JPH06221137A

JPH06221137A - 排気ガス処理装置

Info

Publication number: JPH06221137A
Application number: JP5029693A
Authority: JP
Inventors: Hideo Kawamura; 英男河村
Original assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Current assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Priority date: 1993-01-27
Filing date: 1993-01-27
Publication date: 1994-08-09

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、加熱ヒータでフィルタを加熱し、
該フィルタで排気ガス中のパティキュレートを捕集して
焼却処理する排気ガス処理装置を提供する。【構成】本発明は、ケーシング２０内に多孔質セラミ
ックスから成る上流側フィルタ４Ｒと下流側フィルタ４
Ｆを配置する。上流側フィルタ４Ｒを加熱ヒータ２２で
且つ下流側フィルタ４Ｆを溝３１に沿って配置した加熱
ヒータ３０で加熱する。加熱ヒータ２２，３０はコント
ローラ１０によって温度センサー２８，２９からの検出
信号に応答して制御する。フィルタ４は加熱ヒータ２
２，３０で加熱され、該フィルタ４で捕集されたパティ
キュレートは焼却処理される。加熱ヒータ２２へ供給す
る電力は排気ガスエネルギーで駆動するターボチャージ
ャ５の発電機６から供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、エンジン、燃焼炉、
焼却炉等から排出される排気ガスを浄化処理するため、
排気系に組み込まれるケーシング内に配置されたフィル
タを有する排気ガス処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンの燃焼は、高温、高
圧空気中に燃料を噴射する、所謂、ヘトロジニアス混合
によるものである。ヘトロジニアス混合はホモジニアス
混合気と異なって空気と燃料が均一に混合していないの
で、燃料中の炭素成分は、燃焼による高温熱によって
煤、ＨＣ等に変化し、それらが凝集してパテキュレート
となり、空中に放出される。そして、スモークは微粒化
された炭素とその外周に炭化水素が付着したパティキュ
レートとなって大気中に浮遊するので、都市環境の汚染
が進み、空気の透明度が極端に悪化進行する。

【０００３】従来、エンジンの排気ガスを処理する排気
ガス処理装置として、例えば、コーディエライト（２Ｍ
ｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂）により作製された気
孔性のハニカム構造のフィルタを排気通路に並列に２組
配置したディーゼルエンジンの排気微粒子浄化装置が開
示されている。該ディーゼルエンジンの排気微粒子浄化
装置は、排気ガスを一方のハニカム構造のフィルタに通
し、該フィルタで排気ガス中のカーボンを捕集し、その
フィルタにカーボンが堆積して目詰まりした場合に、そ
のフィルタに排気ガスを流すのを遮断し、別のフィルタ
に排気ガスを流すように切り換え、目詰まりしたフィル
タの下流側から空気を送り込み、そのフィルタを加熱し
て目詰まりしているカーボンを焼却するものである。こ
のようなディーゼルエンジンの排気微粒子浄化装置とし
て、例えば、実開平１−１４４４２７号公報に開示され
たものがある。

【０００４】また、実開平１−１３６６１７号公報に
は、パティキュレートフィルタが開示されている。該パ
ティキュレートフィルタは、導電性セラミックスから成
るヒータを兼ねる薄肉ポーラスエレメントを複数段に配
設し、該各ポーラスエレメントに電力を個別に供給可能
且つ該各電力を制御可能に構成したものである。

【０００５】また、実開平３−１１６７２２号公報に
は、ディーゼルエンジンの排ガス浄化装置が開示されて
いる。該ディーゼルエンジンの排ガス浄化装置は、長手
方向に伸びる多数のセルが形成された柱状のセラミック
フィルタと、前記フィルタの外周に設けられた電熱部材
とを有し、前記セルのうち複数のものには、熱伝導性の
良い粉末が充填されているものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ディーゼル
パティキュレートはディーゼルエンジンに含まれるカー
ボンと炭化水素の合成物であり、その大きさは、数μｍ
から数十μｍまで分散している。該パティキュレート
は、酸素と反応して容易に燃焼するが、燃焼には高温度
が必要であり、排気ガス温度のみでは完全に燃焼するこ
とができない。そこで、パティキュレート、スモークを
除去する装置は、従来から多く開発されているが、いず
れも欠点が存在し、実用に供し得ないのが現状である。
ディーゼルエンジン（Ｄ）から排気される排気ガスに含
まれるカーボン、煤、ＨＣ等のパティキュレート（Ｐ）
をフィルタ（Ｆ）で捕集して焼却するＤＰＦ即ち排気ガ
ス処理装置では、カーボン、煤、ＨＣ等のパティキュレ
ートを濾過体即ちフィルタで捕集し、パティキュレート
がフィルタに堆積した時、着火用グロープラグ又はヒー
タによって加熱し、煤等のパティキュレートを焼却させ
ている。

【０００７】また、従来の自動車では、電気エネルギー
が不足しており、十分な発電量を得ることができない。
発電は大容量の発電機を用いれば良いが、従来の直流又
は交流発電機では、その発電機容量が大きくなり過ぎ、
エンジンへの搭載がスペース上困難となる。永久磁石を
回転体として交流機では、回転子にブラシを必要とせ
ず、回転体に対する抵抗が少ないので、回転体を高速で
回転させることができる。そこで、高い磁力を持った永
久磁石から成る発電機を高速で回転させる構造の発電機
を作製すれば、大きい発電量を得ることができ、上記の
ようなディーゼルパティキュレートフィルタＤＰＦに常
時電気エネルギーを供給することができる。例えば、エ
ンジンの排気ガスエネルギーで作動するターボチャージ
ャに高い磁力を持った永久磁石から成る発電機を設ける
ことによって、大きい発電量を得ることができる。

【０００８】ところが、このようなパティキュレートの
焼却方法では、煤等の燃焼によって温度が上昇し過ぎ
て、例えば、コージィエライト等のセラミックフィルタ
が割れ、クラック、焼損等が発生してフィルタが破損し
てしまう問題があり、実用上好ましくないものである。
特に、フィルタを耐熱性セラミックスで作製しても、フ
ィルタに堆積した煤等のパティキュレートの不均一な燃
焼では、フィルタ中に局部的に高温部分が多く存在し、
フィルタを構成するセラミックスに亀裂等が発生する例
が多いものである。

【０００９】そこで、この発明の目的は、上記の課題を
解決することであり、排気ガスを浄化処理するため排気
系に組み込まれるケーシング内に排気ガス流れの上流側
と下流側とに多孔質セラミックスから成るフィルタを分
離して配置し、上流側フィルタと下流側フィルタとに加
熱ヒータをそれぞれ設け、また下流側フィルタに溝を形
成して接触面積を大きく構成し、特に、ディーゼルエン
ジンから排出される排気ガス中のカーボン、煤、ＨＣ等
のパティキュレートを焼却処理する排気ガス処理装置に
最適であり、各加熱ヒータを温度条件で制御して上流側
フィルタと下流側フィルタとを加熱し、排気ガス中に含
まれるパティキュレートを各フィルタとで捕集して焼却
し、フィルタ内でのパティキュレートの存在が局部的に
堆積するのを防止すると共に、目詰まりの発生を防止
し、パティキュレートを常にフィルタ内で良好に焼却し
てガス化して排気ガスを浄化し、また、各加熱ヒータに
通電する電力をエンジンの排気ガスエネルギーで回収し
た電力を使用する排気ガス処理装置を提供することであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、排気系に配置されたケーシング内に排気ガ
ス流れの上流側に配置された非導電性多孔質セラミック
スから成る上流側フィルタ、該上流側フィルタ中で排気
ガス流れに交差する方向に伸び且つ電気的に直列に排気
ガス流れ方向に互いに非接触状態に隔置して配置された
第１加熱ヒータ、排気ガス流れの下流側に配置され且つ
排気ガス流れ方向に伸びる溝が形成された非導電性多孔
質セラミックスから成る下流側フィルタ、該下流側フィ
ルタの前記溝に沿って排気ガス流れ方向に伸びる幅方向
に互いに非接触状態に隔置して配置された第２加熱ヒー
タ、及び前記第１加熱ヒータと前記第２加熱ヒータに電
力を供給する電力供給手段、を有することを特徴とする
排気ガス処理装置に関する。

【００１１】また、この排気ガス処理装置において、前
記上流側フィルタと前記下流側フィルタとの温度を検出
する各温度センサー、前記各温度センサーからの検出温
度に応答して前記第１加熱ヒータと前記第２加熱ヒータ
との加熱状態を制御するコントローラを有するものであ
る。

【００１２】また、この排気ガス処理装置において、前
記ケーシング内を仕切板で二分割して形成され且つ前記
第１加熱ヒータ、前記第２加熱ヒータ、前記上流側フィ
ルタ及び前記下流側フィルタをそれぞれ配置した一対の
処理室、並びに該各処理室の入口を開閉し且つ閉鎖側の
前記処理室へ少量の排気ガスを流すことができるリーク
孔を備えた切換バルブを有するものである。

【００１３】また、この排気ガス処理装置において、前
記各処理室の入口排気ガス圧を検出する各圧力センサ
ー、及び該各圧力センサーの検出信号に応答して前記切
換バルブの切換時間を制御すると共に前記第１加熱ヒー
タと前記第２加熱ヒータへの電力の供給を制御するコン
トローラを有するものである。

【００１４】また、この排気ガス処理装置において、前
記切換バルブはタイマによって予め設定した所定期間で
切り換えられるものである。

【００１５】また、この排気ガス処理装置において、前
記電力供給手段はエンジンの排気ガスエネルギーで駆動
されるターボチャージャに設けた発電機で構成したもの
である。

【００１６】また、この排気ガス処理装置において、前
記ケーシングと前記フィルタとの間には断熱材が配置さ
れているものである。

【００１７】

【作用】この発明による排気ガス処理装置は、上記のよ
うに構成されており、次のように作用する。即ち、この
排気ガス処理装置は、排気系に配置されたケーシング内
に排気ガス流れの上流側と下流側とを分離して非導電性
多孔質セラミックスから成る上流側フィルタと下流側フ
ィルタとを配置し、前記下流側フィルタに上下流に排気
ガス流れ方向に伸びる溝を形成し、前記上流側フィルタ
中で排気ガス流れに交差する方向に且つ長手方向に互い
に非接触状態に隔置状態に第１加熱ヒータを配置し、前
記下流側フィルタ中に前記溝に沿って互いに非接触状態
に隔置状態に第２加熱ヒータを配置し、電力供給手段か
ら前記第１加熱ヒータと前記第２加熱ヒータに電力を供
給して前記フィルタで捕集されるパティキュレートを焼
却処理するので、前記下流側フィルタは前記溝の形成で
接触面積が増大され、上流側と下流側とで独立してすす
等のパティキュレートを捕集でき、特に、上流側で粒子
の大きいパティキュレートを捕集でき且つ下流側で細か
いパティキュレートが捕集され焼却できる。また、前記
第１加熱ヒータと前記第２加熱ヒータとで前記各フィル
タは、前記各フィルタの温度条件で制御して加熱でき、
前記各フィルタで捕集されるカーボン、煤、ＨＣ等のパ
ティキュレートを直ちに且つ効率的に焼却してガスに
し、前記各フィルタ内にはパティキュレートが過剰に堆
積することがなく、特に上流側での前記フィルタの目詰
まりの発生を防止でき、前記各フィルタには局部的な高
温部分が発生せず、前記各フィルタが亀裂、クラック、
焼損等で破損することがない。

【００１８】また、この排気ガス処理装置は、排気系に
配置したケーシング内を仕切板で二分割して一対の処理
室を作製し、該処理室の入口通路をリーク孔を備えた切
換バルブで開閉作動し、該切換バルブに設けたリーク孔
を通じて閉鎖側の前記入口通路に少量の排気ガスを流
し、各処理室に上流側フィルタと第１加熱ヒータ、及び
下流側フィルタと第２加熱ヒータを配置したデュアルタ
イプに構成されているので、前記切換バルブを切り換え
ることによって、一方の前記処理室は前記切換バルブが
開放して多量の排気ガスが流れるが、他方の前記処理室
には前記リーク孔を通じて少量の排気ガスが流れている
状態であり、少量の排気ガスが流れている方の前記フィ
ルタは前記加熱ヒータによって迅速に高温になり、捕集
されたカーボン、煤、ＨＣ等のパティキュレートは迅速
に焼却処理される。パティキュレートが焼却処理された
状態で、前記切換バルブを切り換えて他方の前記処理室
の前記フィルタに捕集されたパティキュレートを焼却処
理する。このような前記切換バルブの切換作動を繰り返
して、前記各フィルタを効率的に常に浄化することがで
きる。

【００１９】しかるに、フィルタに捕集されたパティキ
ュレートを焼却するためには、排気ガスの温度を高い温
度に保持すること、フィルタを通過する排気ガスの通過
流速を小さくして冷却効果を発生させないこと、加熱の
熱エネルギーは多段的に上昇させてパティキュレートの
燃焼温度に到達するように構成することが有効である。
例えば、前記ケーシング内を二分割しない場合に、フィ
ルタに排気ガスの全量を流した場合には、通過排気ガス
量が多量になり過ぎて、熱エネルギーが排気ガスに奪わ
れ、前記フィルタの温度が上昇できず、パティキュレー
トを焼却できないという現象が発生する。

【００２０】また、電力供給手段として、エンジンの排
気ガスエネルギーで駆動されるターボチャージャの作動
によって発電する発電機を利用したので、前記第１加熱
ヒータ及び前記第２加熱ヒータに通電するため多量の電
力が必要であるが、前記各加熱ヒータに供給される電力
はターボチャージャに設けた発電機を使用し、排気ガス
エネルギーで発電される電力であり、電力が不足して前
記フィルタの捕集機能及び焼却機能を低下させることが
ない。従って、前記各加熱ヒータには常時電力を供給で
き、前記各フィルタを常時加熱しておくことができ、前
記各フィルタに捕集されるカーボン等のパティキュレー
トは直ちに焼却でき、前記各フィルタに過剰なカーボン
が堆積して、前記各フィルタが目詰まりすることがな
い。

【００２１】また、この排気ガス処理装置は、コントロ
ーラによって、前記各処理室の入口側に配置された前記
各処理室内の排気ガス圧を検出する圧力センサーの検出
信号に応答して前記切換バルブの切換時間を制御すると
共に前記各加熱ヒータへの電力の供給を制御するので、
前記切換バルブの切換時間に自由度を持たせることがで
き、前記処理室内の前記各フィルタのパティキュレート
の捕集状態に応じて前記切換バルブを切り換えることが
でき、前記各フィルタを常にパティキュレートを捕集で
きる最適状態に維持することができ、前記各フィルタに
よるパティキュレートの捕集効率を高めることができ
る。

【００２２】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明による排気
ガス処理装置の実施例を説明する。図１はこの発明によ
る排気ガス処理装置の一実施例を示す概略説明図であ
る。この排気ガス処理装置１は、排気通路２等の排気系
に配置されたケーシング２０内に排気ガスを浄化するこ
とができる非導電性多孔質セラミックスから作製した上
流側フィルタ４Ｒと下流側フィルタ４Ｆ（フィルタの総
称は、符号４で示す）を分割してそれぞれ配置したもの
である。この排気ガス処理装置１において、ケーシング
２０内には、排気ガス流れの上流側に上流側フィルタ４
Ｒが配置され、下流側に下流側フィルタ４Ｆが配置され
ている。また、ケーシング２０とフィルタ４との間に
は、排気ガスの熱エネルギーが外部に放熱することを防
止するため、断熱材１９が配置されている。

【００２３】上流側フィルタ４Ｒは、複数の平板状の多
孔質セラミックスを流れ方向に積層して配置したもので
あり、多孔質セラミックス間には第１加熱ヒータ２２が
排気ガスの流れに交差する方向に互いに非接触状態に流
れ方向に順次隔置状態にそれぞれ配置されている。第１
加熱ヒータ２２は、導電性接続部材１５によって排気ガ
ス流れ方向に上流側から下流側へ電気的に直列に接続さ
れている。各接続部材１５は加熱ヒータ２２そのもので
もよく、その場合には、加熱ヒータ２２は排気ガスの流
れ方向に上流側から下流側へ１本のヒータで構成され、
図示のように、上流側から下流側へ順次屈曲された状態
に形成されることになる。また、下流側フィルタ４Ｆ
は、複数の平板状の多孔質セラミックスを流れ方向に配
置し、多孔質セラミックス間に溝３１，３２を形成する
ように幅方向に隔置して配置したものである。溝３１は
上流側を開口し且つ下流側を閉鎖しており、溝３２は下
流側を開口し且つ上流側を閉鎖している。また、第２加
熱ヒータ２２は、多孔質セラミックス間で且つ溝３１に
沿って排気ガス流れ方向に伸びる幅方向に互いに非接触
状態に隔置して電気的に直列に接続され、下流側フィル
タ４Ｆを加熱するように構成されている。

【００２４】また、フィルタ４で捕集されるパティキュ
レートを燃焼させるため、加熱ヒータ２２に通電する電
力を供給する電力供給手段を有している。電力供給手段
は、排気ガス処理装置１が使用される排気系によって異
なるが、排気ガス処理装置１が定置の設備に適用される
場合には、通常の電源を利用するか、又は、図１に示す
ような発電機６を持つターボチャージャ５を利用するこ
とができる。このターボチャージャ５は、一端に排気ガ
スエネルギーで駆動されるタービン７及び該タービン７
に一端を固定したシャフト１１の他端にコンプレッサ８
を有していると共に、シャフト１１に固定した高い磁力
を持った永久磁石９を用いてロータを形成し、該ロータ
の外周にステータとしての電磁コイルを配置して発電機
６を構成したものである。このような発電機６は、ブラ
シ等を有しておらず、ロータとステータとが非接触状態
であるので、摩擦損失が少なく高回転できるので、大き
い発電量を得ることができる。この場合には、ターボチ
ャージャ５は、必ずしもコンプレッサ８を設ける必要は
無く、発電機６のみを備えた発電タービンに構成するこ
ともできるものである。

【００２５】特に、フィルタ４は、非導電性の多孔質セ
ラミックスから作製され、排気ガスの上流側が平板の積
層した上流側フィルタ４Ｒで構成され、下流側が幅方向
に隔置した下流側フィルタ４Ｆから構成され、下流側フ
ィルタ４Ｆには排気ガスとの接触面積が大きくなるよう
に上下流に溝３１，３２が形成されている。フィルタ４
の上流側については、上流側フィルタ４Ｒを多孔質セラ
ミックスで平板に成形焼成して複数枚作製し、それらの
平板を排気ガス流れに交差する方向に積層し、平板の表
面を覆うように加熱ヒータ２２を配置することによって
作製できる。また、フィルタ４の下流側については、下
流側フィルタ４Ｆを多孔質セラミックスで平板に成形焼
成して複数枚作製し、それらの平板を排気ガス流れ方向
に幅方向に隔置して分離した多数の直線状溝３１が形成
されるように配置し、平板の上流側の表面即ち上流側に
開口する溝３１内に加熱ヒータ３０を嵌め込むように配
置することによって作製できる。

【００２６】なお、溝３１，３２は、連続した屈曲した
直線状溝３１に形成することもでき、場合によっては、
螺旋状溝、連続又は分離した多数の円形状溝に形成する
こともでき、排気ガスとの接触面積が増大する機能を有
するものである。また、上流側フィルタ４Ｒは、ケーシ
ング２０内に多段に配置した平板状ブロックで構成し、
各ブロック間に加熱ヒータ２２を配置するように構成し
ているが、場合によっては、上流側フィルタ４Ｒを１つ
の多孔質セラミックスのブロックで構成し、そのブロッ
ク中に加熱ヒータ２２を埋め込むように構成することも
できる。

【００２７】また、上流側フィルタ４Ｒ及び下流側フィ
ルタ４Ｆは、酸化アルミニウムＡｌ₂Ｏ₃、コーディエ
ライト２ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂、チタニア
ＴｉＯ₂、窒化ケイ素Ｓｉ₃Ｎ₄、炭化ケイ素ＳｉＣ等
の耐熱性に富んだ多孔質セラミックスで作製され、共に
気孔率が実質的に４０％〜５０％以上である気孔質焼結
材を使用することができる。このようなフィルタ４は、
カーボン、煤、ＨＣ等のパティキュレートを焼却するに
は十分な高温強度を発揮でき、例えば、ディーゼルエン
ジンの排気ガスに含まれる好ましくないカーボン等のパ
ティキュレートを十分に捕集することができる。また、
フィルタ４については、多孔質の隙間は大きい方が目詰
まりが発生せず、好ましいが、その作製方法は、例え
ば、ポリウレタンフォームを用いて該ポリウレタンフォ
ームにセラミック泥漿即ちスラリーを含浸させ、乾燥固
化した後、これを焼成してポリウレタンフォームを焼失
することによって所望のサイズの多孔質のセラミックス
即ち多孔体を作製することができる。或いは、セラミッ
クスの原料粉末を混合してスラリーを作製し、該スラリ
ーに樹脂粒子を添加混合して乾燥固化した後、これを焼
成して樹脂粒子を焼失させ、所望のサイズの多孔質のセ
ラミックス即ち多孔体を作製することができる。

【００２８】加熱ヒータ２２は、ケーシング２０内の上
流側に排気ガスの流れ方向に長手方向に互いに隔置して
非接触状態で電気的に短絡しないように直列に配置され
ている。加熱ヒータ２２には、排気ガス流れの上流側か
ら下流側へ電流を流し、加熱ヒータ２２の各段毎に加熱
して多孔質セラミックスの上流側フィルタ４Ｒの各段毎
に温度上昇させることが効率的である。また、加熱ヒー
タ３０は、ケーシング２０内の下流側に排気ガスの流れ
方向の溝３１に沿って伸び且つ幅方向に互いに隔置して
非接触状態で電気的に短絡しないように配置されてい
る。また、加熱ヒータ２２，３０及び接続部材１５は、
インコロイ等のＮｉ−Ｃｒ系の耐熱金属で作製されてい
る。また、加熱ヒータ２２，３０をＮｉ−Ｃｒ系の耐熱
金属で作製すると、加熱ヒータ２２，３０に電気を流す
ことによってヒータとしての機能を十分に果たすことが
できると共に、フィルタ４を高温状態に十分に維持して
おくことができる。

【００２９】更に、加熱ヒータ２２の端部は、隣接する
端部同志が導電性の接続部材１５によって電気的に結線
され、加熱ヒータ２２は電気的に上流側から下流側へ直
列に接続されている。また、加熱ヒータ３０の上下流端
部は、接続部材１５で結線されて電気的に短絡しないよ
うに幅方向に直列に配置されている。即ち、上下流に位
置する加熱ヒータ２２は、一端部では接続部材１５によ
って互いに電気的に結線され、他端部では別の接続部材
１５によってそれぞれ別の上下流に位置する加熱ヒータ
２２に互いに電気的に結線されており、あたかも加熱ヒ
ータ２２は接続部材１５によって両端部で千鳥掛けに結
線されている状態に構成されている。同様に、幅方向に
位置する加熱ヒータ３０は、上流側端部では接続部材１
５によって互いに電気的に結線され、下流側端部では別
の接続部材１５によってそれぞれ別の幅方向に位置する
加熱ヒータ３０に互いに電気的に結線されており、あた
かも加熱ヒータ３０は接続部材１５によって両端部で千
鳥掛けに結線されている幅方向に直列に構成されてい
る。

【００３０】この排気ガス処理装置１は、ケーシング２
０の内壁面がアルミナファイバー等の断熱材１９で遮熱
されており、その内部に加熱ヒータ２２が長手方向に多
数隔置して配置されている。従って、フィルタ４及び加
熱ヒータ２２は共に外部に対して遮熱された構造であ
る。また、ケーシング２０内の上流側フィルタ４Ｒの温
度を検出する温度センサー２８を設け、下流側フィルタ
４Ｆの温度を検出する温度センサー２９を設けている。
加熱ヒータ２２，３０には、発電機６からの電力を供給
するため、ライン１４によってコントローラ１０を通じ
て結線されている。また、排気ガス処理装置１の上流側
に送風装置（図３の符号２４）を設けることもできる。

【００３１】この排気ガス処理装置１では、加熱ヒータ
２２，３０への通電は、温度センサー２８，２９からの
検出信号に応答してコントローラ１０の指令でオン・オ
フすることができる。加熱ヒータ２２によって上流側フ
ィルタ４Ｒ及び加熱ヒータ３０によって下流側フィルタ
４Ｆを赤熱しておけば、粒子の大きいカーボン、煤、Ｈ
Ｃ等のパティキュレートは上流側フィルタ４Ｒで捕集さ
れ、粒子の小さいパティキュレートは下流側フィルタ４
Ｆで捕集され、それらのパティキュレートはフィルタ４
内で直ちに焼却され、炭酸ガス等の気体になってフィル
タ４を通過して外部に放出され、フィルタ４内へのカー
ボンの堆積現象は発生しない。従って、フィルタ４内で
のカーボンの不均一な堆積及び不均一な燃焼は発生しな
いので、フィルタ４を構成するセラミックスに亀裂、ク
ラック等の焼損の発生を防止できる。また、フィルタ４
へのカーボンの堆積、即ち、フィルタ４によってカーボ
ンが捕集されない時は、コントローラ１０は加熱ヒータ
２２，３０のスイッチを切る制御を行なえばよい。

【００３２】フィルタ４を構成する多孔質セラミックス
としては、上記のサイズのものを使用すれば、排気ガス
はその細孔を通って排気されるが、その排気ガスに含ま
れる大きいパティキュレートは上流側フィルタ４Ｒで捕
集され、細かいパティキュレートは下流側フィルタ４Ｆ
で確実に捕集することができる。即ち、フィルタ４の上
流側の開口即ち入口通路２７から排気ガスを流すことに
よって、排気ガスに含まれているカーボンはフィルタ４
に捕集され、そこに堆積するが、排気ガスは加熱ヒータ
２２，３０及びフィルタ４を通過し、排気ガス処理装置
１の出口１８から外部へ放出される。そして、フィルタ
４に捕集されたカーボン、煤、ＨＣ等のパティキュレー
トは、加熱ヒータ２２，３０に電気を通すと、加熱ヒー
タ２２，３０の間に配置された上流側フィルタ４Ｒ及び
下流側フィルタ４Ｆは加熱されて赤熱するので、カーボ
ンはそこで燃焼して炭酸ガスとなり、該炭酸ガスは、同
様に、上流側フィルタ４Ｒと加熱ヒータ２２及び下流側
フィルタ４Ｆと加熱ヒータ３０を通過して出口１８から
外部へ放出される。そして、加熱ヒータ２２，３０は、
コントローラ１０の指令で通電され、フィルタ４で捕集
されたカーボンは常に直ちに焼却され、過剰なカーボン
がフィルタ４内に堆積されることがなく、フィルタ自体
が局部的に過熱されることはない。

【００３３】この排気ガス処理装置１は、上記のような
構成であり、次のように作動することができる。即ち、
排気ガスがターボチャージャ５のタービン７から排気さ
れ、排気通路２を通じて排気ガス処理装置１に送り込ま
れる。排気ガスがターボチャージャ５のタービン７を流
れることによって、発電機６によって発電される。そし
て、コントローラ１０の指令で加熱ヒータ２２に電流を
流してフィルタ４を加熱して赤熱させる。また、フィル
タ４で排気ガスに含まれているカーボン、煤、ＨＣ等の
パティキュレートは捕集され、フィルタ４で捕集された
パティキュレートは直ちに焼却され、ガスとなって出口
１８から排気され、フィルタ４は浄化された状態にな
る。

【００３４】次に、図２を参照して、この発明による排
気ガス処理装置の別の実施例を説明する。図２はこの発
明による排気ガス処理装置の別の実施例を示す概略説明
図である。この排気ガス処理装置１は、排気通路２等の
排気系に配置されたケーシング２０内を仕切板１６で二
分割して一対の処理室２５，２６を形成し、それぞれの
処理室２５，２６に排気ガスを浄化することができる多
孔質セラミックスから作製した上流側フィルタ４Ｒ及び
下流側フィルタ４Ｆを収容したデュアルタイプのもので
ある。各処理室２５，２６の入口通路２７には切換バル
ブ１７が配置され、切換バルブ１７は処理室２５，２６
の一方を開放し且つ他方を閉鎖するように開閉を切り換
えることができるように構成されている。また、切換バ
ルブ１７には、閉鎖側の処理室２５又は２６に少量の排
気ガスを流すことができるリーク孔２１が形成されてい
る。更に、この排気ガス処理装置１において、各処理室
２５，２６内の上流側フィルタ４Ｒ中には加熱ヒータ２
２が排気ガスの流れに交差する方向に互いに非接触状態
に流れ方向に順次隔置状態にそれぞれ配置されており、
下流側フィルタ４Ｆには加熱ヒータ３０が流れ方向に伸
びる溝３１に沿って配置されている。

【００３５】この実施例では、電力供給手段、上流側フ
ィルタ４Ｒ、下流側フィルタ４Ｆ、加熱ヒータ２２，３
０等は上記実施例と実質的には同一であるので、ここで
は重複する説明は省略する。この排気ガス処理装置１に
は、各処理室２５，２６の入口排気ガス圧を検出する各
圧力センサー１３が設けられている。コントローラ１０
は、圧力センサー１３の検出信号に応答して切換バルブ
１７の切換時間を制御すると共に各加熱ヒータ２２，３
０への電力の供給量を制御する。或いは、タイマで切換
バルブ１７を切り換える制御を行うこともでき、例え
ば、２０〜３０分間で繰り返し切り換えるように設定し
ておけば、装置自体を簡単に構成することができる。

【００３６】この排気ガス処理装置１は、上記のような
構成であり、次のように作動することができる。即ち、
排気ガスがターボチャージャ５のタービン７から排気さ
れ、排気通路２を通じて排気ガス処理装置１に送り込ま
れる。排気ガスがターボチャージャ５のタービン７を流
れることによって発電機６は発電する。そして、コント
ローラ１０の指令で加熱ヒータ２２に電流を流してフィ
ルタ４を加熱すると共に、アクチュエータ１２を作動し
て切換バルブ１７によって、例えば、処理室２６側を閉
鎖し、処理室２５側を開放する。排気ガスの殆どが処理
室２５側を流れ、処理室２５内に配置されたフィルタ４
で排気ガスに含まれているカーボン、煤、ＨＣ等のパテ
ィキュレートは捕集される。一方、処理室２６にはリー
ク孔２１を通じて排気ガスが少量流れているが、排気ガ
スは少量であるので加熱ヒータ２２，３０によって上流
側フィルタ４Ｒ及び下流側フィルタ４Ｆは直ちに赤熱さ
れる。それ故に、処理室２６内のフィルタ４で捕集され
たカーボン、煤、ＨＣ等のパティキュレートは直ちに焼
却され、ガスとなって出口１８から排気され、フィルタ
４は浄化された状態になる。

【００３７】処理室２５内のフィルタ４は、加熱ヒータ
２２，３０によって温度上昇しているが、大量の排気ガ
スが流れるので、高温になることが困難であり、フィル
タ４にはカーボン、煤、ＨＣ等のパティキュレートが堆
積する状態となる。フィルタ４にパティキュレートが堆
積すれば、排気ガスの流れが抑制され、処理室２５内の
排気ガス圧が上昇し、その排気ガス圧は圧力センサー１
３で検出されているので、コントローラ１０は切換バル
ブ１７を切り換える指令を発する。アクチュエータ１２
が作動して切換バルブ１７が切り換えられ、処理室２５
は閉鎖されると共に、処理室２６が開放される。そこ
で、上記と同様の排気ガス処理が進行することになる。
このような処理を繰り返すことによって、この排気ガス
処理装置１は、一方の処理室ではカーボン、煤、ＨＣ等
のパティキュレートを捕集する作用を果たし、他方の処
理室では捕集されたパティキュレートを焼却する作用を
果たし、常に一方のフィルタ４は浄化された状態にあ
り、排気ガス処理を常に良好に行うことができる。

【００３８】次に、この発明による排気ガス処理装置を
ディーゼルエンジン等のエンジンに搭載した実施例を、
図３を参照して説明する。図３はこの発明による排気ガ
ス処理装置を組み込んだディーゼルエンジンの排気ガス
処理のシステムの一実施例を示す概略説明図である。こ
の排気ガス処理装置１は、自動車等の移動体に適用され
るディーゼルエンジンからの排気ガスを浄化するもので
あるが、実質的には図２に示すものと同一であるので、
重複する説明は省略する。即ち、この排気ガス処理装置
１は、ディーゼルエンジン３の排気通路２に組み込まれ
たＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）
であり、特に、ディーゼルエンジン３から放出される排
気ガスを排気通路２中に配置され、排気ガスに含まれる
カーボン、煤、ＨＣ等のパティキュレートをフィルタ４
で捕集し、捕集されたパティキュレートを赤熱したフィ
ルタ４内で焼却してガスにし、排気ガスを浄化するもの
である。ディーゼルエンジン３には、ターボチャージャ
５が排気マニホルド２３に接続されている。そして、排
気通路２には、エンジン３から放出される排気ガスを浄
化する排気ガス処理装置１が組み込まれている。

【００３９】この排気ガス処理装置１における電力供給
源としては、ターボチャージャ５に設けた発電・電動機
或いは発電・電動機で発電した電力を蓄電したバッテリ
ーを使用することができる。ターボチャージャ５に設け
た発電・電動機は、上記の発電機６と構造は同一である
ので、同一の符号を付して重複する説明は省略するが、
この場合の発電・電動機は、コントローラ１０の指令で
エンジンの作動状態に応じて発電機又は電動機として機
能することができるものである。この実施例では、ディ
ーゼルエンジン３の排気ガスエネルギーで駆動されるタ
ーボチャージャ５に設けている発電・電動機のうち発電
機６を利用している。発電機６は、ターボチャージャ５
のタービン７が排気ガスエネルギーによって駆動される
ことによって発電するものである。加熱ヒータ２２に電
力を送るためには、多量の電力が必要であるが、ターボ
チャージャ５のシャフト１１上に永久磁石９から成る発
電機６で発電すれば、例えば、４〜８ｋｗの電力が発生
し、しかも、この電力は排気ガスエネルギーから変換さ
れたものであるので、動力の損失はなく、効率良く加熱
ヒータ２２に利用できる。

【００４０】この排気ガス処理装置１において、フィル
タ４に過剰にカーボン、煤、ＨＣ等のパティキュレート
が堆積すると、フィルタ４が過熱するので、圧力センサ
ー１３で処理室２５，２６内の排気ガス圧を監視すると
共に、場合によっては、フィルタ４の温度を監視しなが
ら、加熱ヒータ２２へ電力供給量を制御することができ
る。即ち、圧力センサー１３からの検出信号はコントロ
ーラ１０に入力され、コントローラ１０は圧力検出信号
に応答して加熱ヒータ２２へ電力供給量を制御すると共
に、送風装置２４の駆動を制御して排気ガス処理装置１
に送り込む空気量を制御することができる。例えば、エ
ンジンの負荷の高い時は、排気ガス中に含まれるカーボ
ン等のパティキュレートの量も多く、排気ガスの温度も
高くなる。また、エンジンの高負荷の作動状態では、タ
ーボチャージャ５の発電機６が発電する電力も大きくな
るので、その電力の一部を供給すれば、フィルタ４に捕
集されたパティキュレートは燃焼して炭酸ガス、蒸気等
のガスになる。

【００４１】

【発明の効果】この発明による排気ガス処理装置は、上
記のように構成されており、次のような効果を有する。
即ち、この排気ガス処理装置は、排気系に配置されたケ
ーシング内に排気ガス流れの上流側と下流側とを分離し
て非導電性多孔質セラミックスから成る上流側フィルタ
と下流側フィルタとを配置し、前記下流側フィルタに排
気ガス流れ方向に伸びる溝を形成し、前記上流側フィル
タ中で排気ガス流れに交差する方向に且つ長手方向に互
いに非接触状態に隔置状態に第１加熱ヒータを配置し、
前記下流側フィルタ中に前記溝に沿って互いに非接触状
態に隔置状態に第２加熱ヒータを配置し、電力供給手段
から前記第１加熱ヒータと前記第２加熱ヒータに電力を
供給して前記フィルタで捕集されるパティキュレートを
焼却処理するので、加熱ヒータに通電して上流側フィル
タ及び下流側フィルタを常に赤熱しておけば、排気ガス
中に含まれるカーボン、煤、ＨＣ等のパティキュレート
は、上流側で粒子の大きいものが上流側フィルタで捕集
され、下流側で粒子の細かいものが接触面積を増大した
下流側フィルタで確実に捕集され、フィルタに目詰まり
が発生することがない。従って、前記フィルタ内にはパ
ティキュレートが過剰に堆積することがなく、前記フィ
ルタには局部的な高温部分が発生せず、前記フィルタは
亀裂、焼損等の破損が発生することがなく、前記フィル
タの信頼性、耐久性を向上できる。

【００４２】また、この排気ガス処理装置は、仕切板で
２つの処理室に分割され、各処理室への排気ガスの流れ
を切換バルブで切り換えて、一方の処理室に多量の排気
ガスを流し、他方の処理室に少量の排気ガスを流すよう
に制御される。少量の排気ガスが流れている方のフィル
タは加熱ヒータによって迅速に高温になり、捕集された
カーボン、煤、ＨＣ等のパティキュレートは迅速に焼却
処理される。パティキュレートが焼却処理された状態
で、前記切換バルブを切り換えて他方の前記処理室の前
記フィルタに捕集されたパティキュレートを焼却処理す
る。このような前記切換バルブの切換作動を繰り返し
て、前記フィルタを効率的に常に浄化することができ
る。

【００４３】また、この排気ガス処理装置において、電
力供給手段として、エンジンの排気ガスエネルギーで駆
動されるターボチャージャの作動によって発電する発電
機を利用できるので、前記加熱ヒータに通電するため多
量の電力が必要であるが、前記加熱ヒータに供給される
電力はターボチャージャに設けた発電機を使用し、排気
ガスエネルギーで発電される電力であり、電力が不足し
てフィルタの濾過機能を低下させることがなく、エンジ
ンの動力損失になることはない。しかも、前記加熱ヒー
タに常時電流を流すことができる電力を有しているの
で、前記フィルタは常時加熱されており、前記フィルタ
に過剰なパティキュレートが堆積されることがなく、前
記フィルタが目詰まりすることがなく、局部的に高温部
が発生することもなく、前記フィルタのセラミックスが
焼損、破損することがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による排気ガス処理装置の一実施例を
示す概略説明図である。

【図２】この発明による排気ガス処理装置の別の実施例
を示す概略説明図である。

【図３】この発明による排気ガス処理装置を組み込んだ
ディーゼルエンジンの排気ガス処理のシステムの更に別
の実施例を示す概略説明図である。

【符号の説明】

１排気ガス処理装置２排気通路（排気系）３ディーゼルエンジン（エンジン）４フィルタ４Ｆ下流側フィルタ４Ｒ上流側フィルタ５ターボチャージャ６発電機１０コントローラ１２アクチュエータ１３圧力センサー１５接続部材１６仕切板１７切換バルブ１９断熱材２０ケーシング２１リーク孔２２，３０加熱ヒータ２５，２６処理室２７入口通路（入口）２８，２９温度センサー３１，３２溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気系に配置されたケーシング内に排気
ガス流れの上流側に配置された非導電性多孔質セラミッ
クスから成る上流側フィルタ、該上流側フィルタ中で排
気ガス流れに交差する方向に伸び且つ電気的に直列に排
気ガス流れ方向に互いに非接触状態に隔置して配置され
た第１加熱ヒータ、排気ガス流れの下流側に配置され且
つ排気ガス流れ方向に伸びる溝が形成された非導電性多
孔質セラミックスから成る下流側フィルタ、該下流側フ
ィルタの前記溝に沿って排気ガス流れ方向に伸びる幅方
向に互いに非接触状態に隔置して配置された第２加熱ヒ
ータ、及び前記第１加熱ヒータと前記第２加熱ヒータに
電力を供給する電力供給手段、を有することを特徴とす
る排気ガス処理装置。
【請求項２】前記上流側フィルタと前記下流側フィル
タとの温度を検出する各温度センサー、前記各温度セン
サーからの検出温度に応答して前記第１加熱ヒータと前
記第２加熱ヒータとの加熱状態を制御するコントローラ
を有することを特徴とする請求項１に記載の排気ガス処
理装置。
【請求項３】前記ケーシング内を仕切板で二分割して
形成され且つ前記第１加熱ヒータ、前記第２加熱ヒー
タ、前記上流側フィルタ及び前記下流側フィルタをそれ
ぞれ配置した一対の処理室、並びに該各処理室の入口を
開閉し且つ閉鎖側の前記処理室へ少量の排気ガスを流す
ことができるリーク孔を備えた切換バルブ、を有するこ
とを特徴とする請求項１又は２に記載の排気ガス処理装
置。
【請求項４】前記各処理室の入口排気ガス圧を検出す
る各圧力センサー、及び該各圧力センサーの検出信号に
応答して前記切換バルブの切換時間を制御すると共に前
記第１加熱ヒータと前記第２加熱ヒータへの電力の供給
を制御するコントローラを有することを特徴とする請求
項３に記載の排気ガス処理装置。
【請求項５】前記切換バルブはタイマによって予め設
定した所定期間で切り換えられることを特徴とする請求
項３に記載の排気ガス処理装置。
【請求項６】前記電力供給手段はエンジンの排気ガス
エネルギーで駆動されるターボチャージャに設けた発電
機で構成したことを特徴とする請求項１又は３に記載の
排気ガス処理装置。
【請求項７】前記ケーシングと前記フィルタとの間に
は断熱材が配置されていることを特徴とする請求項１又
は３に記載の排気ガス処理装置。