JP2990761B2 - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ディーゼルエンジン等の排気ガス中に含ま
れるススをフィルタで捕集し、これを焼却処理する排気
ガス浄化装置に関する。

［従来の技術］ ディーゼルエンジンの排気ガス中には、燃焼によって
生成されたカーボンを主成分とする排気微粒子（スス）
が高濃度で含まれており、これが公害の原因となってい
る。このため、ディーゼルエンジンを搭載した車両の排
気系には、排気ガス中のススをフィルタで捕集する排気
ガス浄化装置が設けられている。

近年、上記フィルタの目詰まりを防止するために、フ
ィルタに排気ガスの流れと逆方向に圧縮空気（逆洗空
気）を作用させ、フィルタからススを剥離・落下させて
ヒータ室内に集め、電気ヒータで焼却するようにした技
術が開発されている（例えば特開平２−45609「パティ
キュレートトラップ装置」等）。

［発明が解決しようとする課題］ 上記フィルタに付着したススは、逆洗空気をフィルタ
に作用させる逆洗時にフィルタから剥離・落下ことは勿
論だが、この時のみならず機関の通常運転時にもフィル
タから微量ながらも剥離・落下する。そのため、従来の
排気ガス浄化装置にあっては、このススを燃焼処理すべ
く上記電気ヒータを常に作動状態としていた。しかしな
がら、これでは電気ヒータの消費電力が大きく、車両の
バッテリやジェネレータの負担が大きいという問題点が
ある。

ところで、本発明者の研究によれば、ヒータ室内に集
められたススは略600℃以上で着火・燃焼するが、一旦
火が着いてしまえば燃え拡がり、自己着火燃焼するの
で、上記電気ヒータを作動し続ける必要はないというこ
とが解明された。すなわち、ヒータ室内にススがある程
度溜まってから電気ヒータを作動させ、ススの自己着火
燃焼を利用すれば、電気ヒータを作動し続ける必要はな
い。

以上の事情を鑑みて創案された本発明の目的は、ヒー
タの消費電力を低減する排気ガス浄化装置を提供するも
のである。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため本発明は、排気ガス中のスス
を付着すべく排気系に介設されたフィルタと、該フィル
タに上記排気ガスの流れとは逆方向に圧気を供給しフィ
ルタのススを剥離・落下させる逆洗手段と、落下したス
スを捕集・焼却するヒータ室と、該ヒータ室内のススの
温度または捕集量の少なくとも一方を検出し、スス温度
が所定温度以下という条件とスス捕集量が所定量以上と
いう条件の少なくとも一方を満足するときのみヒータ室
内のヒータをオンする制御手段とを備えたことから構成
されている。

［作 用］ ヒータは、ヒータ室内のスス温度が所定温度（例えば
自己着火燃焼温度）以下のとき、またはヒータ室内のス
ス捕集量が所定量以上となったときのみ、制御手段によ
ってオンされ、スス温度が所定温度（自己着火燃焼温
度）より高いとき、またはスス捕集量が所定量未満のと
きにはオフされる。これのより、ヒータの消費電力が低
減される。

［実施例］ 以下に本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明す
る。

第１図は、ディーセルエンジンの排気ガス中からスス
を取り除く排気ガス浄化装置１の概要を表している。図
示するように、エンジン２からマフラへ向かう排気管路
の途中が拡径されてスス除去室３が形成されている。こ
のスス除去室３は、その室内がフィルタ４によって上下
に排気導入室５とヒータ室６とに仕切られている。

上記フィルタ４は、例えばセラミックス多孔質材料な
どの多孔質通気材料からなっており、上下方向に形成さ
れた複数の円筒状の排気ガス通路７を有している。詳し
くは、上記フィルタ４は、排気導入室５側を仕切る上板
８と、ヒータ室６側を仕切る下板９と、これら上板８と
下板９との間に排気導入室５とヒータ室６とを連通する
ように多孔質通気材料で形成された複数の排気ガス通路
７とからなっている。

このような排気ガス通路７を有するフィルタ４は、第
１図に示すように、その側部がマフラ側排気管10と連通
している。このマフラ側排気管10と上記排気導入室５お
よびヒータ室６とは、上記フィルタ４によって仕切られ
ている。これらマフラ側排気管10,排気導入室５および
ヒータ室６とフィルタ４との各接触部には、夫々シール
部材11が介設されており、排気洩れの防止を図ってい
る。

この構成によれば、第１図に示すように、エンジン２
からの排気ガス12は、排気導入室５からフィルタ４の排
気ガス通路７を通ってヒータ室６内に流入し、ヒータ室
６内および排気ガス通路７内に充満する。その後、上記
排気ガス12は、排気ガス通路７の側部からマフラ側排気
管10へと浸透排出され、この際、排気ガス12中のスス13
が排気ガス通路７内面に付着することになる。

上記マフラ側排気管10内には、上記排気ガス12の流れ
と逆方向に圧縮空気14（以下逆洗空気14と呼ぶ）を供給
し、排気ガス通路７内面に付着したスス13を剥離・落下
させる逆洗手段15が設けられている。この逆洗手段15
は、マフラ側排気管10内に上記フィルタ４の側部に向け
て設けられたエアーノズル16と、このエアーノズル16に
逆洗空気14を供給するエアタンク17と、このタンク17と
ノズル16間のエアパイプに介設された開閉弁18と、上記
エアーノズル16より排気ガス12の流れの下流側のマフラ
側排気管10内に設けられた開閉弁19と、からなってい
る。上記エアタンク17にはコンプレッサ（図示せず）が
接続されており、エアタンク17内が所定の圧力に保たれ
ている。

この逆洗手段15は、エンジン２の累積回転数や噴射ポ
ンプの累積燃料噴射量が所定値を超えるとCPU20によっ
て自動的に作動されるようになっている。

すなわち、エンジン２の累積回転数や噴射ポンプの累
積燃料噴射量が所定値を超えた際には、長期の使用によ
って生じる上記フィルタ４の目詰まりを防止すべく、CP
U20は、第１図に一点鎖線で示すように、開閉弁19に閉
弁指令を与え、開閉弁19を閉弁してマフラ側排気管10を
閉塞する。その後、CPU20は、開閉弁18に開閉指令を与
え、開閉弁18を開閉制御してエアーノズル16からフィル
タ４の側部へ向けて逆洗空気14を断続的（パルス的）に
供給する。

すると、この逆洗空気14は、上記フィルタ４に対して
排気ガス12の流れとは逆方向に作用し、フィルタ４の排
気ガス通路７内面に付着したスス13が剥離され、下方の
ヒータ室６内に落下することになる。

このヒータ室６内には、第１図に示すように、落下し
たスス13を燃焼処理するための電気ヒータ21が収納され
ている。スス13を燃焼させると燃焼残留物（以下アッシ
と呼ぶ）が生じるため、このアッシをヒータ室６内から
取り除くべく、ヒータ室６内とマフラ側排気管10内とが
バイパス通路22によって連通されている。すなわち、ヒ
ータ室６内のアッシは、燃焼ガスといっしょにバイパス
通路22を通り、マフラ側排気管11へと圧送されることに
なる。なお、このバイパス通路22には、通路面積を絞る
オリフィス23が設けられている。

また、上記ヒータ室６内には、ヒータ室６内に捕集さ
れたスス13の温度を測定するスス温度センサ24と、スス
13の捕集量を測定するスス捕集量センサ25とが設けられ
ている。

上記スス温度センサ24には一般的な熱伝対が用いられ
ている。このスス温度センサ24は上記CPU20とオンライ
ンで接続されている。そして、スス温度が600℃以下の
場合にCPU20が電気ヒータ21のスイッチ26をONし、スス
温度が600℃を超えた場合にはススが自己着火燃焼する
ので電気ヒータ21のスイッチ26をOFFするようになって
いる。

一方、上記スス捕集量センサ25は、第２図に示すよう
に、アースされたヒータ室６の室壁27と、このヒータ室
壁27と接触しないようにヒータ室６内に収納された電極
28と、この電極28にコーティングされた樹脂29と、から
なっている。この構成によれば、ヒータ室６内にスス13
が溜まってくると、このスス13は略カーボンからなって
おり導電性を有しているので、ヒータ室壁27と電極28と
が、スス13および樹脂29を介して短絡される。

この際、ヒータ室壁27と電極28との間の静電容量は、
スス13（導電体）により短絡されたヒータ室壁27と電極
28との間の樹脂29の静電容量となる。すなわち、ヒータ
室壁27と電極28間の静電容量は、第３図に示すように、
スス13の積層に伴って増加することになる。よって、上
記静電容量を測定すれば、ヒータ室６内のスス13の捕集
量が解る。

このスス捕集量センサ25も上記スス温度センサ24と同
様にCPU20とオンラインで接続されている。そして、ス
ス捕集量センサ25の静電容量が所定値ｘを超えると、上
記CPU20は、ヒータ室６内のスス13の捕集量がＸを超え
たと判断し、ヒータ室６内の電気ヒータ21のスイッチ16
をONするようになっている。

上記スス温度センサ24、スス捕集量センサ25およびCP
U20が、ヒータ室６内のスス13の温度やスス13の捕集量
からヒータ21をON−OFF制御する制御手段となってい
る。

以上の構成からなる本実施例の作用について述べる。

エンジン２の運転中、CPU20がエンジン２の累積回転
数や噴射ポンプの累積燃料噴射量が所定値を超えたこと
を検知すると、CPU20は、第１図に示すマフラ側排気管1
0内の開閉弁19に閉弁指令を与え、開閉弁19を閉弁して
マフラ側排気管10を閉塞する。その後、CPU20は、上記
エアパイプ上の開閉弁18に開閉指令を与え、開閉弁18を
開閉制御してエアーノズル16からフィルタ４の側部へ向
けて逆洗空気14を断続的（パルス的）に供給する。する
と、この逆洗空気14は、上記フィルタ４に対して排気ガ
ス12の流れとは逆方向に作用し、フィルタ４の排気ガス
通路７内面に付着したスス13を剥離させる。剥離したス
ス13は、下方のヒータ室６内に落下し、そこに捕集され
る。

ヒータ室６内に捕集されたスス13は、第４図に示すよ
うに、ヒータ室６内のスス温度センサ24およびスス捕集
量センサ25により、スス温度Ｔおよびスス捕集量Ｍが測
定される。この測定は、常時行ってもよいし、或いは適
当な時間間隔をおいて断続的に行ってもよい。

そして、Ｔ＜600℃，且つＭ＞Ｘの条件を満たすとき
には、上記CPU20がヒータ21をONする。もしこの条件を
満たさなければCPU20がヒータをOFFする。

すなわち、スス13の量Ｍがある程度（第２図中Ｘ以
上）たまった状態で、スス13の温度Ｔが600℃以下の場
合にのみ、ヒータ21が作動するようになっている。逆を
いえば、スス13の温度Ｔが600℃以上であればスス13が
自己着火燃焼するためヒータ21を切り、スス13の量Ｍが
Ｘ以下の場合もＸ以上たまるまでヒータ21を切る。

このように、ヒータ室６内に捕集されたスス13の温度
Ｔやススの捕集量Ｍに応じて適宜ヒータ21をON−OFF制
御するので、ヒータ21の消費電力が低減されることにな
る。よって、車両のバッテリー、ジェネレータの負担が
軽くなる。

上記スス捕集量センサ25の変形例を第５図に示す。図
示するようにこのスス捕集量センサ25は、ヒータ室６の
対向するヒータ室壁6a,6bに夫々設けられた発光ダイオ
ード30とフォトトランジスタ31とからなっている。これ
らの発光ダイオード30とフォトトランジスタ31とは、第
６図に示す回路になっており、ヒータ室６に所定量（Ｘ
以上）のスス13がたまると、スス13によって発光ダイオ
ード30からフォトトランジスタ31への光路が遮られ、第
７図に示すように出力電圧が低下してスス13の捕集量を
検出するようになっている。

なお、上記温度センサ24とスス捕集量センサ25のうち
どちらか一方のみを設け、第８図に示すように、スス温
度Ｔまたはスス捕集量Ｍを測定し、ＴまたはＭのどちら
かがＴ＜600℃,M＞Ｘの条件を満たせばヒータ21をONに
し、さもなければヒータ21をOFFにするようにしてもよ
い。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明に係る排気ガス浄化装置に
よれば、スス温度が所定温度以上またはスス捕集量が所
定量以上の場合のみヒータがオンされ、それ以外の場合
にはヒータがオフされるので、ヒータの消費電力を大幅
に低減できるという優れた効果を発揮することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す排気ガス浄化装置の側
断面図、第２図は第１図中のスス捕集量センサを示す側
断面図、第３図は上記スス捕集量センサの静電容量特性
を表すグラフ、第４図は制御手段のフローチャート、第
５図はスス捕集量センサの変形例を示す側断面図、第６
図はこのスス捕集量センサの回路図、第７図はこのスス
捕集量センサの出力電圧特性図、第８図は上記制御手段
の別のフローチャートである。 図中、１は排気ガス浄化装置、４はフィルタ、６はヒー
タ室、12は排気ガス、13はスス、14は圧気としての逆洗
空気、21はヒータ、20,24,25は制御手段である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】排気ガス中のススを付着すべく排気系に介
   設されたフィルタと、該フィルタに上記排気ガスの流れ
   とは逆方向に圧気を供給しフィルタのススを剥離・落下
   させる逆洗手段と、落下したススを捕集・焼却するヒー
   タ室と、該ヒータ室内のススの温度または捕集量の少な
   くとも一方を検出し、スス温度が所定温度以下という条
   件とスス捕集量が所定量以上という条件の少なくとも一
   方を満足するときのみヒータ室内のヒータをオンする制
   御手段とを備えたことを特徴とする排気ガス浄化装置。