JPH04301131A - 内燃機関用フィルタ再生装置 - Google Patents

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】本発明はディーゼルエンジンから
排出される排気ガス中に含まれるパティキュレート（粒
子状物質）を捕集する内燃機関用フィルタを加熱手段を
利用して再生する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年世界各国では大気汚染物質の排出規
制がコ・ジェネレーションなどの固定発生源や自動車な
どの移動発生源に対して強化される動きにある。とくに
自動車の排気ガスに関する規制は従来の濃度規制から総
量規制へ移行され規制値自体も大幅な削減となっている
。

【０００３】自動車の中でもディーゼル車は窒素酸化物
と同時にパティキュレートの排出規制を強化する動きに
ある。燃料噴射時期遅延などの燃焼改善による低減対策
だけでは排出ガス規制値を達成することは不可能とされ
、現状では排気ガスを浄化する後処理装置の付設が不可
欠である。ディーゼルエンジンの後処理装置として排気
ガス流に含まれる黒煙を主成分とするパティキュレート
を捕集するフィルタを用いる方法が検討されている。

【０００４】ところが上記フィルタはパティキュレート
が捕集され続けると、目詰まりを生じて捕集能力が大幅
に低下するとともに排気ガスの流れが悪くなってエンジ
ン出力を低下させたり、あるいはエンジンが停止すると
いった問題を起こす。

【０００５】したがって現在世界中でフィルタの捕集能
力を再生させるための技術開発が進められているが、未
だ実用に至っていない。

【０００６】パティキュレートは６００℃程度から燃焼
することが知られている。パティキュレートをこの温度
に昇温するための加熱手段としてはバーナ方式、電気ヒ
ータ方式あるいはマイクロ波方式などが考えられている
。

【０００７】図３に加熱手段が電気ヒータ方式によるフ
ィルタ再生装置を示す。同図において、１はエンジン、
２は排気マニフォールド、３は排気管、４は排気分岐管
、５はフィルタ、６はフィルタを収納した加熱室、７は
電気ヒータによる加熱手段、８は空気ポンプ、９は空気
供給路、１０は加熱手段の駆動電源、１１はマフラ、１
２は空気切換バルブ、１３は排気ガス切換バルブである
。このフィルタ再生装置において加熱室６に収納された
フィルタ５はフィルタ５の排気ガスの流入側と排気ガス
流出側が自動車の走行路面に対して水平に配置されてい
る。

【０００８】上記した構成において、エンジンの排気ガ
スは排気ガス切換バルブ１３によってフィルタ５に導か
れたり、直接大気へ排出されたりする。パティキュレー
ト捕集過程において排気ガスはフィルタ５に導かれ排気
ガス中に含まれるパティキュレートはフィルタ５に捕集
される。捕集能力が限界に達すると排気ガス切換バルブ
１３が制御されて排気管３への排気ガスが遮断され、排
気ガスのすべては排気分岐管４を経て大気に排出される
。この間にフィルタ５の再生が行われる。

【０００９】このフィルタ再生過程においてパティキュ
レートを加熱するエネルギは電気ヒータによる加熱手段
７から、また燃焼に必要な空気は空気ポンプ８より供給
される。所定の時間を経てフィルタ再生が完了すると排
気ガス切換バルブ１３が再び制御されてフィルタ５に排
気ガスが導かれ、捕集を開始する。この捕集と再生の過
程がくり返される。

【００１０】上記フィルタ再生装置のフィルタ５はコー
ディエライト、ムライトなどの多孔質セラミックの隔壁
より形成される多数の貫通孔を有するハニカム構造体が
適用される。そしてこのハニカム構造体は前記貫通孔の
両端に排気ガス流が多孔質のセラミックの隔壁を通過し
て排出されるように交互に気密性を有する封止栓が設け
られ、パティキュレートは排ガス流の入口側の多孔質セ
ラミックの隔壁に捕集される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記構成のフィルタ再
生過程においてフィルタに捕集されたパティキュレート
は電気ヒータ方式の加熱手段によって加熱され、さらに
燃焼に必要な空気を送風することによって燃焼を開始す
る。このとき排気ガスの流入側のフィルタ端面部は前記
加熱手段によって効率よく加熱されるので燃焼に必要な
空気の送風により燃焼開始するが前記フィルタの排気ガ
ス流出側においてはパティキュレートの捕集量が少ない
とパティキュレートの燃焼が途中で停止しフィルタ全域
の再生が困難であった。特にフィルタの排気ガス流出側
の端面部が再生され難い。その結果、パティキュレート
の捕集、再生の継続的な繰り返しにおいてパティキュレ
ートが残存する領域が増加しフィルタとしての捕集能力
が失われたり、捕集性能や再生性能が低下するという課
題があった。

【００１２】本発明は上記課題を解決するもので、フィ
ルタ内のパティキュレートを効率よく再生し、フィルタ
としての捕集、再生性能を継続的に維持できる再生装置
を提供することを目的としたものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本発明の内燃機関用フィルタ再生装置は内燃機関の排
気ガスを排出する排気管に設けられた加熱室と、前記加
熱室に収納され前記内燃機関の排気ガス中に含まれるパ
ティキュレートを捕集するフィルタと、排気ガス流入側
の前記フィルタの全面に配置された発熱体による加熱手
段と、前記加熱室に空気を供給する送風手段とを備える
とともに、前記フィルタの排気ガス流入側が排気ガス流
出側よりも自動車の走行路面に対して下方に位置するよ
うに配置された構成としている。

【００１４】また本発明は内燃機関用のフィルタにパテ
ィキュレートを低温で分解する触媒を担持した構成とし
ている。

【００１５】

【作用】パティキュレートを捕集する内燃機関用フィル
タ再生装置のフィルタはパティキュレートの捕集が予め
決められた量になるとヒータ方式の加熱手段によりパテ
ィキュレートが加熱され、さらに燃焼に必要な空気が送
風されて燃焼が開始する。本発明における内燃機関用の
フィルタは前記フィルタの排気ガスの流入側が排気ガス
流出側よりも自動車の走行路面に対して下方に位置する
ように構成されているので、燃焼が開始した部分からの
燃焼熱が上昇気流により効率的に排気ガスの流出側の方
向に伝達され、パティキュレートが次々に燃焼を開始す
る。

【００１６】また本発明は前記内燃機関用のフィルタに
パティキュレートを低温で分解する触媒を担持すること
によりパティキュレートを低温で燃焼させることができ
るのでフィルタに堆積しているパティキュレートを効率
的に燃焼除去できる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面を参照して
説明する。

【００１８】図１において、１６は内燃機関の排気ガス
を排出する排気管、１７は排気管の途中に設けられた加
熱室、１８は加熱室内に収納され排気ガスが通過する間
に排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集するフ
ィルタであり、ムライトやコージライトなどの多孔質の
セラミック材料のハニカム構造体で構成されている。１
９は排気ガス流入側のフィルタの全面に配置された発熱
体による加熱手段、２０は加熱室に空気を供給する空気
供給手段である。この空気供給手段２０は送風機あるい
はポンプからなる空気供給源２１とその空気を加熱室に
導く導風パイプ２２と導風パイプ内の空気の流れを制御
する空気供給流量制御バルブ２３とから構成されている
。排気ガスは図中矢印で示した方向から排気管内を流れ
る。２４はフィルタの排気ガス流入側と流出側との間に
設けられたバイパス管、２５は加熱室を流れる排ガス流
量を制御する排気管流量制御バルブ、２６はバイパス管
内を流れる排ガス流量を制御するバイパス管流量制御バ
ルブである。２７はフィルタ外週と加熱室内壁の間に設
けられた断熱材であり、フィルタと加熱室とはほぼ同心
状に配置される。

【００１９】図２は上記本発明の内燃機関用フィルタ再
生装置を自動車に実装した例を示している。図２に示す
ように加熱室に収納されたフィルタ１８は排気ガスの流
入側が排気ガスの流出側よりも自動車の走行路面に対し
て下方に位置するように配置されている。

【００２０】このような構成からなるフィルタ再生装置
において、排気ガスの流れ、パティキュレート捕集のプ
ロセスおよび再生プロセスを以下に説明する。

【００２１】通常、内燃機関から排気される排気ガスは
排気管１６を通りフィルタ１８に流入する。このとき排
気ガス中のパティキュレートはフィルタの壁面に捕集さ
れ、パティキュレートを含まない排気ガスが排気管１６
を通り大気へ放出される。

【００２２】フィルタはパティキュレートを捕集しつづ
けると目詰まりを生じるので適当な時期にフィルタの再
生を行わなければならない。この時期は例えば、加熱室
１７の流入側および流出側の排気管１６に圧力検出手段
を設け、この信号より得られるフィルタの圧力損失があ
らかじめ設定された圧力基準値に到達するタイミングや
内燃機関運転時間で判断される。

【００２３】この適当な時期に至るとバルブ２５、２６
が制御され、排気ガスはバイパス管２４に導かれ大気へ
放出される。その後、フィルタ１８は再生が開始される
。再生開始指示が発せられるとその指示に従い加熱手段
１９が動作し始める。この加熱手段１９により排ガスの
流入側のフィルタ端面部に捕集されたパティキュレート
が加熱される。

【００２４】その後、空気供給手段２０を作動させて所
定の空気を加熱室へ流入させる。この空気により高温に
なっているパティキュレートはすみやかに燃焼状態へ移
る。この燃焼状態はフィルタの排気ガス流出側方向に移
動する。

【００２５】再生の完了はあらかじめ決めた時間で決定
する方法やフィルタの圧力損失が所定のレベルになった
ことで決定する方法、あるいはフィルタの後方に設けた
温度検出手段の信号の変化パターン（たとえば排気温度
のピーク時刻）に基づいて決定する方法などによって識
別する。

【００２６】上記したような方法に基づいて再生が完了
するとバルブ２５、２６が制御され排気ガスはフィルタ
へ流入し再び排気ガス中のパティキュレートを捕集する
動作に移行する。フィルタが捕集限界に達すると上記し
た一連の動作が実行される。そしてこのサイクルが繰り
返される。

【００２７】次にフィルタに捕集されたパティキュレー
トの再生プロセスにおける本発明の作用について説明す
る。

【００２８】上記装置構成によって、フィルタのパティ
キュレートの捕集が予め決められた量になるとヒータ方
式の加熱手段１９により排気ガス流入側のフィルタ端面
部に捕集されたパティキュレートが加熱され、さらに燃
焼に必要な空気が送風されて燃焼を開始する。本発明に
おける内燃機関用のフィルタは前記フィルタの排気ガス
の流入側が排気ガス流出側よりも自動車の走行路面に対
して下方に位置するように構成されている。このフィル
タの配置により燃焼が開始したフィルタ端面部からの燃
焼熱が上昇気流により効率的に排気ガスの流出側の方向
に伝達され、パティキュレートが次々に燃焼を開始する
。前述のようにパティキュレートは排気ガス流入側から
開始した燃焼の自然の移行だけでなく、燃焼が上昇気流
によって促進されるのでパティキュレートの捕集量が少
なくてもフィルタ全域のパティキュレートのほとんどを
燃焼除去でき高い再生性能を実現することができる。

【００２９】またフィルタに捕集されているほとんどの
パティキュレートを燃焼除去できるのでパティキュレー
トの捕集、再生の継続的な繰り返しにおいてパティキュ
レートがフィルタ内部に残存することによるフィルタの
捕集性能や再生性能の低下を防止することができる。

【００３０】また本発明の内燃機関用フィルタにパティ
キュレートを低温で分解する触媒を担持することにより
パティキュレートを低温で燃焼させることができ、フィ
ルタに堆積しているパティキュレートの再生能力をより
向上させることができる。上記パティキュレートを低温
で分解する触媒としてはアルカリ金属、アルカリ土類金
属からなる炭酸塩やバナジウム、モリブデン、タングス
テン、銅、マンガン、コバルトの酸化物が挙げられ、こ
れらの少なくとも１種がフィルタに担持される。

【００３１】なお、本発明の実施例では加熱手段１９と
して電気ヒータ方式を挙げているがこの電気ヒータの代
わりにマイクロ波吸収特性に優れた電波吸収材料からな
る発熱体を配置し、この発熱体を加熱するためのマイク
ロ波発生手段を設けてもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の内燃機関用
フィルタ再生装置によると以下の効果が得られる。

【００３３】本発明における内燃機関用フィルタ再生装
置はフィルタをフィルタの排気ガスの流入側が排気ガス
流出側よりも自動車の走行路面に対して下方に位置する
ように構成しているので、 （１）燃焼が開始した排気ガス流入側からの燃焼熱が上
昇気流により効率的に排気ガスの流出側の方向に伝達さ
れ、パティキュレートが次々に燃焼を開始し、フィルタ
に捕集されているほとんどのパティキュレートを燃焼除
去できる。したがってフィルタ全域を再生することがで
き高い再生性能を実現することができる。 （２）またパティキュレートの捕集、再生の継続的な繰
り返しにおいてパティキュレートがフィルタ内部に残存
することによるフィルタの捕集性能や再生性能の低下を
防止することができる。 （３）また上記本発明の内燃機関用フィルタにパティキ
ュレートを低温で分解する触媒を担持することによりパ
ティキュレートを低温で燃焼させることができるのでフ
ィルタに堆積しているパティキュレートの再生性能をよ
り向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における内燃機関用フィルタ
装置の構成図。

【図２】本発明の一実施例における内燃機関用フィルタ
装置を自動車に実装した構成図。

【図３】従来の内燃機関の排気ガス浄化用フィルタ再生
装置の構成図。

【符号の説明】

１６　　排気管 １７　　加熱室 １８　　フィルタ １９　　加熱手段 ２０　　空気供給手段 ２１　　空気供給源 ２２　　導風パイプ ２３　　空気供給流量制御バルブ ２４　　バイパス管 ２５　　排気管流量制御バルブ ２６　　バイパス管流量制御バルブ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　内燃機関の排気ガスを排出する排気管
   に設けられた加熱室と、前記加熱室に収納され前記内燃
   機関の排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集す
   るフィルタと、排気ガス流入側の前記フィルタの全面に
   配置された発熱体による加熱手段と、前記加熱室に空気
   を供給する送風手段を備えるとともに、前記フィルタの
   排気ガス流入側が排気ガス流出側よりも自動車の走行路
   面に対して下方に位置するように構成された内燃機関用
   フィルタ再生装置。
2. 【請求項２】　　フィルタに排気ガス流に含まれるパテ
   ィキュレートを低温で分解する触媒を担持した請求項１
   記載の内燃機関用フィルタ再生装置。