JPH09287434A - フィルタ再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は排気ガス中のパティキュレートを捕
集するフィルタの再生装置に関するもので、幅広いパテ
ィキュレート捕集量を安全に再生し、再生に起因する有
害物質の排出防止を目的とする。 【解決手段】 制御手段３４はマイクロ波強度検出手段
１４、フィルタ通流後気体酸素濃度検出手段２５、フィ
ルタ通流前気体酸素濃度検出手段２６、大気温度検出手
段２７、大気圧力検出手段２８の検出信号に基づいて、
加熱手段９、気体供給手段１６、酸素補充手段２１、浄
化手段加熱手段２２および大気導入量規定手段２４を制
御して、燃焼用気体の酸素濃度を制御する。これにより
フィルタ４は過昇温することなくパティキュレートが効
率よく焼消せしめられ、かつ浄化手段２０を有効に機能
させ、燃焼で発生する有害未燃焼物質の大気への排出を
防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はディーゼルエンジン
等の排出する排気ガス中に含まれるパティキュレート
（粒子状物質）をフィルタにて捕集するとともにフィル
タに捕集されたパティキュレートを加熱燃焼により除去
し、フィルタの捕集性能を再生するフィルタ再生装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般にこの種のフィルタ再生装置は、フ
ィルタが捕集したパティキュレート量が少ない時は、燃
焼伝搬が不十分となりフィルタ再生が不十分になりやす
い。一方、パティキュレート捕集量が多い時は、フィル
タ再生時のフィルタ内の大きな温度勾配によるクラック
発生、燃焼温度過昇温によるフィルタ溶損などが生じや
すい。また、フィルタ通流後のパティキュレート燃焼排
気ガス中には、一酸化炭素などの未燃焼成分が含まれ
る。

【０００３】実公昭６３−８８０８号公報はフィルタ温
度を多点測定し、フィルタ全体温度を正確に把握し、燃
焼失火あるいは燃焼温度過昇温を防止するものである。

【０００４】また、特開平４−１８３９１７号公報はフ
ィルタ通流後のパティキュレート燃焼排気ガス中の一酸
化炭素を酸化触媒で無害な二酸化炭素に変換するもので
ある。

【０００５】さらに、特開平６−３２３１３０号公報は
フィルタ通流後の燃焼排気ガスの酸素濃度を検出し、検
出酸素濃度に応じて燃焼後気体の電動エアポンプへの還
流量と２次空気取り入れ量を弁で切り替え、燃焼を維持
する低酸素濃度の気体をフィルタへ供給し、再生時に発
生する未燃焼成分を再燃焼させその排出を防止すると同
時にフィルタの過昇温を防止するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来のフ
ィルタ再生装置においては、フィルタ内に設けた温度検
出手段の信号が高温になると、燃焼用気体流量を低下
し、燃焼発熱量を抑制しているが、酸素供給量が少なく
なることから再生時間が延長化する課題がある。

【０００７】また燃焼後気体の酸素濃度を検出し、電動
エアポンプ、バルブを制御して、大気を導入せずに燃焼
後気体を全量還流して燃焼用気体としてフィルタに供給
したり、燃焼後気体を全く還流せず大気（２次空気）の
みを供給する動作をとるものでは燃焼用気体として大気
を供給したときに燃焼温度の過昇温を招く恐れがある。

【０００８】さらにパティキュレート捕集量が多くな
り、パティキュレート燃焼温度が上昇するにつれ、パテ
ィキュレートの燃焼による酸素消費速度が指数関数的に
増加することにより、燃焼排気ガス中の酸素濃度が低下
し、一方不完全燃焼にともなう一酸化炭素の濃度が上昇
する。そのためパティキュレート捕集量が多くなるほど
酸化触媒による一酸化炭素浄化が酸素不足により困難に
なるという課題がある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、フィルタを通流した後の気体であるパティキ
ュレート燃焼後気体の一部と大気とを混合する手段を気
体供給手段までの還流経路に設け、気体供給手段により
フィルタに混合気体を供給する構成としている。そして
フィルタへの供給気体の酸素濃度を検出する手段を設
け、混合気体の酸素濃度を検出し、その検出酸素濃度に
基づいて大気混合量を制御するようにしている。

【００１０】上記発明によれば、パティキュレートを燃
焼させるフィルタへの供給気体の酸素濃度を外乱に影響
されず、所望値（酸素濃度５ｖｏｌ％程度）になるよう
精度良く制御できる。これにより燃焼による発熱量に対
し供給気体による冷却量が近接し、大気のみを供給する
場合に比べて、酸素供給量を増しても、燃焼温度が過昇
温しない。よって多量のパティキュレートを短時間で燃
焼温度を過昇温させることなくパティキュレートを燃消
せしめる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に係るフィルタ
再生装置は、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、前記フィルタが捕集し
たパティキュレートを加熱する加熱手段と、前記フィル
タに酸素を含む気体を供給する気体供給手段と、前記フ
ィルタ通流後の気体の酸素濃度を検出するフィルタ通流
後気体酸素濃度検出手段と、前記フィルタ通流後気体酸
素濃度検出手段の検出酸素濃度に基づいて前記加熱手段
および前記気体供給手段の少なくとも一方の動作を制御
する制御手段とを備えている。

【００１２】フィルタに捕集されたパティキュレートが
６００℃程度に加熱された後、気体供給手段の動作によ
りパティキュレートの燃焼を促進するための酸素を含む
気体（大気）をフィルタに供給し、パティキュレートを
燃焼させる。パティキュレート捕集量が少ないとき（５
ｇ／Ｌ程度以下）のパティキュレート燃焼においては、
燃焼温度が低いことから、酸素消費速度が小さく、供給
酸素が過剰傾向となり、また燃焼発熱量が小さい。その
ため燃焼時の空気比が大きくなりすぎると、熱収支は供
給気体による冷却が勝るようになり、燃焼温度が低下
し、失火する。これを防止するため、フィルタ通流後気
体酸素濃度検出手段を設け、それによりフィルタ通流後
の燃焼排気ガスの酸素濃度を検出し、検出酸素濃度に対
応する空気比が上限所定値を超えると、制御手段が気体
供給量を抑制して、空気比を低下させ、供給気体による
冷却量を減少させる。さらに酸素消費速度を高め、燃焼
熱を増大させるため加熱手段の加熱量を増大させる。こ
の制御により、低捕集量においてもパティキュレート燃
え残りが少ない安定した再生が可能となり、長期使用で
のフィルタの目詰まりを防止できる。

【００１３】また請求項２に係るフィルタ再生装置は、
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、前記フィルタが捕集したパティキュ
レートを加熱する加熱手段と、前記フィルタに酸素を含
む気体を供給する気体供給手段と、前記フィルタ通流後
の気体が通流する気体排出経路と、前記フィルタ通流後
の気体中に含まれる未燃焼成分を浄化する浄化手段と、
前記気体排出経路に設け、前記フィルタ通流後の気体に
酸素を含む気体を補充する酸素補充手段とを備えてい
る。

【００１４】捕集量が多くなるにつれ、燃焼温度が上昇
し、酸素消費速度が指数関数的に増加し、フィルタ通流
後の燃焼排気ガス中の酸素が減少する。これは空気比の
低下を意味する。一方、不完全燃焼により発生する一酸
化炭素の濃度は捕集量の増加で増大する。フィルタ通流
後の燃焼排気ガス中に含まれる一酸化炭素を始めとする
有害未燃焼成分を浄化する酸化触媒（浄化手段）とフィ
ルタとの間で気体排出経路を通流する燃焼排気ガスに酸
素を含む気体（大気）を流入させることにより、捕集量
が多くなっても浄化に使われる酸素の不足を防止し、効
果的に酸化触媒を機能させ、未燃焼物質の排出を防止で
きる。

【００１５】さらに請求項３に係るフィルタ再生装置
は、浄化手段内または気体排出経路内の浄化手段近傍に
浄化手段加熱手段を付加している。

【００１６】浄化手段内または気体排出経路の浄化手段
近傍に浄化手段加熱手段を設けることにより、浄化手段
を活性温度に高め、浄化性能を最大限に発揮できる。

【００１７】また請求項４に係るフィルタ再生装置は、
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、前記フィルタが捕集したパティキュ
レートを加熱する加熱手段と、前記フィルタに酸素を含
む気体を供給する気体供給手段と、前記フィルタ通流後
の気体を前記気体供給手段まで還流する気体還流経路
と、前記気体還流経路に設けた大気導入量規定手段と、
大気の温度を検出する大気温度検出手段と、前記大気温
度検出手段の検出温度に基づいて大気導入量規定手段の
動作を制御する制御手段とを備えている。

【００１８】さらに請求項５に係るフィルタ再生装置
は、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、前記フィルタが捕集したパティ
キュレートを加熱する加熱手段と、前記フィルタに酸素
を含む気体を供給する気体供給手段と、前記フィルタ通
流後の気体を前記気体供給手段まで還流する気体還流経
路と、前記気体還流経路に設けた大気導入量規定手段
と、大気の圧力を検出する大気圧力検出手段と、前記大
気圧力検出手段の検出圧力に基づいて大気導入量規定手
段の動作を制御する制御手段とを備えている。

【００１９】一般的に、フィルタ再生において捕集量が
多くなるにつれ燃焼温度が高温化する。高温化によるフ
ィルタの溶損、クラックを防止するためには、再生する
捕集量の上限が規定される。燃焼温度の抑制、再生可能
捕集量の拡大に対し、フィルタへの供給気体の酸素濃度
の抑制が効果的である。請求項４、５に係るフィルタ再
生装置ではフィルタに供給される気体は、気体還流経路
を通流するパティキュレートを燃焼させた後の気体の一
部と、大気導入量規定手段がその量を規定する大気との
混合気体とし、供給気体の酸素濃度を制御している。こ
こで、約１０ｇ／Ｌ以上の高捕集量で、供給気体流量が
数十リットル毎分の時、フィルタ通流後の燃焼排気ガス
中の酸素濃度はほぼ零である。そのため高捕集量では、
大気導入量の供給気体量に対する比率（質量流量の比
率）によって供給気体の酸素濃度が決定される。請求項
４、５に係るフィルタ再生装置は、大気の温度あるいは
圧力を検出する大気温度検出手段あるいは大気圧力検出
手段を設け、質量流量比率つまり供給気体の酸素濃度を
一定に保つよう大気の検出温度あるいは検出圧力に基づ
いて大気導入量規定手段を制御し、気体供給量に対する
大気導入量の比率（体積比率）を補正している。これに
より寒冷地や高地など特殊な使用環境の下でも燃焼失火
あるいは燃焼温度過昇温の危険性がない、安定したフィ
ルタ再生を行うことができる。

【００２０】また請求項６に係るフィルタ再生装置は、
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、前記フィルタに酸素を含む気体を供
給する気体供給手段と、前記フィルタ通流後の気体を前
記気体供給手段まで還流する気体還流経路と、前記気体
還流経路に設けた大気導入量規定手段と、前記フィルタ
にマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段と、前記フ
ィルタを収納した空間のマイクロ波強度を検出するマイ
クロ波強度検出手段と、前記マイクロ波強度検出手段の
検出強度に基づいて前記大気導入量規定手段の動作を制
御する制御手段とを備え、制御手段は前記気体供給手段
動作中における前記マイクロ波強度検出手段の検出強度
が極小値となった以降は気体供給量に対する大気導入量
の比率を漸小させている。

【００２１】フィルタにおいて供給気体の通流方向にパ
ティキュレート燃焼は進むが、フィルタの加熱むらおよ
び流れ方向に垂直な断面における流速むらにより不均一
な燃焼となる。通流方向に燃焼が伝搬し、部分的にフィ
ルタ端面まで燃焼が完了すると、その領域では酸素が消
費されず、燃焼排気ガス酸素濃度が上昇し、大気導入量
の比率を一定にしていると、供給気体の酸素濃度が上昇
し、燃焼領域の温度が高温化する。ところでフィルタを
含む空間にマイクロ波を供給し、その空間のマイクロ波
強度を適切な位置で検出する構成において、部分的に端
面まで燃焼が終了すると、それまで減少していたマイク
ロ波強度検出値が上昇に転じ、検出値が極小値をとる。
そこでマイクロ波強度検出値が極小値をとると部分的に
燃焼が完了したと見なし、そのタイミング以降、気体供
給量に対する大気導入量の比率を漸小させることにより
供給気体の酸素濃度の増加を抑制し、燃焼領域の高温化
を防止できる。

【００２２】さらに請求項７に係るフィルタ再生装置
は、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、前記フィルタに酸素を含む気体
を供給する気体供給手段と、前記フィルタ通流後の気体
を前記気体供給手段まで還流する気体還流経路と、前記
気体還流経路に設けた大気導入量規定手段と、前記フィ
ルタにマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段と、前
記フィルタを収納した空間のマイクロ波強度を検出する
マイクロ波強度検出手段と、前記マイクロ波強度検出手
段の検出強度に基づいて前記大気導入量規定手段の動作
を制御する制御手段とを備え、制御手段は気体供給手段
動作中におけるマイクロ波強度検出手段の検出強度が極
小値となった時間に基づいて気体供給量に対する大気導
入量の比率の漸小量を制御している。

【００２３】捕集量によって燃焼進行の度合いが異な
り、捕集量が多くなるほど部分的な燃焼完了までの時間
が長くなる。また捕集量が多くなるほど部分的に燃焼が
終了した時点での残留パティキュレート量が多いことか
ら、その時点以後の燃焼排気ガスの酸素濃度上昇速度は
小さくなる。上述したように部分的な燃焼完了とマイク
ロ波強度検出値の極小のタイミングは一致するため、そ
のタイミングで部分的に燃焼が終了した時点での残留パ
ティキュレート量が推定できる。そこでマイクロ波強度
検出手段の検出値が極小値をとる時間が遅くなるほど、
部分的に燃焼が終了した時点での残留パティキュレート
量が多いと見なし、気体供給量に対する大気導入量の比
率の漸小量を小さくすることにより、捕集量に関係なく
燃焼終了まで所望の供給気体酸素濃度を維持でき、燃焼
失火あるいは燃焼温度過昇温を防止できる。

【００２４】また請求項８に係るフィルタ再生装置は、
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、前記フィルタが捕集したパティキュ
レートを加熱する加熱手段と、前記フィルタに酸素を含
む気体を供給する気体供給手段と、前記気体供給手段が
供給する気体を前記フィルタに供給する気体供給経路
と、前記フィルタ通流後の気体を前記気体供給手段まで
還流する気体還流経路と、前記気体還流経路に設けた大
気導入量規定手段と、前記フィルタと前記大気導入量規
定手段との間の前記気体供給経路に設け、前記フィルタ
通流前の気体の酸素濃度を検出するフィルタ通流前気体
酸素濃度検出手段と、前記フィルタ通流前気体酸素濃度
検出手段の検出酸素濃度に基づいて前記大気導入量規定
手段の動作を制御する制御手段とを備えている。

【００２５】大気導入後のフィルタへの供給気体の酸素
濃度を酸素濃度検出手段で検出し、その検出濃度が所望
値になるよう、大気導入量をフィードバック制御するこ
とにより、酸素濃度制御の精度を一段と高め、外乱によ
る酸素濃度変動を除外できる。

【００２６】なお、上記発明を単独あるいは組み合わせ
ることにより、幅広い捕集量において安全なフィルタ再
生と、再生による有害物質の排出防止を保証することが
できる。

【００２７】以下本発明の実施例を図１を用いて説明す
る。図１においてディーゼルエンジン１より排出された
排気ガスは排気ガス導入管２を通して加熱空間３内に収
納されたフィルタ４に導かれる。フィルタ４はハニカム
構造からなり、排気ガスが通過する際に排気ガス中に含
まれるパティキュレートを捕集する。加熱空間３はパン
チング穴構成あるいはハニカム構成などからなるマイク
ロ波遮蔽手段５、６でもってマイクロ波を実質的に閉じ
こめる空間を限定している。７はフィルタ４の外周と加
熱空間３を形成する管壁８との間に設けたフィルタ保持
手段であり、フィルタ４を保持するとともにフィルタ４
の側面からの伝熱を抑制する。このフィルタ保持手段７
が配設された空間は排気ガスの通流が遮断されている。

【００２８】９はフィルタ４が捕集したパティキュレー
トを加熱する加熱手段で、マイクロ波供給手段で構成し
ており、以下この加熱手段をマイクロ波供給手段と称
す。マイクロ波供給手段９が発生するマイクロ波は矩形
導波管１０および給電孔１１、１２を通して加熱空間３
に給電され、フィルタ４が捕集したパティキュレートが
誘電加熱される。１３はマイクロ波供給手段９の駆動電
源である。１４はマイクロ波供給手段９の動作によって
フィルタ保持手段７の内部あるいは外部に存在するマイ
クロ波強度を検出するマイクロ波強度検出手段であり、
同軸線路構造を有する。フィルタ４が捕集したパティキ
ュレート量によりフィルタ４内部のマイクロ波電磁場状
態が変化する。所望の捕集量範囲において捕集量の増加
にともないマイクロ波強度の検出値が減少するような位
置を選択してマイクロ波強度検出手段１４を設けてい
る。ここで同軸線路の中心導体１５はフィルタ保持手段
７の内部あるいは外部に配される。

【００２９】気体供給手段１６（コンプレッサ、ファン
などで構成）は気体供給経路１７を通してフィルタ４に
酸素を含む気体を供給し、パティキュレート燃焼を促進
する。また気体供給手段１６は逆止弁（図示せず）を備
え、パティキュレート捕集時のディーゼルエンジン１の
排気ガス流入を防止している。フィルタ４通流後の燃焼
後気体は気体還流経路１８ａ、気体排出経路１９、浄化
手段２０を通して排出される。本発明では浄化手段２０
はパティキュレート燃焼によって生じる、排気ガス中の
未燃焼物質（一酸化炭素、炭化水素など）を酸化し、無
害化する酸化触媒としており、以下この浄化手段を酸化
触媒と称す。燃焼排気ガス中に酸素が残存しない状態で
も酸化触媒２０を機能させるため、酸素補充手段２１
（ポンプなど）により酸素を含む気体（大気でよい）を
補充し、さらに酸化触媒２０を活性温度に保つため、浄
化手段加熱手段２２（電気ヒーターなどで構成）を設け
ている。

【００３０】またフィルタ４通流後の気体の一部は気体
還流経路１８ｂを通して大気導入経路２３に設けた大気
導入量規定手段２４（以下弁と称す）の開度に応じて導
入される大気とともに気体供給手段１６に還流される。
気体供給手段１６の供給気体流量と独立に弁２４の開度
のみ大気導入量に対する供給気体流量（体積比率）を制
御できる。フィルタ４通流後の気体はパティキュレート
燃焼により高温であるが、気体還流経路１８ａ、１８ｂ
は熱交換器として働き高温気体が冷却される。気体循環
経路１８ａの途中にフィルタ通流後気体酸素濃度検出手
段２５を設け、パティキュレート燃焼排気ガスの酸素濃
度を検出する。またフィルタ４と弁２４との間の気体供
給経路１７にフィルタ通流前気体酸素濃度検出手段２６
を設け、パティキュレートを燃焼させる気体の酸素濃度
を検出する。さらに大気温度検出手段２７と大気圧力検
出手段２８がそれぞれ大気の温度と圧力を検出する。

【００３１】フィルタ４再生時は弁２９、弁３０を切り
替えディーゼルエンジン１の排気ガスを排気分岐管３
１、マフラ３２を通して排出し、フィルタ４からバイパ
スする。弁３３はフィルタ４再生時に開となり、気体供
給手段１６が駆動しフィルタ４通流後の気体が気体還流
経路１８ａに流れる。

【００３２】３４はマイクロ波供給手段９、気体供給手
段１６、酸素補充手段２１、浄化手段加熱手段２２、弁
２４、弁２９、弁３０および弁３３の動作を制御する制
御手段であり、マイクロ波強度検出手段１４、フィルタ
通流後気体酸素濃度検出手段２５、フィルタ通流前気体
酸素濃度検出手段２６、大気温度検出手段２７および大
気圧力検出手段２８の検出信号を入力している。また制
御手段３４はマイクロ波強度検出手段１４の検出するマ
イクロ波強度に基づいてフィルタ４が捕集したパティキ
ュレート重量を決定する。

【００３３】以下に上記構成の動作を説明する。まずパ
ティキュレート捕集時は弁２４、弁３３を閉とし弁２
９、弁３０を所定位置（図１の破線で示す位置）に切り
換え、ディーゼルエンジン１より排出される排気ガスを
フィルタ４に通すことにより、排気ガス中に含まれるパ
ティキュレートを捕集し排気ガスを浄化する。フィルタ
４に捕集されたパティキュレートの量が増加すると、フ
ィルタ４での圧損が増大しディーゼルエンジン１の負荷
が増大するとともに最悪の場合は停止に至る。したがっ
て適切な捕集量の下でフィルタ４に捕集されたパティキ
ュレートを除去（フィルタ再生）する必要がある。マイ
クロ波供給手段９を定期的に動作させ、その時のマイク
ロ波強度検出手段１４が検出するマイクロ波強度に基づ
いて制御手段３４が捕集量を演算し、再生が必要となる
捕集量に達したと制御手段３４が判断すると、制御手段
３４がマイクロ波供給手段９、気体供給手段１６、酸素
補充手段２１、浄化手段加熱手段２２、弁２４、弁２
９、弁３０および弁３３を制御しフィルタ４の再生を行
う。

【００３４】フィルタ４再生時は弁２９、弁３０を所定
位置（図１に示す実線位置）に切り換え、ディーゼルエ
ンジン１が動作中は排気ガスを排気分岐管３１を通して
バイパスさせる。また弁３３を開とし気体供給手段１６
の供給する気体が流通可能になる。マイクロ波供給手段
９を動作させ、それが発生するマイクロ波によりフィル
タ４に捕集されたパティキュレートを誘電加熱する。ま
た浄化手段加熱手段２２を動作させ、酸化触媒２０を活
性温度になるよう加熱する。

【００３５】パティキュレートの燃焼開始温度である６
００℃前後になるよう所定時間加熱したところで弁２４
を所定開度に設定すると同時に気体供給手段１６を動作
させ、酸素を含む気体をフィルタ４に供給し、パティキ
ュレートの燃焼を開始させる。また酸素補充手段２１を
動作させ、気体排出経路１９を流れる排気ガスに触媒反
応で必要となる酸素を補充する。フィルタ４通流後の燃
焼後気体の一部は気体還流経路１８ａ、気体排出経路１
９、酸化触媒２０を通して未燃焼成分の浄化後大気に排
出され、残りの燃焼後気体は気体還流経路１８ｂを通し
て大気導入経路２３から弁２４の開度で規定される大気
とともに気体供給手段１６に還流される。気体供給手段
１６を動作させ、パティキュレート燃焼を行う際、制御
手段３４がマイクロ波強度検出手段１４、フィルタ通流
後気体酸素濃度検出手段２５、フィルタ通流前気体酸素
濃度検出手段２６、大気温度検出手段２７および大気圧
力検出手段２８の検出信号に基づいてマイクロ波供給手
段９、気体供給手段１６、弁２４を制御する。

【００３６】パティキュレート燃焼を完了させた後、マ
イクロ波供給手段９の動作を停止させ、気体供給手段１
６をさらに所定時間動作させてフィルタ４を冷却し、フ
ィルタ４の再生が終了する。その後気体供給手段１６、
酸素補充手段２１および浄化手段加熱手段２２の動作を
停止させ、さらに弁２４、弁３３を閉とし、弁２９、弁
３０を再び切り換え（図１の破線の位置）、今再生した
フィルタ４に排気ガスを通流できる状態にする。

【００３７】本発明はフィルタ４が捕集した幅広い捕集
量の安全再生と、再生による未燃焼成分の排出防止を目
的としており、以下詳細に説明する。

【００３８】第１の発明は図１において、フィルタ通流
後気体酸素濃度検出手段２５の検出酸素濃度に基づい
て、マイクロ波供給手段９および気体供給手段１６の動
作を制御手段３４が制御している点である。捕集量が少
ない場合、燃焼温度が低いことから、酸素消費速度が小
さく、供給酸素が過剰傾向となり、燃焼時の空気比が１
以上となる。燃焼発熱量が元々小さいことから、空気比
が大きすぎると熱収支は冷却が勝るようになり、燃焼温
度が低下し、失火の危険性が生ずる。そこでフィルタ通
流後気体酸素濃度検出手段２５で燃焼排気ガスの酸素濃
度を検出し、それに対応する空気比が所定値を超える
と、気体供給手段１６の気体供給量を抑制して、空気比
を低下させ、供給気体による冷却量を減少させる。さら
に酸素消費速度を高め、燃焼熱を増大させるためマイク
ロ波供給手段９のマイクロ波供給量を増大させる。この
制御により、５ｇ／Ｌ程度以下の低捕集量においてもパ
ティキュレート燃え残りが少ない安定した再生が可能と
なり、長期使用でのフィルタの目詰まりを防止できる。

【００３９】第２の発明は図１において、酸素補充手段
２１によりフィルタ４通流後の燃焼排気ガスに酸素を含
む気体（大気）を補充している点である。捕集量が多く
なるにつれ、燃焼温度が上昇し、酸素消費速度が指数関
数的に増加し、フィルタ通流後の燃焼排気ガス中の酸素
が減少する。これは空気比の低下を意味する。一方、不
完全燃焼により発生する一酸化炭素の濃度は捕集量の増
加で増大する。酸素を補充することにより、１０ｇ／Ｌ
程度以上の高捕集量の再生においても、浄化に使われる
酸素の不足を防止し、効果的に酸化触媒を機能させ、未
燃焼物質の排出を防止できる。

【００４０】第３の発明は図１において、酸化触媒２０
を加熱する浄化手段加熱手段２２を設けた点である。こ
れにより酸化触媒２０を活性温度に加熱し、浄化性能を
最大限に発揮できる。

【００４１】なお、上記３発明の実施例は、フィルタ４
への供給気体はフィルタ４通流後の燃焼排気ガスの一部
を還流する構成で説明しているが、気体供給手段１６が
大気だけを供給する一般的な再生方法においてもこれら
発明を適用することができる。

【００４２】ところで供給気体流量が数十リットル毎分
の状態で５ｇ／Ｌ程度の低捕集量では、フィルタ４通流
後の燃焼排気ガス酸素濃度は１０ｖｏｌ％程度以上で、
基本的に供給酸素が過剰な状態であり、供給気体の酸素
濃度の影響を受けにくい。しかし上述したように、捕集
量の増加に伴い酸素消費速度が上昇し、捕集量が１０ｇ
／Ｌ程度を超えると供給酸素が全て消費され、供給気体
の酸素濃度が燃焼温度を支配する。本発明では再生可能
捕集量上限を拡大するため、パティキュレート燃焼排気
ガスであるフィルタ４通流後気体の一部は気体還流経路
１８ｂを通して大気導入経路２３に設けた弁２４の開度
に応じて導入される大気とともに気体供給手段１６に還
流している。ここで高捕集量では燃焼排気ガスに酸素が
存在せず、また気体供給手段１６の供給気体流量とほぼ
独立に弁２４の開度のみで供給気体流量に対する大気導
入量の比率（体積比率）を制御できることから、厳密な
供給気体酸素濃度制御が求められる高捕集量では、弁２
４の開度でその酸素濃度を制御できる。

【００４３】第４、第５の発明は大気温度検出手段２
８、大気圧力検出手段２９をそれぞれ設け、その検出大
気温度あるいは検出大気圧力もしくはその双方に基づい
て制御手段３４が弁２４を制御して、気体供給量に対す
る大気導入量の比率（体積比率）を図２、３に示すよう
にそれぞれ補正している点である。大気の温度あるいは
圧力の変動もしくはその双方で導入される大気の密度が
変動するが、補正により気体供給量に対する大気導入量
の質量比率つまり、供給気体の酸素濃度を一定に保つこ
とができる。これによって寒冷地や高地など特殊な使用
環境の下でも燃焼失火あるいは燃焼温度過昇温の危険性
がない、安定したフィルタ再生を行うことができる。

【００４４】第６の発明は図４に示すように、気体供給
手段１６動作中のマイクロ波強度検出手段１４の検出マ
イクロ波強度が極小値をとった時間（ｔ_L）以降、弁２
４の開度を制御し、気体供給量に対する大気導入量の比
率を漸小量Ｖで漸小させる点である。フィルタ４におい
て供給気体の通流方向にパティキュレート燃焼は進む
が、フィルタ４の加熱むらおよび流れ方向に垂直な断面
における流速むらにより不均一な燃焼となる。通流方向
に燃焼が伝搬し、部分的にフィルタ４端面まで燃焼が完
了すると、その領域では酸素が消費されず、燃焼排気ガ
ス酸素濃度が上昇し、大気導入量の比率を一定にしてい
ると、供給気体の酸素濃度が上昇し、燃焼領域の温度が
高温化する。ところでフィルタ４を含む空間にマイクロ
波を供給し、その空間のマイクロ波強度を適切な位置で
検出する構成において、部分的に端面まで燃焼が終了す
ると、それまで減少していたマイクロ波強度検出値が上
昇に転じ、検出値が極小値をとる。そこでマイクロ波強
度検出値が極小値をとると部分的に燃焼が完了したと見
なし、そのタイミミング以降、気体供給量に対する大気
導入量の比率を漸小させることにより供給気体の酸素濃
度の増加を抑制し、燃焼領域の高温化を防止できる。

【００４５】第７の発明は図５に示すように、気体供給
手段１６動作中のマイクロ波強度検出手段１４の検出マ
イクロ波強度が極小値をとった時間ｔ_Lに基づいて、気
体供給量に対する大気導入量の比率の漸小量Ｖを制御す
る点である。捕集量によって燃焼進行の度合いが異な
り、捕集量が多くなるほど部分的な燃焼完了までの時間
が長くなる。また捕集量が多くなるほど部分的に燃焼が
終了した時点での残留パティキュレート量が多いことか
ら、その時点以後の燃焼排気ガスの酸素濃度上昇速度は
小さくなる。上述したように部分的な燃焼完了とマイク
ロ波強度検出値の極小のタイミングは一致するため、そ
のタイミングで部分的に燃焼が終了した時点での残留パ
ティキュレート量が推定できる。そこでマイクロ波強度
検出手段の検出値が極小値をとる時間が遅くなるほど、
部分的に燃焼が終了した時点での残留パティキュレート
量が多いと見なし、気体供給量に対する大気導入量の比
率の漸小量を小さくすることにより、捕集量に関係なく
燃焼終了まで所望の供給気体酸素濃度を維持でき、燃焼
失火あるいは燃焼温度過昇温を防止できる。

【００４６】第８の発明は図１において、供給気体の酸
素濃度を検出するフィルタ通流前気体酸素濃度検出手段
２６を設け、その検出酸素濃度が所望値になるよう、弁
２４の開度をフィードバック制御する点である。これに
より供給気体の酸素濃度制御の精度を一段と高め、外乱
による酸素濃度変動を除外でき、安定したフィルタ再生
を保証できる。

【００４７】なお第４から第８の発明を相互に組み合わ
せることにより、制御系の安定度をより高めることがで
きる。

【００４８】なお本実施例では加熱手段をマイクロ波供
給手段９としているが電気ヒータやバーナなどの加熱源
を用いてもよい。

【００４９】なおフィルタ４再生中の排気ガスを排気分
岐管３１にバイパスさせフィルタ４に対してディーゼル
エンジン１の排気ガスと気体供給手段１６の供給気体の
流れ方向が逆のバイパス逆流再生方式で説明したが、フ
ィルタ４を２個設けたツインフィルタ方式、フィルタ４
に対してディーゼルエンジン１の排気ガスと気体供給手
段１６の供給気体の流れ方向が同じ順流再生方式、排気
分岐管３１を無くしディーゼルエンジン１停止時にフィ
ルタ４再生を行う停車再生方式などにも本実施例は適用
できる。停車再生方式はフィルタ４再生を行うタイミン
グが限定されることから、再生する捕集量は再生ごとに
大きく異なる。本発明は幅広い捕集量を安全に再生でき
ることから、この再生方式において再生タイミングの選
択自由度を従来よりも大きくできる。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように本発明のフィルタ再
生装置によれば以下の効果が得られる。

【００５１】（１）フィルタ通流後気体酸素濃度検出手
段を設け、パティキュレート燃焼後の排気ガス中の酸素
濃度を検出し、制御手段がその検出値に基づいて加熱手
段の加熱量および気体供給手段の気体供給量の少なくと
もいずれか一方を制御することにより、所望空燃比でパ
ティキュレート燃焼を行うことができ、特にパティキュ
レート捕集量が少ないときの燃焼失火防止に効果があ
る。

【００５２】（２）酸素補充手段でパティキュレート燃
焼後の排気ガスに大気（酸素）を導入することにより、
パティキュレート捕集量が多いときでも排気ガス中に酸
素を確保し、排気ガス中に含まれる未燃焼成分の浄化手
段（酸化触媒など）による浄化を効果的に行うことがで
きる。

【００５３】（３）浄化手段加熱手段を設け、浄化手段
を活性温度に加熱することにより、浄化手段による排気
ガス浄化を効果的に行うことができる。

【００５４】（４）大気温度検出手段を設け、制御手段
がその検出温度に基づいて大気導入量規定手段を制御
し、気体供給量に対する大気導入量の比率を補正するこ
とにより、大気の温度に関係なく、供給ガスの酸素濃度
を一定に保ち、寒冷地などの特殊な環境においても安定
したパティキュレート燃焼を行うことができる。

【００５５】（５）大気圧力検出手段を設け、制御手段
がその検出圧力に基づいて大気導入量規定手段を制御
し、気体供給量に対する大気導入量の比率を補正するこ
とにより、大気の圧力に関係なく、供給ガスの酸素濃度
を一定に保ち、高地などの特殊な環境においても安定し
たパティキュレート燃焼を行うことができる。

【００５６】（６）制御手段が気体供給中のマイクロ波
強度検出手段の検出強度が極小値となると部分的にパテ
ィキュレート燃焼が完了したと見なし、その時間以降に
大気導入量規定手段を制御し、気体供給量に対する大気
導入量の比率を漸小させることにより、再生が終了する
までフィルタへの供給気体の酸素濃度を所望近傍に維持
し、燃焼領域の高温化を防止できる。

【００５７】（７）制御手段が気体供給中のマイクロ波
強度検出手段の検出強度が極小値となった時間が遅くな
るほどフィルタによるパティキュレート捕集量が多いと
みなし、その時間以降大気導入量規定手段を制御し、気
体供給量に対する大気導入量の比率の漸小量を小さくす
ることにより、パティキュレート捕集量に関係なく再生
が終了するまでフィルタへの供給気体酸素濃度を所望値
近傍に維持でき、最適なパティキュレート燃焼を行うこ
とができる。

【００５８】（８）フィルタ通流前気体酸素濃度検出手
段を設け、制御手段がその検出酸素濃度に基づいて大気
導入量規定手段を制御することにより、供給気体の酸素
濃度制御の精度を一段と高め、さらに安定したパティキ
ュレート燃焼を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のフィルタ再生装置の実施例を示す構成
図

【図２】同フィルタ再生装置の検出大気温度に基づく制
御方法を示す図

【図３】同フィルタ再生装置の検出大気圧力に基づく制
御方法を示す図

【図４】同フィルタ再生装置の検出マイクロ波強度に基
づく第１の制御方法を示す図

【図５】同フィルタ再生装置の検出マイクロ波強度に基
づく第２の制御方法を示す図

【符号の説明】

４ フィルタ ９ 加熱手段（マイクロ波供給手段） １４ マイクロ波強度検出手段 １６ 気体供給手段 １７ 気体供給経路 １８ａ、１８ｂ 気体還流経路 １９ 気体排出経路 ２０ 浄化手段（酸化触媒） ２１ 酸素補充手段 ２２ 浄化手段加熱手段 ２４ 大気導入量規定手段（弁） ２５ フィルタ通流後気体酸素濃度検出手段 ２６ フィルタ通流前気体酸素濃度検出手段 ２７ 大気温度検出手段 ２８ 大気圧力検出手段 ３４ 制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 垰 統雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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、前記フィルタが捕集し
   たパティキュレートを加熱する加熱手段と、前記フィル
   タに酸素を含む気体を供給する気体供給手段と、前記フ
   ィルタ通流後の気体の酸素濃度を検出するフィルタ通流
   後気体酸素濃度検出手段と、前記フィルタ通流後気体酸
   素濃度検出手段の検出酸素濃度に基づいて前記加熱手段
   および前記気体供給手段の少なくとも一方の動作を制御
   する制御手段とを備えたフィルタ再生装置。
2. 【請求項２】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、前記フィルタが捕集し
   たパティキュレートを加熱する加熱手段と、前記フィル
   タに酸素を含む気体を供給する気体供給手段と、前記フ
   ィルタ通流後の気体が通流する気体排出経路と、前記フ
   ィルタ通流後の気体中に含まれる未燃焼成分を浄化する
   浄化手段と、前記気体排出経路に設け、前記フィルタ通
   流後の気体に酸素を含む気体を補充する酸素補充手段と
   を備えたフィルタ再生装置。
3. 【請求項３】浄化手段内または気体排出経路内の浄化手
   段近傍に浄化手段加熱手段を付加した請求項２記載のフ
   ィルタ再生装置。
4. 【請求項４】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、前記フィルタが捕集し
   たパティキュレートを加熱する加熱手段と、前記フィル
   タに酸素を含む気体を供給する気体供給手段と、前記フ
   ィルタ通流後の気体を前記気体供給手段まで還流する気
   体還流経路と、前記気体還流経路に設けた大気導入量規
   定手段と、大気の温度を検出する大気温度検出手段と、
   前記大気温度検出手段の検出温度に基づいて大気導入量
   規定手段の動作を制御する制御手段とを備えたフィルタ
   再生装置。
5. 【請求項５】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、前記フィルタが捕集し
   たパティキュレートを加熱する加熱手段と、前記フィル
   タに酸素を含む気体を供給する気体供給手段と、前記フ
   ィルタ通流後の気体を前記気体供給手段まで還流する気
   体還流経路と、前記気体還流経路に設けた大気導入量規
   定手段と、大気の圧力を検出する大気圧力検出手段と、
   前記大気圧力検出手段の検出圧力に基づいて大気導入量
   規定手段の動作を制御する制御手段とを備えたフィルタ
   再生装置。
6. 【請求項６】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、前記フィルタに酸素を
   含む気体を供給する気体供給手段と、前記フィルタ通流
   後の気体を前記気体供給手段まで還流する気体還流経路
   と、前記気体還流経路に設けた大気導入量規定手段と、
   前記フィルタにマイクロ波を供給するマイクロ波供給手
   段と、前記フィルタを収納した空間のマイクロ波強度を
   検出するマイクロ波強度検出手段と、前記マイクロ波強
   度検出手段の検出強度に基づいて前記大気導入量規定手
   段の動作を制御する制御手段とを備え、上記制御手段は
   前記気体供給手段動作中における前記マイクロ波強度検
   出手段の検出強度が極小値となった以降は気体供給量に
   対する大気導入量の比率を漸小させるフィルタ再生装
   置。
7. 【請求項７】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、前記フィルタに酸素を
   含む気体を供給する気体供給手段と、前記フィルタ通流
   後の気体を前記気体供給手段まで還流する気体還流経路
   と、前記気体還流経路に設けた大気導入量規定手段と、
   前記フィルタにマイクロ波を供給するマイクロ波供給手
   段と、前記フィルタを収納した空間のマイクロ波強度を
   検出するマイクロ波強度検出手段と、前記マイクロ波強
   度検出手段の検出強度に基づいて前記大気導入量規定手
   段の動作を制御する制御手段とを備え、制御手段は気体
   供給手段動作中におけるマイクロ波強度検出手段の検出
   強度が極小値となった時間に基づいて気体供給量に対す
   る大気導入量の比率の漸小量を制御するフィルタ再生装
   置。
8. 【請求項８】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、前記フィルタが捕集し
   たパティキュレートを加熱する加熱手段と、前記フィル
   タに酸素を含む気体を供給する気体供給手段と、前記気
   体供給手段が供給する気体を前記フィルタに供給する気
   体供給経路と、前記フィルタ通流後の気体を前記気体供
   給手段まで還流する気体還流経路と、前記気体還流経路
   に設けた大気導入量規定手段と、前記フィルタと前記大
   気導入量規定手段との間の前記気体供給経路に設け、前
   記フィルタ通流前の気体の酸素濃度を検出するフィルタ
   通流前気体酸素濃度検出手段と、前記フィルタ通流前気
   体酸素濃度検出手段の検出酸素濃度に基づいて前記大気
   導入量規定手段の動作を制御する制御手段とを備えたフ
   ィルタ再生装置。