JPH04353210A - パティキュレートトラップフィルタの再生方法 - 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機関における
エンジン排出ガス中のパティキュレートを捕集し燃焼し
て除去するためのパティキュレートトラップフィルタの
再生方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来よりディーゼル機関においては、燃
料の燃焼時に発生するカーボン粒子等のパティキュレー
トが黒煙となって大気中に排出されることを防止するた
め、排気管路中に前記パティキュレートを捕集するパテ
ィキュレートトラップフィルタを備えた排気浄化装置が
設けられているが、長期間の使用等により前記排気浄化
装置の円筒状容器に収納されたパティキュレートトラッ
プフィルタが目詰まりを起こすと、背圧が高くなりディ
ーゼル機関の出力が低下するという問題を生じるように
なる。

【０００３】そこで、前記排気浄化装置には定期的に、
あるいは背圧が一定以上になった時に、前記パティキュ
レートトラップフィルタの濾過面に堆積したカーボン粒
子等のパティキュレートを燃焼させて目詰まりを解消さ
せるバーナー装置が備えられている。

【０００４】しかしながら、前記バーナー装置の噴射口
からの燃焼ガスをそのままパティキュレートトラップフ
ィルタに流すと、カーボン粒子等のパティキュレートは
当該フィルタの中央部で優先的に燃焼して均一に燃焼さ
れず、しかも当該フィルタが局部的に過熱され、限界温
度を超えてしまって当該フィルタ自体が溶損したり、当
該フィルタ各部での温度差が大となり、その結果、熱応
力の差から当該フィルタに亀裂等の破損を生じたりする
恐れが大であった。

【０００５】そこで上記欠点を解消するために、カーボ
ン粒子等のパティキュレートの燃焼を均一に、かつパテ
ィキュレートトラップフィルタが過熱されないように緩
やかに燃焼除去する方法として、前記パティキュレート
を間欠的に燃焼させる方法が特開昭６２−２５５５１２
号公報に、また、酸素濃度を一定以下にする方法が特開
平１−８７８２０号公報や実開昭６１−１７５５２２号
公報等に提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記パ
ティキュレートトラップフィルタの再生方法では、当該
フィルタ内部に堆積したパティキュレートの燃焼分布が
不均一となり燃焼除去に時間差を生じることは否めず、
その結果、パティキュレートの燃焼部では８００〜９０
０℃の温度に達し、未燃焼部との温度差が６００〜７０
０℃にも及ぶ大きな温度勾配を生じ、熱応力の差から当
該フィルタ自体に亀裂を生じるという恐れは依然として
解決されず、しかもパティキュレートの燃焼除去が標準
的なディーゼル機関で約１５分以上と長時間を要するこ
とから、一般に前記排気浄化装置を複数個設けて交互に
パティキュレートの捕集と燃焼除去を行わなければなら
ず、装置の大型化及び高価であるという課題があった。

【０００７】

【発明の目的】本発明は上記欠点に鑑み案出されたもの
で、その目的は、パティキュレートトラップフィルタに
捕集されたパティキュレートを均一に、かつ短時間に燃
焼して、当該フィルタ自体に亀裂等の破損や溶損を発生
したりすることなくその目詰まりを解消し、前記再生と
パティキュレートの捕集とを１台の排気浄化装置で行う
ことができるパティキュレートトラップフィルタの再生
方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のパティキュレー
トトラップフィルタの再生方法は、排気管路の途中にパ
ティキュレートトラップフィルタと複数の孔を有する円
筒部材及び貫通孔を設けた複数の整流板を有する混合器
とを収納した円筒状容器を配設し、円筒状容器の前方に
バーナー装置を設け、排気管路と混合器の間に差圧セン
サーを設けるとともに当該フィルタ入口に圧力センサー
と温度センサーを設け、該圧力センサーで目詰まり状態
を検知した制御装置により排気管路から分岐した分岐管
のバルブを開いて排気ガスを一時的に迂回させ、排気管
路から当該フィルタに排気ガスを流しているバルブを閉
じて排気ガスと燃焼ガスの混合器に通じるバルブを開い
た後、バーナー装置に着火して燃焼ガスを噴射口から混
合器に組み込まれた整流板に噴射すると同時に、前記分
岐管のバルブを閉じて排気ガスをディストリビュータと
混合器の空間に導き、差圧センサーにより排気ガスの流
量を検知し、エンジンの回転数を変えて排気ガス量を増
減させ燃焼空気量を調整し、次いで排気ガスを中央部に
貫通孔を設けた複数の整流板と外周部に複数の貫通孔を
有する整流板及び中央部より外周部がより大なる貫通孔
を有する整流板に順次通過させて燃焼ガスと混合し、該
混合ガスの温度を温度センサーにより検知し、バーナー
装置の燃料供給量を変えて混合ガスの温度を調整し、当
該フィルタの濾過面に堆積したパティキュレートを燃焼
させることを特徴とするものである。

【０００９】

【実施例】以下、本発明のパティキユレートトラップフ
ィルタの再生方法を詳細に説明する。図１は本発明のパ
ティキユレートトラップフィルタの再生方法を説明する
ための排気管路中に設けたパティキユレートトラップフ
ィルタの再生装置を有する排気浄化装置の要部破断図で
ある。

【００１０】図１において、１は排気管路、２は円筒状
容器６に収納したパティキュレートトラップフィルタ、
３はパティキュレートトラップフィルタ２に排気ガス１
３ａ中のパティキュレートを均等に供給する目的で配設
された複数の孔を有する円筒部材、５は貫通孔１９ａ、
１９ｂ、１９ｃ、１９ｄを設けた円板状の整流板４ａ、
４ｂ、４ｃ、４ｄを有する混合器であり、円筒状容器６
の前方にディストリビュータ１８に付設した噴射口１７
を有するバーナー装置７を設けてパティキユレートトラ
ップフィルタの再生装置を有する排気浄化装置を構成す
る。

【００１１】前記再生装置の稼働に際しては、先ず圧力
センサー９で背圧を測定し、一定値以上の背圧を検知し
た場合、排気管路１から分岐した分岐管１１のバルブ１
２を開いて排気ガス１３ｂを一時的に迂回させ、排気管
路１のバルブ１４を閉じてバルブ１６を開き、次いでバ
ーナー装置７の燃焼空気制御バルブ（不図示）を少し開
き、バーナー装置７に着火して燃焼ガス１５を噴射口１
７から円筒状容器６に組み込まれた整流板４ａに噴射す
る。　　同時に、約１００乃至４５０℃の温度の排気ガ
ス１３ａを円筒状容器６と混合器５の空間を通してディ
ストリビュータ１８と混合器５の間で、噴射口１７から
の燃焼ガス１５と渦巻き状に混合する。

【００１２】排気ガス１３ａと燃焼ガス１５とは、整流
板４ａの中央部に設けた貫通孔１９ａを通過後、整流板
４ａと整流板４ｂの間の空間で混合され、混合ガス２０
ａは整流板４ｂの中央部に設けた貫通孔１９ｂを、更に
整流板４ｃの外周部に設けた複数の貫通孔１９ｃを通過
し、次に中央部より外周部がより大なる貫通孔１９ｄを
有する整流板４ｄを経て円筒部材３を通ってパティキユ
レートトラップフィルタ２に至る。

【００１３】ここに至って、混合ガス２０ｂはその流速
分布が乱流状態となり、更にパティキユレートトラップ
フィルタ２の内部の温度差も排気ガスと燃焼ガスの混合
ガス２０ｂを大量に流すためにほぼ均一となり、パティ
キュレートの燃焼分布も均一化され、パティキユレート
トラップフィルター２の内部の温度匂配により発生する
当該フィルタ２の亀裂を防ぐことができ、かつパティキ
ュレートトラップフィルタ２に堆積したカーボン粒子等
のパティキュレートを完全に再燃焼させることができる
。

【００１４】再燃焼時間はパティキュレートを完全に再
燃焼させて除去できる時間を予め設定しておき、設定時
間経過後バーナー装置７の燃焼を止め、約１分間バーナ
ー装置７の燃焼用空気を流した後、排気ガス１３ａのバ
ルブ１４を開くと共にバルブ１６を閉じる。

【００１５】かくして、エンジンの排気ガス１３ａは再
びパティキュレートトラップフィルタ２を通って排出さ
れるため、大気中にはパティキュレートをほとんど含ま
ない排気ガス２１が排出されることとなる。

【００１６】本実施例のパティキュレートトラップフィ
ルタの再生方法では、排気管路１を流れる排気ガス１３
ａを利用してパティキュレートの燃焼除去時に、多量の
燃焼用空気を送り込むため、パティキュレートは完全燃
焼してしまい、かつパティキュレートの燃焼により生じ
る発熱量をパティキュレートの再燃焼用の前記混合ガス
が奪うため、当該フィルタ自体が高温になるのが抑えら
れ、短時間でパティキュレートを再燃焼することができ
ることとなる。

【００１７】その際の適切な燃焼空気量は、熱量をＱ、
空気容積をＶ、空気比熱をＣｐ　、密度をγ、パティキ
ュレートの燃焼による温度上昇分をｔ１　−ｔ２　とす
ると、

【００１８】

【数１】

【００１９】となる。

【００２０】例えば、パティキュレートがカーボン粒子
を主体とする煤であり、その発熱量が約８０００Ｋｃａ
ｌ／Ｋｇとすると、パティキュレートトラップフィルタ
が目詰まりを起こし、エンジンの出力が低下し始める時
の圧損は約１０００ｍｍＨ２　Ｏ以上であり、その時の
パティキュレートトラップフィルタの濾過面に堆積した
パティキュレートの量は一般に約１５ｇに相当する。

【００２１】故に煤１５ｇの発熱量は約１２０Ｋｃａｌ
となり、これを５００〜８００℃の前記混合ガスにより
１２０秒前後で燃焼させ、煤の燃焼だけによるパティキ
ュレートトラップフィルタの温度の上昇を１００℃以内
に押えるに必要な燃焼空気量、即ち排気ガスと燃焼ガス
との混合ガスの全空気量は、数１より単位時間当たりの
燃焼空気量として算出すると、

【００２２】

【数２】

【００２３】となるから約２０００ｌ／ｍｉｎ以上の燃
焼空気を流せば、煤だけの発熱量によるパティキュレー
トトラップフィルタの温度上昇を１００℃以内に押さえ
て、当該フィルタ内部の温度を６００〜８００℃未満の
温度で煤を再燃焼することが可能となり、かつパティキ
ュレートトラップフィルタ入口側と出口側の温度差を１
５０℃以内とすることが可能となる。

【００２４】尚、前記燃焼空気量の制御には、差圧セン
サー８により排気ガスの流量を検知し、該流量が少ない
時には、制御装置２２よりエンジンの燃料噴射ポンプ制
御装置に信号を出してエンジンの回転数を上昇させ、排
気ガス量を増加させる。また、混合ガスの温度を温度セ
ンサー１０により検知し、燃焼空気量は十分だが当該フ
ィルタ入り口でのパティキュレート燃焼用の混合ガスの
温度が高い時には、制御装置２２より信号を出してバー
ナー装置７の燃料ポンプを制御して燃料供給量を絞り、
混合ガスの温度を下げて煤が着火可能な６００〜８００
℃未満の温度、望ましくは６５０〜７００℃の温度を一
定に保つことにより、安定して煤を燃焼させることがで
きる。

【００２５】次に、本発明に係るパティキュレートトラ
ップフィルタの再生方法の評価を図１に基づいて詳述す
る。

【００２６】円筒状容器６内に、１５ｇの煤を充填した
直径１４０ｍｍ、長さ１３０ｍｍのコージエライト製の
ハニカム構造体から成るパティキュレートトラップフィ
ルタ２を収容し、当該フィルタの出口側に温度センサー
を配置するとともに、バルブ１６を経由して導入した排
気ガスとバーナー装置７の噴射口１７から供給した６０
０ｌ／ｍｉｎの一定量の燃焼ガス１５を混合したパティ
キュレート燃焼用の混合ガス２０ｂを、パティキュレー
トトラップフィルタ２の入口での温度が６５０℃となる
ように調整し前記混合ガスの総量で２０００ｌ／ｍｉｎ
、及び比較例として１８００ｌ／ｍｉｎ流し、パティキ
ュレートの燃焼開始から１分毎の当該フイルタの温度差
及び温度差の最大値を測定した。以上の結果を表１に示
す。

【００２７】

【表１】

【００２８】この結果、混合ガスを総量で２０００ｌ／
ｍｉｎ流した場合、当該フィルタに充填した１５ｇの煤
は５分で燃焼を完了し、バーナ装置に着火してから前記
出口側の煤が８０％を越える面積まで燃焼するに要する
時間は、最大約４分であり、最高温度も８００℃未満と
低く、前記温度差も最大１１０℃を示したが、コージエ
ライト製のパティキュレートトラップフィルタを破損し
たり、溶損したりすることはなかった。

【００２９】次に、前記と同一条件で燃焼除去を５００
回まで繰り返し行い、初めにアコースティックエミッシ
ョンにより音響波形解析を行って共振点を求め、次に１
０回毎に同様の音響波形解析を行い、前記共振点の波形
の減衰量が一定値以上となった当該フィルタを破損した
ものとして、亀裂の有無を調査した。

【００３０】その結果、混合ガスを総量で１８００ｌ／
ｍｉｎ流した比較例の場合には、５０回の繰り返し燃焼
除去で当該フィルタは破損したが、２０００ｌ／ｍｉｎ
流した場合には５００回の繰り返し燃焼除去でも何ら異
常は認められなかった。

【００３１】尚、本実施例では燃焼空気の供給源として
エンジンからの排気ガスを利用したが、別途、コンプレ
ッサーから燃焼除去用の空気を供給しても同様の効果が
得られることを確認している。

【００３２】

【発明の効果】本発明のパティキュレートトラップフィ
ルタの再生方法では、エンジンの排気ガスとバーナ装置
の燃焼ガスの混合ガスをパティキュレートの燃焼空気と
して大量に供給してパティキュレートトラップフィルタ
を再生することから、パティキュレートトラップフィル
タに捕集されたパティキュレートを均一に、かつ短時間
に燃焼させ、当該フィルタ各部の温度差を極めて小さく
することができ、パティキュレートトラップフィルタ自
体に亀裂等の破損や溶損を発生したりすることなくその
目詰まりを速やかに解消することができ、パティキュレ
ートトラップフィルタの再生とパティキュレートの捕集
とを１台の排気浄化装置で連続的に行うことができる信
頼性に優れたパティキュレートトラップフィルタの再生
方法を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のパティキユレートトラップフィルタの
再生方法を説明するための排気管路中に設けたパティキ
ユレートトラップフィルタの再生装置を有する排気浄化
装置の要部破断図である。

【符号の説明】

１　　　　　　　　　　排気管路 ２　　　　　　　　　　パティキユレートトラップフィ
ルタ３　　　　　　　　　　円筒部材 ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ　　　　　　整流板５　　　　
　　　　　　混合器 ６　　　　　　　　　　円筒状容器 ７　　　　　　　　　　バーナ装置 ８　　　　　　　　　　差圧センサー ９　　　　　　　　　　圧力センサー １０　　　　　　　　温度センサー １１　　　　　　　　分岐管 １２、１４、１６　　　　　　　　　　　　バルブ１３
ａ、１３ｂ、２１　　　　　　　　排気ガス１５　　　
　　　　　燃焼ガス １７　　　　　　　　噴射口 １８　　　　　　　　ディストリビュータ１９ａ、１９
ｂ、１９ｃ、１９ｄ　　　　　　貫通孔２０ａ、２０ｂ
　　　　　　　　　　　　　　混合ガス２２　　　　　
　　　制御装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】排気管路の途中にパティキュレートトラッ
   プフィルタと複数の孔を有する円筒部材及び貫通孔を設
   けた複数の整流板を有する混合器とを収納した円筒状容
   器を配設し、円筒状容器の前方にバーナー装置を設け、
   排気管路と混合器の間に差圧センサーを設けるとともに
   パティキュレートトラップフィルタ入口に圧力センサー
   と温度センサーを設け、該圧力センサーで目詰まり状態
   を検知した制御装置により排気管路から分岐した分岐管
   のバルブを開いて排気ガスを一時的に迂回させ、排気管
   路からパティキュレートトラップフィルタに排気ガスを
   流しているバルブを閉じて排気ガスと燃焼ガスの混合器
   に通じるバルブを開いた後、バーナー装置に着火して燃
   焼ガスを噴射口から混合器に組み込まれた整流板に噴射
   すると同時に、前記分岐管のバルブを閉じて排気ガスを
   ディストリビュータと混合器の空間に導き、差圧センサ
   ーにより排気ガスの流量を検知し、エンジンの回転数を
   変えて排気ガス量を増減させ燃焼空気量を調整し、次い
   で排気ガスを中央部に貫通孔を設けた複数の整流板と外
   周部に複数の貫通孔を有する整流板及び中央部より外周
   部がより大なる貫通孔を有する整流板に順次通過させて
   燃焼ガスと混合し、該混合ガスの温度を温度センサーに
   より検知し、バーナー装置の燃料供給量を変えて混合ガ
   スの温度を調整し、パティキュレートトラップフィルタ
   の濾過面に堆積したパティキュレートを燃焼させること
   を特徴とするパティキュレートトラップフィルタの再生
   方法。