２は排気の力と弾性部材の力との均衡によって移動する。したがって、時期に関わらず微粒子捕集部１２の再生を促進することができる。
【００５２】
（第６実施形態）
第６実施形態による排気浄化装置を図１３に示す。
第６実施形態の場合、排気浄化装置１０は、駆動部の構成が第４実施形態および第５実施形態と異なる。第６実施形態の場合、排気浄化装置１０は、駆動部としてアクチュエータ６０を備えている。アクチュエータ６０は、例えばステッピングモータなどを有しており、図示しない制御装置からの通電によって駆動力を発生する。微粒子捕集部１２は、このアクチュエータ６０と接続している。これにより、微粒子捕集部１２は、アクチュエータ６０の駆動力によって排気通路１４の内側を排気の流れ方向に沿って上流側または下流側へ移動する。また、第６実施形態の場合、排気管部材１１が形成する排気通路１４は、途中で折れ曲がっている。第６実施形態の排気浄化装置１０は、この排気通路１４の折れ曲がっている位置に、反射板５７をさらに備えている。この反射板５７は、反射板５１および反射板５２と同一の構成であり、説明を省略する。
【００５３】
第６実施形態では、駆動部としてアクチュエータ６０を有している。微粒子捕集部１２は、このアクチュエータ６０から受ける力によって電界内を移動する。アクチュエータ６０は、微粒子捕集部１２を電界の分布に応じて電界の大きな位置へ高精度に移動させる。すなわち、第６実施形態の排気浄化装置１０は、排気の力と弾性部材５３および弾性部材５４の力とを利用する第４実施形態や第５実施形態と異なり、移動する微粒子捕集部１２の位置精度が向上する。その結果、微粒子捕集部１２は、電界強度の大きな位置へ均一に駆動される。したがって、微粒子捕集部の再生をより促進することができる。
【００５４】
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。例えば、第４実施形態から第６実施形態を、第１実施形態から第３実施形態に組み合わせて適用してもよい。また、微粒子捕集部１２は、多孔質のセラミックスに代えて、静電力によって微粒子を捕集する静電フィルタであってもよい。
【符号の説明】
【００５５】
図面中、１０は排気浄化装置、１１は排気管部材、１２は微粒子捕集部、１３は高周波照射部、１４は排気通路、１５は内燃機関、１６はタービン（可動反射部、高周波反射部）、１８はターボチャージャ、２３は段差部（内径縮小部、固定反射部）、２８は翼面（反射面）、３１は可動反射部、３２は固定反射部、３４は回転軸、３６、４３は反射面、４５は金属膜（固定反射部）、５１、５２、５７は反射板（高周波反射部）、５３、５４は弾性部材（駆動部）、５５は抵抗板部材、６０はアクチュエータを示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化装置に関し、特に微粒子捕集部に捕集された微粒子を高周波の照射によって焼却する排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば排気に含まれるＰＭ（Particulate matter）などの微粒子を捕集するＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）を再生する排気浄化装置が実用化されている。このようなＤＰＦを再生する手段として、例えばマイクロ波などの高周波の電磁波を利用することが提案されている（特許文献１、２参照）。このような排気浄化装置は、微粒子捕集部へ高周波を照射することにより、微粒子捕集部に照射された微粒子を加熱している。これにより、微粒子捕集部に捕集されている微粒子は、焼却される。
【０００３】
しかしながら、単一の高周波照射部から高周波を照射する場合、電界強度に強弱の分布が生じ、加熱対象である微粒子捕集部は加熱のムラが生じる。その結果、微粒子捕集部の再生が不十分になったり、局所的な温度の上昇にともなう微粒子捕集部の溶損などを招くという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１４００６３号公報
【特許文献２】特開２００３−２０１８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は、単一の高周波照射部を用いる場合でも、微粒子捕集部を均一に加熱し、微粒子捕集部の溶損を低減し、微粒子捕集部の再生が図られる排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明では、高周波照射部から照射された高周波を微粒子捕集部側へ反射する高周波反射部を有している。この高周波反射部は、排気の流れ方向において微粒子捕集部を挟んで上流側および下流側に設けられている。この高周波反射部の一方は、その反射面が微粒子捕集部に対し移動する可動反射部である。そのため、可動反射部で反射した高周波は、可動反射部が微粒子捕集部に対し移動することにより、微粒子捕集部における位相が変化する。その結果、可動反射部で反射した高周波の電界が集中する部位、すなわち定在波の位相は、可動反射部の移動にともなって微粒子捕集部の軸方向へ移動する。これにより、高周波は、微粒子捕集部に対し比較的均一に照射される。したがって、単一の高周波照射部を用いる場合でも、微粒子捕集部は均一に加熱され、微粒子捕集部の溶損を低減することができるとともに、微粒子捕集部の再生を高精度に図ることができる。
【０００７】
請求項２記載の発明では、可動反射部は微粒子捕集部の上流側に設けられているタービンである。内燃機関は、排気の流れを利用して吸気を加圧するターボチャージャを備える場合がある。このようにターボチャージャを備える内燃機関の場合、微粒子捕集部の上流側には排気の流れによって駆動されるタービンが設けられている。タービンは、排気の流れによって回転することにより、その翼部分と微粒子捕集部との距離が変化する。すなわち、タービンは、可動反射部を構成する。したがって、既存の構成を利用することができ、部品点数の増大や構造の複雑化を招くことなく微粒子捕集部を均一に加熱することができる。
【０００８】
請求項３または４記載の発明では、可動反射部はバタフライ弁またはファン部材である。これにより、バタフライ弁の開度またはファン部材の回転によって、可動反射部と微粒子捕集部との距離が変化する。したがって、簡単な構造で微粒子捕集部を均一に加熱することができる。
【０００９】
請求項５記載の発明では、高周波反射部は、微粒子捕集部を挟んで可動反射部と反対側に固定反射部を有している。高周波反射部は、微粒子捕集部の上流側または下流側の少なくともいずれか一方が可動反射部であればよく、他の一方が微粒子捕集部との間の距離が変化しない固定反射部であってもよい。排気通路を形成する排気管部材は、位置によってその内径が変化する。この排気管部材の内径が変化する部分には、円環状または円錐台環状の壁面が形成される。この壁面は、高周波照射部から照射された高周波を反射する。そのため、これら排気管部材の内径が縮小する内径縮小部を固定反射部とすることにより、別途固定反射部を設ける必要がない。したがって、既存の構成を利用することができ、部品点数の増大や構造の複雑化を招くことなく高周波を反射させることができる。
【００１０】
請求項６記載の発明では、高周波反射部は、微粒子捕集部を挟んで可動反射部と反対側に固定反射部を有している。高周波反射部は、微粒子捕集部の上流側または下流側の少なくともいずれか一方が可動反射部であればよく、他の一方が微粒子捕集部との間の距離が変化しない固定反射部であってもよい。高周波は、金属の板や膜によって反射する。そこで、微粒子捕集部の可動反射部と反対側の端面に金属の皮膜を形成することにより、高周波照射部から照射された高周波はこの金属製の皮膜で反射する。これにより、別途固定反射部を構成する部材を排気通路に設ける必要がない。したがって、既存の構成の一部を利用することができ、部品点数の増大や構造の複雑化を招くことなく高周波を反射させることができる。
【００１１】
請求項７記載の発明では、微粒子捕集部を高周波照射部から照射される高周波が形成する電界内で駆動する駆動部を備えている。そのため、微粒子捕集部は、高周波照射部から照射される高周波が形成する電界内を移動する。これにより、高周波照射部から照射される高周波の電界が集中する部位は、微粒子捕集部の移動にともなって微粒子捕集部の軸方向へ移動する。その結果、高周波は、微粒子捕集部に対し比較的均一に照射される。したがって、単一の高周波照射部を用いる場合でも、微粒子捕集部は均一に加熱され、微粒子捕集部の溶損を低減することができるとともに、微粒子捕集部の再生を高精度に図ることができる。
【００１２】
請求項８記載の発明では、高周波反射部をさらに備えている。高周波反射部は、排気通路における排気の流れ方向において微粒子捕集部の上流側または下流側の少なくともいずれか一方に設けられている。これにより、高周波照射部から照射された高周波は、高周波反射部で反射される。高周波照射部から照射された高周波は、高周波反射部で反射することにより共振し、微粒子捕集部の軸方向へ電界強度の分布を生じる。駆動部によって微粒子捕集部を駆動することにより、微粒子捕集部は電界強度の分布が生じている電界内を移動する。したがって、単一の高周波照射部を用いる場合でも、微粒子捕集部は均一に加熱され、微粒子捕集部の溶損を低減することができるとともに、微粒子捕集部の再生を高精度に図ることができる。
【００１３】
請求項９記載の発明では、駆動部を構成する弾性部材は、排気の流れ方向において上流側および下流側から微粒子捕集部を支持している。排気通路に設けられている微粒子捕集部は、排気通路を流れる排気により、上流側から下流側へ向かう力を受ける。微粒子捕集部を弾性部材で支持することにより、微粒子捕集部は、これら弾性部材から受ける力と排気から受ける力との均衡によって排気通路を排気の流れ方向へ移動する。これにより、微粒子捕集部は、特別な駆動力を加えることなく、高周波照射部から照射される高周波が形成する電界内を移動する。したがって、簡単な構成かつ別途駆動力を用いることなく、微粒子捕集部の再生を図ることができる。
【００１４】
請求項１０記載の発明では、微粒子捕集部は、排気の流れ方向において上流側の端部を塞ぐ抵抗板部材を有している。排気通路を流れる排気は、この抵抗板部材に吹き付けられる。微粒子捕集部は、再生が進行するにつれて圧力損失が低下する。そのため、排気は微粒子捕集部を通過しやすくなり、微粒子捕集部が排気から受ける力は減少する。微粒子捕集部の上流側に抵抗板部材を設けることにより、微粒子捕集部は排気通路を流れる排気から常に下流側へ向かう力を受ける。これにより、微粒子捕集部の再生の進行度合いに関わらず、微粒子捕集部は排気の力と弾性部材の力との均衡によって移動する。したがって、時期に関わらず微粒子捕集部の再生を促進することができる。
【００１５】
請求項１１記載の発明では、駆動部はアクチュエータを有している。微粒子捕集部は、このアクチュエータから受ける力によって電界内を移動する。アクチュエータは、微粒子捕集部を電界の分布に応じて電界の大きな位置へ高精度に移動させる。したがって、微粒子捕集部の再生をより促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態による排気浄化装置を適用した内燃機関を示す模式図
【図２】第２実施形態による排気浄化装置を示す模式図
【図３】第２実施形態による排気浄化装置において、微粒子捕集部の位置とマイクロ波の電界強度との関係を示す模式図
【図４】第３実施形態による排気浄化装置を示す模式図
【図５】第３実施形態による排気浄化装置の固定反射部の変形例を示す模式図
【図６】第３実施形態による排気浄化装置の固定反射部の変形例を示す模式図
【図７】排気浄化装置のその他の実施形態を示す模式図
【図８】排気浄化装置のその他の実施形態を示す模式図
【図９】排気浄化装置のその他の実施形態を示す模式図
【図１０】第４実施形態による排気浄化装置を示す模式図
【図１１】第５実施形態による排気浄化装置を示す模式図
【図１２】図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線における断面図
【図１３】第６実施形態による排気浄化装置を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の複数の実施形態による排気浄化装置を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
第１実施形態による排気浄化装置を図１に示す。排気浄化装置１０は、排気管部材１１、微粒子捕集部１２および高周波照射部１３を備えている。排気管部材１１は、排気通路１４を形成している。排気管部材１１は、一方の端部が内燃機関１５に接続し、他方の端部が大気に開放されている。これにより、排気通路１４は、内燃機関１５と大気とを接続している。内燃機関１５は、例えばディーゼルエンジン、ガソリンエンジンまたはガスタービンエンジンなど任意のエンジンが適用される。排気管部材１１は、内燃機関１５と微粒子捕集部１２との間にタービン１６を収容している。タービン１６は、吸気管部材に収容されている図示しないコンプレッサとともにターボチャージャ１８を構成している。
【００１８】
排気管部材１１は、大径部２１および小径部２２を有している。大径部２１は、排気通路１４の途中に微粒子捕集部１２を収容する収容室を形成している。小径部２２は、大径部２１の内燃機関１５とは反対側の端部に接続している。小径部２２は、大径部２１に比較して内径が小さい。そのため、大径部２１と小径部２２との接続部分には、排気の流れ方向すなわち排気管部材１１の軸に対し垂直な円環状の段差部２３が形成される。この段差部２３は、排気管部材１１の軸に対し垂直な円環状に形成するだけでなく、大径部２１から小径部２２へかけて内径が徐々に変化する円錐台状に形成してもよい。すなわち、段差部２３は、特許請求の範囲の内径縮小部に相当する。
【００１９】
微粒子捕集部１２は、排気管部材１１が形成する排気通路１４に設けられている。具体的には、微粒子捕集部１２は、排気管部材１１の大径部２１が形成する収容室に収容されている。微粒子捕集部１２は、例えばＰＭを捕集するＤＰＦによって構成されている。微粒子捕集部１２は、例えば多孔質のセラミックスによって形成され、ＰＭのように排気に含まれる微粒子を捕集する。高周波照射部１３は、本体部２５およびアンテナ２６を有している。本体部２５は、排気通路１４を形成する排気管部材１１の外側に設けられている。アンテナ２６は、本体部２５から突出し、排気管部材１１を貫いて排気通路１４に露出している。本体部２５へ通電することにより、アンテナ２６からは高周波の電磁波が排気通路１４へ照射される。アンテナ２６から照射される電磁波は、例えばマイクロ波である。アンテナ２６から発せられたマイクロ波は、排気通路１４に沿って伝搬し、微粒子捕集部１２へ照射される。これにより、微粒子捕集部１２に捕集されている微粒子は、照射されたマイクロ波によって加熱される。その結果、微粒子捕集部１２に捕集されている微粒子は、マイクロ波を照射することによって焼却される。なお、微粒子捕集部１２は、多孔質のセラミックで形成するだけでなく、例えばＰＭを帯電させることにより静電力を利用してＰＭを捕集する構成としてもよい。
【００２０】
ところで、高周波照射部１３のアンテナ２６から照射されたマイクロ波は、アンテナ２６を中心に放射される。第１実施形態の場合、高周波照射部１３は、排気通路１４における排気の流れ方向において微粒子捕集部１２の上流側すなわち内燃機関１５側に配置されている。そのため、高周波照射部１３から照射されたマイクロ波は、微粒子捕集部１２側だけでなく、内燃機関１５側にも伝搬する。高周波照射部１３から内燃機関１５側へ照射されたマイクロ波は、ターボチャージャ１８のタービン１６において微粒子捕集部１２側へ反射される。すなわち、タービン１６は、その翼面２８が高周波照射部１３から照射されたマイクロ波を微粒子捕集部１２側へ反射する反射面を形成している。これにより、高周波照射部１３から照射されたマイクロ波は、一部が微粒子捕集部１２側へ直接伝搬するとともに、他の一部がタービン１６で反射することにより微粒子捕集部１２側へ伝搬する。
【００２１】
タービン１６の翼面２８が回転することにより、マイクロ波が翼面２８で反射する位置は、微粒子捕集部１２に対して変化する。つまり、タービン１６の翼面２８は、排気通路１４の中心軸に対し傾斜しているため、タービン１６の回転にともなってマイクロ波が反射する位置が変化する。そのため、翼面２８でマイクロ波が反射した位置から微粒子捕集部１２までの距離は、タービン１６の回転にともなって変化する。すなわち、タービン１６の翼面２８におけるマイクロ波の反射位置は、微粒子捕集部１２に対し移動可能である。このように、ターボチャージャ１８のタービン１６は、反射面となる翼面２８を有する可動反射部を構成している。
【００２２】
一方、高周波照射部１３のアンテナ２６から内燃機関１５と反対側へ照射されたマイクロ波は、排気管部材１１の大径部２１と小径部２２との接続部分に形成される段差部２３において微粒子捕集部１２側へ反射される。すなわち、段差部２３は、高周波照射部１３から照射され微粒子捕集部１２を通過したマイクロ波を微粒子捕集部１２側へ反射する反射面を形成している。これにより、高周波照射部１３から照射され微粒子捕集部１２を通過したマイクロ波は、段差部２３で反射することにより再び微粒子捕集部１２側へ伝搬する。段差部２３は、微粒子捕集部１２との間の距離が変化しない。このように、段差部２３は、微粒子捕集部１２に対し移動することのない固定反射部を構成している。
【００２３】
上記の構成の排気浄化装置１０は、高周波照射部１３と微粒子捕集部１２との距離、および固定反射部を構成する段差部２３と微粒子捕集部１２との距離が変化しない。そのため、高周波照射部１３から照射されたマイクロ波の一部、および段差部２３で反射したマイクロ波は、微粒子捕集部１２に対する電界強度の分布が一定となる。一方、可動反射部を構成するターボチャージャ１８のタービン１６は、排気の流れによって回転する。そのため、タービン１６の翼面２８と微粒子捕集部１２との間の距離は、タービン１６の回転にともなって変化する。すなわち、タービン１６の翼面２８は、微粒子捕集部１２に対し移動する。その結果、タービン１６の翼面２８で反射するマイクロ波は、微粒子捕集部１２における電界強度の分布がタービン１６の回転にともなって変化する。これにより、微粒子捕集部１２に対する電界強度のムラが解消される。したがって、微粒子捕集部１２の均一な加熱が容易になり、微粒子捕集部１２の再生不良や溶損などが低減される。
【００２４】
以上説明したように、第１実施形態では、高周波照射部１３から照射されたマイクロ波を微粒子捕集部１２側へ反射するタービン１６および段差部２３を有している。このタービン１６は、排気の流れ方向において微粒子捕集部１２の上流側に設けられている。また、段差部２３は、微粒子捕集部１２を挟んでタービン１６の反対側、すなわち微粒子捕集部１２の下流側に設けられている。タービン１６の翼面２８は、排気通路１４の中心軸に対し傾斜している。そのため、高周波反射部の一方であるタービン１６が回転すると、翼面２８で高周波照射部１３から照射されたマイクロ波が反射する位置は変化する。これにより、タービン１６が回転すると、翼面２８においてマイクロ波が反射する位置から微粒子捕集部１２までの距離すなわちマイクロ波の伝搬長は変化し、タービン１６の翼面２８で反射したマイクロ波は微粒子捕集部１２における位相が変化する。その結果、タービン１６で反射した高周波の電界が集中する部位、すなわち定在波の位相は、タービン１６の回転にともなって微粒子捕集部１２の軸方向および径方向へ移動する。これにより、マイクロ波は、微粒子捕集部１２に対し比較的均一に照射される。したがって、単一の高周波照射部１３を用いる場合でも、微粒子捕集部１２は軸方向および径方向へ均一に加熱され、微粒子捕集部１２の溶損を低減することができるとともに、微粒子捕集部１２の再生を高精度に図ることができる。
【００２５】
また、第１実施形態では、ターボチャージャ１８のタービン１６が可動反射部を構成している。内燃機関１５は、排気の流れを利用して吸気を加圧するターボチャージャ１８を備える場合がある。このようにターボチャージャ１８を備える内燃機関１５の場合、微粒子捕集部１２の上流側には排気の流れによって駆動されるタービン１６が設けられている。タービン１６は、排気の流れによって回転することにより、その翼面２８と微粒子捕集部１２との距離が変化する。すなわち、タービン１６は、容易に可動反射部を構成する。したがって、ターボチャージャ１８の既存の構成を利用することができ、部品点数や構造の複雑化を招くことなく微粒子捕集部１２を均一に加熱することができる。
【００２６】
さらに、第１実施形態では、固定反射部は、排気管部材１１の大径部２１と小径部２２との接続部分に形成される段差部２３である。高周波反射部は、微粒子捕集部１２の上流側または下流側の少なくともいずれか一方が可動反射部であればよく、他の一方が微粒子捕集部１２との間の距離が変化しない固定反射部であってもよい。段差部２３を形成する面は、高周波照射部１３から照射されたマイクロ波を反射する。そのため、これら排気管部材１１の内径が縮小する段差部２３を固定反射部とすることにより、別途固定反射部を設ける必要がない。したがって、既存の構成を利用することができ、部品点数の増大や構造の複雑化を招くことなくマイクロ波を反射させることができる。
【００２７】
（第２実施形態）
第２実施形態による排気浄化装置を図２に示す。
第２実施形態の場合、排気浄化装置１０は、高周波反射部として可動反射部３１および固定反射部３２を有している。可動反射部３１は、排気管部材１１が形成する排気通路１４を開閉するバタフライ弁である。可動反射部３１は、回転軸３４および弁体３５を有している。可動反射部３１は、排気通路１４の中心軸に対し交差する回転軸３４を中心に回転する。回転軸３４は、排気通路１４の中心軸に直交してもよく、排気通路１４の中心軸に対し斜めに交差していてもよい。回転軸３４と一体の弁体３５は、回転軸３４を中心に回転することにより、排気通路１４を全開から全閉に近い状態まで開閉する。弁体３５は、円盤状に形成されている。この弁体３５の表面は、高周波照射部から照射されたマイクロ波を反射する反射面３６を形成している。可動反射部３１は、排気通路１４において高周波照射部１３よりも上流側、すなわち内燃機関１５側に配置されている。高周波照射部１３は、微粒子捕集部１２の内燃機関１５側に配置されている。
【００２８】
固定反射部３２は、微粒子捕集部１２を挟んで可動反射部３１の反対側、すなわち排気通路１４における排気の流れ方向において微粒子捕集部１２よりも下流側に配置されている。固定反射部３２は、排気管部材１１に固定されている。そのため、固定反射部３２は、微粒子捕集部１２に対する距離が変化しない。固定反射部３２は、例えば金属製の網や多数の孔を形成した金属板などで形成されている。金属製の固定反射部３２は、高周波照射部１３から照射され微粒子捕集部１２を通過したマイクロ波を微粒子捕集部１２側へ反射する。
【００２９】
第２実施形態の場合、可動反射部３１が回転軸３４を中心に回転することにより、弁体３５が形成する反射面３６と微粒子捕集部１２との距離は変化する。そのため、図３に示すように、高周波照射部１３から照射されたマイクロ波の電界強度は、可動反射部３１の回転角度にともなって極大となる位置が変化する。詳細には、マイクロ波の電界強度が極大となる位置は、図３に示すように可動反射部３１の回転角度がａ、ｂ、ｃと変化することにともなって、微粒子捕集部１２の軸方向、すなわち端部１２１と端部１２２との間を移動する。また、マイクロ波の電界強度が極大となる位置は、可動反射部３１の回転角度の変化にともなって、微粒子捕集部１２の軸方向だけでなく、微粒子捕集部１２の径方向、すなわち側端部１２３と側端部１２４との間でも移動する。このように、第２実施形態の場合、可動反射部３１の回転によって、可動反射部３１と微粒子捕集部１２との距離は変化する。そのため、高周波照射部１３から照射され可動反射部３１で反射したマイクロ波は、可動反射部３１の回転にともなって微粒子捕集部１２の軸方向および径方向へ定在波の位相が変化する。その結果、マイクロ波の電界強度が極大となる位置は、可動反射部３１の回転にともなって微粒子捕集部１２の軸方向および径方向へ移動する。
【００３０】
以上説明したように、第２実施形態は、ターボチャージャ１８に代えてバタフライ弁からなる可動反射部３１を備えている。この可動反射部３１は、回転軸３４を中心に回転することにより、マイクロ波の電界強度が極大となる位置を、微粒子捕集部１２の軸方向および径方向へ移動させる。したがって、単一の高周波照射部１３を用いる場合でも、微粒子捕集部１２は均一に加熱され、微粒子捕集部１２の溶損を低減することができるとともに、微粒子捕集部１２の再生を高精度に図ることができる。
【００３１】
また、第２実施形態では、バタフライ弁で可動反射部３１を構成している。そのため、可動反射部３１は、回転軸３４を中心に回転するだけでマイクロ波の定在波の位相を変化させている。すなわち、可動反射部３１は、マイクロ波の定在波の位相を変化させるために弁体３５を回転駆動すればよい。したがって、可動反射部３１の構造および制御を簡単にすることができる。
【００３２】
（第３実施形態）
第３実施形態による排気浄化装置を図４に示す。
第３実施形態の場合、排気浄化装置１０は、可動反射部３１の構成が第２実施形態と異なる。第３実施形態の場合、排気浄化装置１０の可動反射部３１は、排気管部材１１が形成する排気通路１４において回転するファン部材である。可動反射部３１は、支持軸４１およびファン翼４２を有している。可動反射部３１のファン翼４２は、排気通路１４の中心軸に対し平行な支持軸４１に支持されつつ回転する。ファン翼４２の表面は、高周波照射部１３から照射されたマイクロ波を反射する反射面４３を形成している。可動反射部３１は、排気通路１４において微粒子捕集部１２および高周波照射部１３よりも上流側、すなわち内燃機関１５側に配置されている。
【００３３】
第３実施形態の場合、可動反射部３１のファン翼４２が回転することにより、ファン翼４２が形成する反射面４３でマイクロ波が反射する位置から微粒子捕集部１２までの距離は変化する。そのため、第２実施形態と同様に、高周波照射部１３から照射されたマイクロ波の電界強度は、ファン翼４２の回転によって極大となる位置が変化する。すなわち、マイクロ波の電界強度が極大となる位置は、ファン翼４２の回転にともなって、微粒子捕集部１２の軸方向および径方向へ移動する。
【００３４】
以上説明したように、第３実施形態では、ファン部材からなる可動反射部３１を備えている。この可動反射部３１は、ファン翼４２が回転することにより、マイクロ波の電界強度が最大となる位置を、微粒子捕集部１２の軸方向および径方向へ移動させる。したがって、単一の高周波照射部１３を用いる場合でも、微粒子捕集部１２は均一に加熱され、微粒子捕集部１２の溶損を低減することができるとともに、微粒子捕集部１２の再生を高精度に図ることができる。
【００３５】
また、第３実施形態では、ファン部材で可動反射部３１を構成している。そのため、可動反射部３１は、ファン翼４２が回転するだけでマイクロ波の定在波の位相を変化させている。このファン翼４２は、排気通路１４における排気の流れによって回転駆動される。そのため、ファン翼４２を駆動するための駆動源は不要である。したがって、可動反射部３１の構造および制御をより簡単にすることができる。また、ファン翼４２が回転することにより、排気通路１４を流れる排気は攪拌される。したがって、微粒子の堆積を微粒子捕集部１２の径方向へ均一化することができ、微粒子捕集部１２の寿命を延長することができる。
【００３６】
（固定反射部の変形例）
第１実施形態では、図１に示すように排気管部材１１の大径部２１と小径部２２との接続部分に形成される段差部２３を固定反射部とする例について説明した。また、第２実施形態では、図２に示すように排気管部材１１に固定した金属板を固定反射部３２とする例について説明した。固定反射部３２は、これらの例に代えて、図５に示すように微粒子捕集部１２の端面に形成した金属膜４５で構成してもよい。この場合、金属膜４５は、微粒子捕集部１２のうち高周波照射部１３から遠い側の端面に形成される。これにより、微粒子捕集部１２を通過したマイクロ波は、微粒子捕集部１２の端面に形成された金属膜４５で反射する。また、図６に示すように、固定反射部を構成する金属膜４５は、微粒子捕集部１２の軸方向の中間部分に挟み込む構成としてもよい。これにより、微粒子捕集部１２を途中まで通過したマイクロ波は、微粒子捕集部１２の中間部分に形成された金属膜４５で反射する。これらのように、微粒子捕集部１２に形成した金属膜４５は、高周波照射部１３から照射されたマイクロ波を反射する固定反射部とすることができる。これらの金属膜４５は、例えば蒸着やめっきなどによって形成される。
【００３７】
（位置関係の変形例）
上述の複数の実施形態では、排気の流れ方向において微粒子捕集部１２の上流側にターボチャージャ１８のタービン１６、バタフライ弁またはファン部材などの可動反射部３１を配置する例について説明した。そして、上述の複数の実施形態は、微粒子捕集部１２と可動反射部３１との間に高周波照射部１３が配置され、微粒子捕集部１２の可動反射部３１と反対側の端部に固定反射部３２が配置されている。このような微粒子捕集部１２、可動反射部３１、固定反射部３２および高周波照射部１３の位置関係は、上記の例に限らず、以下のように変更することができる。
【００３８】
図７に示すように高周波照射部１３は、微粒子捕集部１２と固定反射部３２との間に配置してもよい。この場合、高周波照射部１３から照射されたマイクロ波の一部は、固定反射部３２で反射し微粒子捕集部１２へ入射する。また、微粒子捕集部１２を通過したマイクロ波は、可動反射部３１で微粒子捕集部１２側へ反射する。したがって、上述の複数の実施形態と同様に微粒子捕集部１２の再生を図ることができる。
【００３９】
また、図８に示すように、排気の流れ方向において微粒子捕集部１２の上流側に固定反射部３２を配置し、微粒子捕集部１２の下流側に高周波照射部１３および可動反射部３１を配置してもよい。さらに、図９に示すように複数の微粒子捕集部１２を備える排気浄化装置１０の場合、微粒子捕集部１２の間に高周波照射部１３を配置してもよい。そして、複数の微粒子捕集部１２から構成される捕集部群の上流側に固定反射部３２を配置し、下流側に可動反射部３１を配置してもよい。
【００４０】
以上のように、高周波照射部１３および微粒子捕集部１２は、可動反射部３１と固定反射部３２との間に配置するのであればいずれの位置にあってもよい。そして、高周波照射部１３から照射されたマイクロ波を反射する高周波反射部は、可動反射部３１または固定反射部３２のいずれを上流側または下流側に配置するかは、任意に選択可能である。さらに、この高周波反射部は、微粒子捕集部１２の上流側または下流側の少なくとも一方が可動反射部３１であればよい。すなわち、微粒子捕集部１２の上流側および下流側の双方を可動反射部３１としてもよい。
【００４１】
このように、以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。例えば、高周波としてマイクロ波を例に説明したが、微粒子捕集部１２に捕集された微粒子を焼却可能であればマイクロ波に限らない。また、可動反射部３１は、タービンやバタフライ弁などのように回転することによって微粒子捕集部１２との距離が変化する例について説明した。しかし、可動反射部３１は、反射面を有する簡単な板状に形成し、排気通路１４の軸方向へ往復駆動する構成としてもよい。
さらに、排気浄化装置１０の各実施形態を個別に説明したが、複数の実施形態を組み合わせて排気浄化装置１０に適用してもよい。
【００４２】
（第４実施形態）
第４実施形態による排気浄化装置を図１０に示す。
第４実施形態の場合、排気浄化装置１０は、構成が上記の複数の実施形態と異なる。第４実施形態の場合、排気浄化装置１０が備える微粒子捕集部１２は、排気通路１４を移動可能である。排気浄化装置１０は、微粒子捕集部１２の軸方向の両端部、すなわち排気通路１４における排気の流れ方向において上流側および下流側にそれぞれ高周波反射部としての反射板５１および反射板５２を備えている。反射板５１および反射板５２は、高周波を反射する金属の板状に形成されている。また、反射板５１および反射板５２は、排気通路１４における排気の流れを妨げないように、板厚方向に貫くパンチ穴を有する板状、またはメッシュ状に形成されている。これら反射板５１および反射板５２は、いずれも排気管部材１１の内側に固定されている。
【００４３】
排気浄化装置１０は、微粒子捕集部１２の軸方向の端部を支持する弾性部材５３および弾性部材５４を備えている。弾性部材５３は、一方の端部が反射板５１に接続され、他方の端部が微粒子捕集部１２の端部１２１に接続されている。また、弾性部材５４は、一方の端部が反射板５２に接続され、他方の端部が微粒子捕集部１２の端部１２２に接続されている。弾性部材５３および弾性部材５４は、例えばコイルばねなどの弾性体で形成されている。
【００４４】
微粒子捕集部１２は、外径が排気通路１４を形成する排気管部材１１の内径よりも小さい。そのため、微粒子捕集部１２は、両端がこれら弾性部材５３および弾性部材５４に支持されることにより、排気通路１４の内側を軸方向、すなわち排気の流れ方向において上流側と下流側との間を移動可能である。すなわち、微粒子捕集部１２は、両端を支持する弾性部材５３および弾性部材５４から受ける力と、排気通路１４を流れる排気から受ける力との均衡によって、排気通路１４の内側を軸方向へ移動する。この場合、排気通路１４を流れる排気の圧力は、内燃機関１５の運転状態に応じて変化する。例えば、内燃機関１５の負荷が大きなとき、排気通路１４を流れる排気の圧力は大きくなる。そのため、微粒子捕集部１２は、排気通路１４における排気の流れ方向において下流側すなわち内燃機関１５と反対側へ移動する。一方、アイドリング時や内燃機関１５の負荷が小さなとき、排気通路１４を流れる排気の圧力は小さくなる。そのため、微粒子捕集部１２は、排気通路１４における排気の流れ方向において上流側すなわち内燃機関１５側へ移動する。その結果、内燃機関１５が運転している間、微粒子捕集部１２は、最も内燃機関１５側の初期位置と最も内燃機関１５から遠い最大変位位置との間を往復する。このように、弾性部材５３および弾性部材５４は、特許請求の範囲の駆動部を構成している。
【００４５】
ここで、例えば弾性部材５３および弾性部材５４のばね定数は「ｋ」とし、排気通路１４の断面積は「Ｓ」とする。また、排気通路１４において、微粒子捕集部１２の上流側すなわち内燃機関１５側の入口における排気の圧力は「Ｐ０」とし、微粒子捕集部１２の下流側すなわち出口における排気の圧力は「Ｐ１」とする。この排気通路１４の断面積Ｓは、微粒子捕集部１２の投影面積とほぼ一致する。そのため、微粒子捕集部１２の上流側と下流側との間で圧力差が生じているとき、微粒子捕集部１２の初期位置に対する変位量ｘは、ｘ＝（Ｐ０−Ｐ１）Ｓ／２ｋとなる。高周波照射部１３から照射されるマイクロ波は、照射されるマイクロ波の波長の１／２の間隔ごとに電界強度が極大となる。そのため、この微粒子捕集部１２の変位量ｘは、電界強度が最大となる間隔よりも大きく設定する。すなわち、弾性部材５３および弾性部材５４のばね定数を調整し、微粒子捕集部１２の変位量ｘは電界強度が最大となる間隔よりも大きくする。これにより、微粒子捕集部１２は、内燃機関１５の運転にともなう排気通路１４における往復移動によって、マイクロ波の電界強度が極大となる位置を通過する。その結果、高周波照射部１３から照射されるマイクロ波は、微粒子捕集部１２の軸方向へ偏りなく照射される。
【００４６】
第４実施形態では、微粒子捕集部１２を高周波照射部１３から照射される高周波が形成する電界内で駆動する駆動部として弾性部材５３および弾性部材５４を備えている。そのため、微粒子捕集部１２は、高周波照射部１３から照射される高周波が形成する電界内を移動する。これにより、高周波照射部１３から照射される高周波の電界が集中する部位は、微粒子捕集部１２の移動にともなって微粒子捕集部１２の軸方向へ移動する。その結果、高周波は、微粒子捕集部１２に対し比較的均一に照射される。したがって、単一の高周波照射部１３を用いる場合でも、微粒子捕集部１２は均一に加熱され、微粒子捕集部１２の溶損を低減することができるとともに、微粒子捕集部１２の再生を高精度に図ることができる。
【００４７】
第４実施形態では、弾性部材５３および弾性部材５４は、排気の流れ方向において上流側および下流側から微粒子捕集部１２を支持している。排気通路１４に設けられている微粒子捕集部１２は、排気通路１４を流れる排気により、上流側から下流側へ向かう力を受ける。微粒子捕集部１２を弾性部材５３および弾性部材５４で支持することにより、微粒子捕集部１２は、これら弾性部材５３および弾性部材５４から受ける力と排気から受ける力との均衡によって排気通路１４を排気の流れ方向へ移動する。これにより、微粒子捕集部１２は、特別な駆動力を加えることなく、高周波照射部１３から照射される高周波が形成する電界内を移動する。したがって、簡単な構成かつ別途駆動力を用いることなく、微粒子捕集部１２の再生を図ることができる。
【００４８】
また、第４実施形態では、高周波反射部として反射板５１および反射板５２を備えている。これにより、高周波照射部１３から照射された高周波は、反射板５１および反射板５２で反射される。高周波照射部１３から照射された高周波は、反射板５１および反射板５２で反射することにより共振し、微粒子捕集部１２の軸方向へ電界強度の分布を生じる。弾性部材５３および弾性部材５４と排気通路１４を流れる排気の圧力によって微粒子捕集部１２を駆動することにより、微粒子捕集部１２は電界強度の分布が生じている電界内を移動する。したがって、単一の高周波照射部１３を用いる場合でも、微粒子捕集部１２は均一に加熱され、微粒子捕集部１２の溶損を低減することができるとともに、微粒子捕集部１２の再生を高精度に図ることができる。
【００４９】
（第５実施形態）
第５実施形態による排気浄化装置を図１１および図１２に示す。
第５実施形態の場合、排気浄化装置１０の微粒子捕集部１２は、端部１２１に抵抗板部材５５を有している。抵抗板部材５５は、排気の流れ方向において微粒子捕集部１２の上流側の端部１２１の一部を塞いでいる。第５実施形態の場合、抵抗板部材５５は、微粒子捕集部１２の径方向において中心付近を塞いでいる。これにより、微粒子捕集部１２を通過する排気は、抵抗板部材５５を迂回し、抵抗板部材５５の外周側から微粒子捕集部１２へ流入する。
【００５０】
第５実施形態の場合、排気通路１４を流れる排気は、抵抗板部材５５に吹き付けられた後、抵抗板部材５５を迂回して微粒子捕集部１２へ流入する。そのため、微粒子捕集部１２は、排気の流れから排気の流れ方向において下流側へ力を受ける。このとき、微粒子捕集部１２が受ける力は、抵抗板部材５５が設けられていない場合と比較して大きくなる。これは、抵抗板部材５５が排気の流れに対して抵抗となることにより、抵抗板部材５５が排気から力を受けるためである。これにより、微粒子捕集部１２は、排気の流れによって、下流側へより移動しやすくなる。また、第４実施形態で説明したように、微粒子捕集部１２が排気通路１４を流れる排気から受ける力は、微粒子捕集部１２の入口側と出口側との間における排気の圧力差に依存する。微粒子捕集部１２が再生の初期あるいは再生の途中にあるとき、微粒子捕集部１２の微細な孔には微粒子が捕集されている。そのため、微粒子捕集部１２を通過する排気の圧力損失は大きくなり、微粒子捕集部１２の入口側と出口側との間における圧力差は比較的大きい。これに対し、微粒子捕集部１２の再生が進むと、微粒子捕集部１２の微細な孔に捕集されている微粒子は徐々に除去される。そのため、微粒子捕集部１２の再生が進むにつれて微粒子捕集部１２を通過する排気の圧力損失は小さくなる。その結果、微粒子捕集部１２の入口側と出口側との間における圧力差は徐々に小さくなり、排気から力を受ける微粒子捕集部１２は移動しにくくなる。そこで、第５実施形態のように抵抗板部材５５を設けることにより、微粒子捕集部１２は、再生の進行度合いに関わらず抵抗板部材５５で排気から力を受ける。そのため、微粒子捕集部１２は、下流側すなわち内燃機関１５と反対側への移動が確保される。
【００５１】
第５実施形態では、微粒子捕集部１２は、排気の流れ方向において上流側の端部１２１を塞ぐ抵抗板部材５５を有している。微粒子捕集部１２の上流側に抵抗板部材５５を設けることにより、微粒子捕集部１２は排気通路１４を流れる排気から常に下流側へ向かう力を受ける。これにより、微粒子捕集部１２の再生の進行度合いに関わらず、微粒子捕集部１２は排気の力と弾性部材の力との均衡によって移動する。したがって、時期に関わらず微粒子捕集部１２の再生を促進することができる。
【００５２】
（第６実施形態）
第６実施形態による排気浄化装置を図１３に示す。
第６実施形態の場合、排気浄化装置１０は、駆動部の構成が第４実施形態および第５実施形態と異なる。第６実施形態の場合、排気浄化装置１０は、駆動部としてアクチュエータ６０を備えている。アクチュエータ６０は、例えばステッピングモータなどを有しており、図示しない制御装置からの通電によって駆動力を発生する。微粒子捕集部１２は、このアクチュエータ６０と接続している。これにより、微粒子捕集部１２は、アクチュエータ６０の駆動力によって排気通路１４の内側を排気の流れ方向に沿って上流側または下流側へ移動する。また、第６実施形態の場合、排気管部材１１が形成する排気通路１４は、途中で折れ曲がっている。第６実施形態の排気浄化装置１０は、この排気通路１４の折れ曲がっている位置に、反射板５７をさらに備えている。この反射板５７は、反射板５１および反射板５２と同一の構成であり、説明を省略する。
【００５３】
第６実施形態では、駆動部としてアクチュエータ６０を有している。微粒子捕集部１２は、このアクチュエータ６０から受ける力によって電界内を移動する。アクチュエータ６０は、微粒子捕集部１２を電界の分布に応じて電界の大きな位置へ高精度に移動させる。すなわち、第６実施形態の排気浄化装置１０は、排気の力と弾性部材５３および弾性部材５４の力とを利用する第４実施形態や第５実施形態と異なり、移動する微粒子捕集部１２の位置精度が向上する。その結果、微粒子捕集部１２は、電界強度の大きな位置へ均一に駆動される。したがって、微粒子捕集部の再生をより促進することができる。
【００５４】
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。例えば、第４実施形態から第６実施形態を、第１実施形態から第３実施形態に組み合わせて適用してもよい。また、微粒子捕集部１２は、多孔質のセラミックスに代えて、静電力によって微粒子を捕集する静電フィルタであってもよい。
【符号の説明】
【００５５】
図面中、１０は排気浄化装置、１１は排気管部材、１２は微粒子捕集部、１３は高周波照射部、１４は排気通路、１５は内燃機関、１６はタービン（可動反射部、高周波反射部）、１８はターボチャージャ、２３は段差部（内径縮小部、固定反射部）、２８は翼面（反射面）、３１は可動反射部、３２は固定反射部、３４は回転軸、３６、４３は反射面、４５は金属膜（固定反射部）、５１、５２、５７は反射板（高周波反射部）、５３、５４は弾性部材（駆動部）、５５は抵抗板部材、６０はアクチュエータを示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気が流れる排気通路を形成する排気管部材と、
前記排気管部材が形成する前記排気通路に設けられ、排気に含まれる微粒子を捕集する微粒子捕集部と、
前記微粒子捕集部へ高周波を照射する高周波照射部と、
前記排気通路における排気の流れ方向において、前記微粒子捕集部を挟んで上流側および下流側にそれぞれ設けられ、前記高周波照射部から照射された高周波を前記微粒子捕集部側へ反射し、上流側または下流側の少なくともいずれか一方は前記微粒子捕集部へ高周波を反射する反射面が前記微粒子捕集部に対し移動可能な可動反射部を有する高周波反射部と、
を備えることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
排気の流れ方向において前記微粒子捕集部の上流側に設けられ、排気の流れによって回転するタービンをさらに備え、
前記可動反射部は、前記タービンであることを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記可動反射部は、前記排気通路の中心軸に対し交差する回転軸を中心に回転するバタフライ弁であることを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記可動反射部は、前記排気通路において回転するファン部材であることを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。
【請求項５】
前記高周波反射部は、前記微粒子捕集部を挟んで前記可動反射部と反対側に、前記排気管部材の内径が縮小する内径縮小部からなる固定反射部を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の排気浄化装置。
【請求項６】
前記高周波反射部は、前記微粒子捕集部の前記可動反射部と反対側の端面に、金属製の皮膜からなる固定反射部を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の排気浄化装置。
【請求項７】
内燃機関の排気が流れる排気通路を形成する排気管部材と、
前記排気管部材が形成する前記排気通路に設けられ、排気に含まれる微粒子を捕集する微粒子捕集部と、
前記微粒子捕集部へ高周波を照射する高周波照射部と、
前記微粒子捕集部を、前記高周波照射部から照射される高周波が形成する電界内を移動可能に駆動する駆動部と、
を備えることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項８】
前記排気通路における排気の流れ方向において、前記微粒子捕集部を挟んで上流側または下流側の少なくともいずれか一方に設けられている高周波反射部をさらに備えることを特徴とする請求項７記載の排気浄化装置。
【請求項９】
前記駆動部は、前記排気通路における排気の流れ方向において、上流側および下流側から前記微粒子捕集部をそれぞれ支持する弾性部材を有し、
前記微粒子捕集部は、前記排気通路を流れる排気から受ける力と前記弾性部材から受ける力との均衡によって前記高周波照射部から照射される高周波が形成する電界内を移動することを特徴とする請求項７または８記載の排気浄化装置。
【請求項１０】
前記微粒子捕集部は、前記排気通路における排気の流れ方向において上流側の端部の一部を塞ぎ、前記排気通路を流れる排気が吹き付けられる抵抗板部材を有することを特徴とする請求項９記載の排気浄化装置。
【請求項１１】
前記駆動部は、通電により前記微粒子捕集部を駆動するアクチュエータを有し、
前記微粒子捕集部は、前記アクチュエータから受ける力により前記高周波照射部から照射される高周波が形成する電界内を移動することを特徴とする請求項７または８記載の排気浄化装置。
【請求項１】
内燃機関の排気が流れる排気通路を形成する排気管部材と、
前記排気管部材が形成する前記排気通路に設けられ、排気に含まれる微粒子を捕集する微粒子捕集部と、
前記微粒子捕集部へ高周波を照射する高周波照射部と、
前記排気通路における排気の流れ方向において、前記微粒子捕集部を挟んで上流側および下流側にそれぞれ設けられ、前記高周波照射部から照射された高周波を前記微粒子捕集部側へ反射し、上流側または下流側の少なくともいずれか一方は前記微粒子捕集部へ高周波を反射する反射面が前記微粒子捕集部に対し移動可能な可動反射部を有する高周波反射部と、
を備えることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
排気の流れ方向において前記微粒子捕集部の上流側に設けられ、排気の流れによって回転するタービンをさらに備え、
前記可動反射部は、前記タービンであることを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記可動反射部は、前記排気通路の中心軸に対し交差する回転軸を中心に回転するバタフライ弁であることを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記可動反射部は、前記排気通路において回転するファン部材であることを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。
【請求項５】
前記高周波反射部は、前記微粒子捕集部を挟んで前記可動反射部と反対側に、前記排気管部材の内径が縮小する内径縮小部からなる固定反射部を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の排気浄化装置。
【請求項６】
前記高周波反射部は、前記微粒子捕集部の前記可動反射部と反対側の端面に、金属製の皮膜からなる固定反射部を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の排気浄化装置。
【請求項７】
内燃機関の排気が流れる排気通路を形成する排気管部材と、
前記排気管部材が形成する前記排気通路に設けられ、排気に含まれる微粒子を捕集する微粒子捕集部と、
前記微粒子捕集部へ高周波を照射する高周波照射部と、
前記微粒子捕集部を、前記高周波照射部から照射される高周波が形成する電界内を移動可能に駆動する駆動部と、
を備えることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項８】
前記排気通路における排気の流れ方向において、前記微粒子捕集部を挟んで上流側または下流側の少なくともいずれか一方に設けられている高周波反射部をさらに備えることを特徴とする請求項７記載の排気浄化装置。
【請求項９】
前記駆動部は、前記排気通路における排気の流れ方向において、上流側および下流側から前記微粒子捕集部をそれぞれ支持する弾性部材を有し、
前記微粒子捕集部は、前記排気通路を流れる排気から受ける力と前記弾性部材から受ける力との均衡によって前記高周波照射部から照射される高周波が形成する電界内を移動することを特徴とする請求項７または８記載の排気浄化装置。
【請求項１０】
前記微粒子捕集部は、前記排気通路における排気の流れ方向において上流側の端部の一部を塞ぎ、前記排気通路を流れる排気が吹き付けられる抵抗板部材を有することを特徴とする請求項９記載の排気浄化装置。
【請求項１１】
前記駆動部は、通電により前記微粒子捕集部を駆動するアクチュエータを有し、
前記微粒子捕集部は、前記アクチュエータから受ける力により前記高周波照射部から照射される高周波が形成する電界内を移動することを特徴とする請求項７または８記載の排気浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−１６３３４１（Ｐ２０１１−１６３３４１Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８４４８１（Ｐ２０１０−２８４４８１）
【出願日】平成２２年１２月２１日（２０１０．１２．２１）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２１日（２０１０．１２．２１）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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