JPH1162558A

JPH1162558A - 排気ガス浄化装置の再生システム

Info

Publication number: JPH1162558A
Application number: JP9212893A
Authority: JP
Inventors: Kazushige Ono; 一茂大野; Masaaki Kojima; 正明小島; Noriyuki Taoka; 紀之田岡
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1997-08-07
Filing date: 1997-08-07
Publication date: 1999-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】排気ガス中のパティキュレートを捕捉した排
気ガス浄化用ハニカムフィルタを再生するため、前記パ
ティキュレートを焼却するに際し、前記フィルタ内で生
じる温度分布のバラツキを防止する。【解決手段】内燃機関の排気通路１１に設置し、多孔
質炭化珪素焼結体よりなる排気ガス浄化用ハニカムフィ
ルタ１２を備えた排気ガス浄化装置１０と、フィルタ１
２を再生するために該フィルタ１２のガス流入側の前方
に配置したヒータ１３と、該ヒータ１３の前方で浄化装
置１０に取り付けた助燃空気の流入口１６と、ヒータ１
３に供給する電力と助燃空気の供給を制御するコントロ
ールユニット２０とからなる排気ガス浄化装置の再生シ
ステムを提供する。

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等
の内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気ガス
浄化装置において、排気ガス浄化用ハニカムフィルタを
使用後再生するための排気ガス浄化装置の再生システム
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジン等の内燃機関から排
出されるＮＯx （窒素酸化物），ＨＣ（炭化水素）など
を除去するために用いる排気ガス浄化用ハニカムフィル
タを備えた排気ガス浄化装置は既知である。このフィル
タは、ＮＯx ，ＨＣなどを除去すると同時に、排気ガス
中に含有するパティキュレート（粒子状物質）を捕捉す
るため、使用時間が増えるにつれてパティキュレートの
堆積によりフィルタ効率が低下する。こうした現象は、
例えば、バス、トラックまたはフォークリフトなどのデ
ィーゼル車で顕著である。

【０００３】このため、排気ガス浄化用ハニカムフィル
タで捕捉したパティキュレートを焼却することにより、
前記フィルタを再生する必要があるが、従来の排気ガス
浄化用ハニカムフィルタに採用されたコージェライト
は、最高使用温度や熱伝導率が悪いため、耐久性の面で
問題があった。

【０００４】そこで、本願出願人は、最高使用温度や熱
伝導率の良い多孔質炭化珪素焼結体を排気ガス浄化用ハ
ニカムフィルタに採用した排気ガス浄化装置を、特開平
３−２３３０７号公報で提案済みである。これは、図６
に示すように、排気通路３中に設けた排気ガス浄化装置
１において、排気ガス浄化用ハニカムフィルタ２の外周
にヒータ４を配設したものである。排気ガス浄化用ハニ
カムフィルタ２の再生は、ヒータ４によってフィルタ２
を加熱するとともに、排気ガス浄化装置１の前方に設け
た流入口５から助燃空気を供給し、前記パティキュレー
トを焼却することにより行われる。

【０００５】しかしながら、この装置によれば、排気ガ
ス浄化用ハニカムフィルタ２の外周にヒータ４が配設さ
れているため、パティキュレートが燃焼し始めたときの
温度分布はフィルタ２の外周表面に沿って均等になる
が、このフィルタ２全体をパティキュレートの燃焼温度
まで加熱する時間（昇温時間）が長くかかる。また、こ
の加熱されたフィルタに助燃空気が供給されると、燃焼
が開始されるのであるが、捕捉したパティキュレートの
量が多い時、燃焼中後期に燃焼が進むと、前面が助燃空
気で冷やされ、フィルタ中後方で温度が高くなる状況が
形成される。この温度分布によって発生する応力分布
は、時としてフィルタの許容応力を越え、フィルタにク
ラックを発生させる場合を考慮し、焼却量の上限を低め
ていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、こうした事
実に鑑みなされたもので、内燃機関から排出される排気
ガス中のパティキュレートを捕捉した排気ガス浄化用ハ
ニカムフィルタを再生するため、前記パティキュレート
の焼却に要する時間を短縮するとともに、その焼却量も
増加させることができる排気ガス浄化装置の再生システ
ムを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するた
め、請求項１に記載の排気ガス浄化装置の再生システム
は、内燃機関の排気通路に設置し、多孔質炭化珪素焼結
体よりなる排気ガス浄化用ハニカムフィルタを備えた排
気ガス浄化装置と、前記フィルタを再生するために該フ
ィルタのガス流入側の前方に配置したヒータと、該ヒー
タの前方で前記浄化装置に設けた助燃空気の流入口と、
前記ヒータに供給する電力と助燃空気の供給を制御する
コントロールユニットとからなることを特徴とするもの
である。

【０００８】本発明の再生システムにおいては、ヒータ
によって熱せられる最も高温の位置が、前端部になり、
この状態において、助燃空気を供給すると燃焼が開始す
る。このようにフィルタ内の最も高温の位置と燃焼開始
点が一致するので、昇温時間が著しく短くなる。また、
ヒータからの熱の排気ガス浄化用ハニカムフィルタ内で
の伝導は、該フィルタの長手方向に沿って行われるの
で、効率よく燃焼伝播が行われ、前端部が助燃空気によ
り冷却されることもなく、長手方向に均一になり、応力
分布が発生し難い燃焼伝播となる。これにより、焼却可
能なパティキュレートの量は著しく増加し、かつ、安全
に短時間に再生できるシステムが構成し得る。

【０００９】この再生システムの優れた燃焼メカニズム
を達成するための構成として、本発明では、排気ガス浄
化用ハニカムフィルタの材料として多孔質炭化珪素焼結
体を採用している。本材料は、熱伝導率が非常に高く、
ヒータからの直接の熱量や助燃空気がヒータ表面を通過
することにより熱交換した熱量をフィルタ後方や半径方
向に効率よく伝播するのに役立ち、局所的な過剰燃焼が
生じても安全に熱拡散をすることができ、このような、
パティキュレート量の多い少ないを問わずに完全に、短
時間に、安全に再生を達成することが可能になる。この
ため、パティキュレートを燃焼させる際に起きる温度分
布のバラツキが解消され、パティキュレートの焼却に要
する時間をさらに短縮することができるとともに、焼却
可能なパティキュレートの量も増加させることができ
る。

【００１０】また、請求項２に記載の排気ガス浄化装置
の再生システムは、請求項１において、ヒータを排気ガ
ス浄化用ハニカムフィルタに対して、該フィルタのガス
流入側端面から０．２から１５ｃｍの離間隔をもって配
置したことを特徴とするものである。

【００１１】この場合、排気ガス浄化用ハニカムフィル
タのガス流入側端面がヒータと直接接触していないた
め、ヒータの加熱により排気ガス浄化用ハニカムフィル
タのガス流入側端面が異常な高温を示すことがない。こ
れにより、急激な温度変化によって、排気ガス浄化用ハ
ニカムフィルタのガス流入側端面付近にクラックが生じ
ることを防止することができる。また、フィルタ前端部
を遮ることが無いため、圧力損失が増加することもな
く、再生システムが車載される場合、振動によりヒータ
とフィルタ前端部が接触振動し、破損に至らしめられる
こともない。

【００１２】前記離間隔を０．２から１５ｃｍの範囲に
限定すれば、フィルタへの熱伝播、助燃空気との熱交
換、接触振動の回避のバランスが良く特に望ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して詳細に説明する。図１は、本発明に係る排気ガ
ス浄化装置の再生システムの一実施形態を示す。排気ガ
ス浄化装置１０は、内燃機関（本実施形態ではディーゼ
ルエンジン）から排出される排気ガスを浄化するための
装置で、該内燃機関からの排気通路１１の途中に設置さ
れている。この排気ガス浄化装置１０は、図２に示すよ
うに、多孔質炭化珪素（ＳｉＣ）の焼結体よりなる排気
ガス浄化用ハニカムフィルタ１２と、フィルタ１２を加
熱するための該フィルタのガス流入側端面の前方に配置
したヒータ１３とを備える。また車載されたポンプユニ
ット１４は、配管１５を介して排気ガス浄化装置１０に
連結し、助燃空気を配管１５を介して排気ガス浄化装置
１０に設けた流入口１６から排気ガス浄化装置１０内に
供給する。なお、排気ガス浄化装置１０内のパティキュ
レートによる詰まり具合は、エアーチューブ１７を経て
モニターボックス１８に伝えられる運転中の圧力変化を
モニターすることによって知ることができる。また、参
照符号１９は、排気ガス浄化装置１０内からガスが逆流
するのを防止するための逆止弁であるが、この逆止弁１
９の配置は、この形態に限るものではなく、配管１５中
に設けてもよい。

【００１４】コントローラユニット２０（本実施形態で
は交流２００Ｖ電源）は、コネクタボックス２１を介し
て、回路Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 に接続されている。回路Ｒ1
は、排気ガス浄化装置１０に設けた温度センサ（例え
ば、熱電対）からの出力信号に基づき排出されるガスに
より排気ガス浄化装置１０内が急激に温度上昇するのを
監視する。回路Ｒ2 は、ヒータ１３に接続され、ヒータ
温度を後述するように制御する。回路Ｒ3 は、ポンプユ
ニット１４に接続され、助燃空気の供給を後述するよう
に制御する。

【００１５】ヒータ１３は、フィルタ１２のガス流入側
端面から所定の離間隔で配置した渦巻き状のセラミック
ヒータである。ヒータ１３の形状は、渦巻きに限定され
るものではなく、フィルタ１２の前方に配置した際、供
給された助燃空気を通すものであれば、いかなる形状の
ものを使用することができる。

【００１６】この場合、排気ガス浄化用ハニカムフィル
タ１２のガス流入側端面がヒータ１３と直接接触してい
ないため、ヒータ１３の加熱によりフィルタ１２のガス
流入側端面が異常な高温を示すことがない。これによ
り、急激な温度変化によって、排気ガス浄化用ハニカム
フィルタ１２のガス流入側端面付近にクラックが生じる
ことを防止することができる。また、フィルタ１２の前
端部を遮ることが無いため、圧力損失が増加することも
なく、再生システムが車載される場合、振動によりヒー
タ１３とフィルタ１２の前端部が接触振動し、破損に至
らしめられることもない。

【００１７】特に、ヒータ１３を排気ガス浄化用ハニカ
ムフィルタ１２に対して、該フィルタ１２のガス流入側
端面から０．２から１５ｃｍの離間隔をもって配置すれ
ば、フィルタ１２への熱伝播、助燃空気との熱交換、接
触振動の回避のバランスが良く望ましい。

【００１８】排気ガス浄化用ハニカムフィルタ１２は、
多孔質炭化珪素焼結体によって、ハニカム状に形成され
るとともに、全体として、ほぼ円柱状をなしている。こ
のフィルタ１２には、その長手方向に平行に延びる複数
の排気ガス流通孔１２ａが形成されており、各流入孔１
２ａのガス流入側および排出側のいずれか一端が多孔質
炭化珪素焼結体の小片１２ｂで交互に封止されている。
このようにして、フィルタ１２のガス流入側端面および
ガス排出側端面における流通孔は市松模様を示す。ま
た、排気ガス流通孔１２ａの内壁表面には、酸化触媒を
担持することができる。また排気ガス浄化用ハニカムフ
ィルタ１２は、その外周面に設けた断熱材２３を介して
排気ガス浄化装置１０のケーシング内に緊密に保持され
ている。

【００１９】ここで、排気ガス浄化用ハニカムフィルタ
１２の作用を説明する。図２に示すように、ディーゼル
エンジンから排出される排気ガス（矢印Ａ）は、排気ガ
ス浄化用ハニカムフィルタ１２に流入すると、排気ガス
流通孔１２ａの表面で排気ガス中のパティキュレート
（煤などの粒子状物質）やＨＣなどがろ過されるととも
に酸化触媒により酸化される。そして、排気ガス浄化用
ハニカムフィルタ１２内を通過して浄化された排気ガス
（矢印Ｂ）は、排気通路１１を介して車外に排出され
る。

【００２０】しかし、ディーゼルエンジンを長時間にわ
たって運転すると、パティキュレートが各流通孔の内壁
面に堆積してフィルタ１２のフィルタ効率が低下する。
このため、ディーゼルエンジンの運転を停止した後、排
気ガス浄化装置１０内のフィルタ１２を本発明に係る再
生システムを用いて再生する。

【００２１】まず、コントロールユニット２０の電源を
入れ、回路Ｒ2 を介してヒータ１３をＯＮにし、これに
より排気ガス浄化用ハニカムフィルタ１２のガス流入側
端面を加熱し、所定時間経過後、回路Ｒ3 を介してポン
プユニット１４を作動させ、助燃空気を配管１５および
ガス流入口１６を介してフィルタ１２のガス流入側端面
に供給する。この場合、ヒータ１３によって熱せられる
最も高温の位置が、前端部になり、この状態において、
助燃空気を供給すると燃焼が開始する。このように排気
ガス浄化用ハニカムフィルタ１２内の最も高温の位置と
燃焼開始点が一致するので、昇温時間が著しく短くな
る。また、ヒータ１３からの熱の排気ガス浄化用ハニカ
ムフィルタ１２内での伝導は、該フィルタ１２の長手方
向に沿って行われるので、効率よく燃焼伝播が行われ、
前端部が助燃空気により冷却されることもなく、長手方
向に均一になり、応力分布が発生し難い燃焼伝播とな
る。これにより、焼却可能なパティキュレートの量は著
しく増加し、かつ、安全に短時間に再生できるシステム
が構成し得る。

【００２２】この再生システムの優れた燃焼メカニズム
を達成するための構成として、本発明では、排気ガス浄
化用ハニカムフィルタ１２の材料として多孔質炭化珪素
焼結体を採用している。本材料は、熱伝導率が非常に高
く、ヒータ１３からの直接の熱量や助燃空気がヒータ表
面を通過することにより熱交換した熱量をフィルタ後方
や半径方向に効率よく伝播するのに役立ち、局所的な過
剰燃焼が生じても安全に熱拡散をすることができ、この
ような、パティキュレート量の多い少ないを問わずに完
全に、短時間に、安全に再生を達成することが可能にな
る。このため、パティキュレートを燃焼させる際に起き
る温度分布のバラツキが解消され、パティキュレートの
焼却に要する時間をさらに短縮することができるととも
に、焼却可能なパティキュレートの量も増加させること
ができる。なお、排気ガス浄化用ハニカムフィルタ１２
内に助燃空気を供給するタイミングは、ヒータ１３をＯ
Ｎすると同時でもよい。

【００２３】図３は、本発明の再生システムにおけるフ
ィルタ内の温度分布と、前述の特開平３−２３３０７号
公報で開示した従来の浄化装置におけるフィルタ内の温
度分布とを比較したものである。但し、ヒータをＯＮす
るタイミングおよび助燃空気を供給するタイミングは、
図４に示すシークエンスによるものとし、本発明の再生
システムは図４（ａ）のタイミングで、また従来装置は
図４（ｂ）のタイミングで動作させる。

【００２４】図３（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ
本発明の再生システムに関するデータである。図３
（ａ）は、本システムにおける温度計測点を示し、１〜
６までの６点で温度計測が行われている。図３（ｂ）
は、パティキュレートが燃焼し始めたときの６計測点に
おける温度分布を、また図３（ｃ）は、パティキュレー
トが燃焼中であるときの６計測点における温度分布を示
す。なお、図３（ｄ），（ｅ），（ｆ）は、それぞれ従
来装置に関するデータであり、これら図のそれぞれは、
本発明の再生システムにおける図３（ａ），（ｂ），
（ｃ）と対応する関係にあるため、詳細な説明を省略す
る。なお、図３（ｂ），（ｃ），（ｅ）および（ｆ）中
の星印は、６計測点における温度すなわちヒータ温度を
示す。

【００２５】まず、本発明システムを、図３（ａ），
（ｂ），（ｃ）を参照して検討する。なお、このときの
ヒータ１３は、図４（ａ）に示すように、時間ｔ2 （２
０〜４５min ）までＯＮ状態を維持するものとする。

【００２６】ヒータ１３をＯＮしてから所定時間ｔ1 ま
での間のフィルタ１２内の温度分布は、図３（ｂ）のよ
うな特性を示し、フィルタ１２の流入側端面付近の温度
が高い。しかし、所定時間ｔ1 （２０min ）で助燃空気
の供給を開始してから時間ｔ3 （４５min ）までの間の
フィルタ２内の温度分布は、図３（ｃ）のような特性を
示し、フィルタ１２内の温度分布がパティキュレートの
燃焼中、長手方向においてほぼ均等になっている。図４
（ａ）に示すシークエンスに従って、本発明の再生シス
テムを作動させると、約４５分で、堆積したパティキュ
レートが焼却されてフィルタ１２が元の状態に再生され
る。この間に焼却可能なパティキュレートは５０ｇであ
る。

【００２７】次に、従来装置を、図３（ｄ），（ｅ），
（ｆ）を参照して検討する。なお、ヒータ４は、図４
（ｂ）に示すように、時間ｔ4 までＯＮ状態を維持する
ものとする。この場合、時間ｔ4 はフィルタ２内の温度
がパティキュレートを燃焼できる温度（６３０°Ｃ以上
の温度）まで上昇したときの時間である。

【００２８】ヒータ４をＯＮしてから所定時間ｔ4 まで
の間の温度分布は、図３（ｅ）のような特性を示し、フ
ィルタ２内の温度分布はほぼ均等になっている。しか
し、時間ｔ4 を越えて助燃空気を供給してからのフィル
タ２内の温度分布は、図３（ｆ）のような特性を示し、
フィルタ２のガス排出側に近づくにつれて温度が高く、
温度分布にバラツキを生じている。この従来装置で、フ
ィルタ２を再生するために必要な時間は、図４（ｂ）に
示すシークエンスの所定時間ｔ4 で変動するが、通常約
６５分であり、この間に焼却可能なパティキュレートの
量は４０ｇである。

【００２９】

【実施例】排気ガス浄化用ハニカムフィルタとして、セ
ル構造：１４／２００および、サイズ：φ１４０×１５
０Ｌの炭化珪素焼結体よりなる第１のフィルタおよび、
セル構造：１４／２００および、サイズ：φ１６５×１
５０Ｌの炭化珪素焼結体よりなる第２のフィルタをそれ
ぞれ用いて、本発明の再生システムと、特開平３−２３
３０７号公報に記載の排気ガス浄化装置とを、４０ｇの
パティキュレート量を燃焼させた時の再生率（％）によ
って比較した。

【００３０】第１のフィルタに関し、本発明の再生シス
テムを図４（ａ）に示すシークエンスに従ってヒータの
加熱温度および助燃空気の供給量（３５Ｌ／min ）をコ
ントロールユニットで制御しながら作動させたところ、
再生時間は４５（分) で、再生率は１００％であった。
これに対し、従来装置を同一の助燃空気供給量で図４
（ｂ）に示すシークエンスに従って作動させたところ、
再生時間は７０（分) で、再生率は９８％であった。

【００３１】第２のフィルタに関し、助燃空気の供給量
を４８Ｌ／min とした場合、本発明の再生システムで
は、再生時間は３５（分) で、再生率は１００％であっ
たが、従来装置では、再生時間は７５（分) で、再生率
は９６％であった。

【００３２】上述した結果から明らかなように、本発明
の再生システムは、従来の排気ガス浄化装置と比較し
て、排気ガス浄化用ハニカムフィルタ全体をパティキュ
レートの燃焼温度まで加熱する時間（昇温時間）および
フィルタを再生するのに要する時間を短縮することがで
きる。また、ヒータの加熱によるフィルタ内の許容温度
勾配を７０°Ｃ／ｃｍとした時のパティキュレートの焼
却量を実際に測定したところ、本発明の再生システムは
上記従来の装置より再生時間を短くしてほぼ１５〜２０
ｇ余分に焼却可能なことを確認した。

【００３３】図５は、本発明の他の実施形態を示すもの
で、二股に分岐した排気通路１１ａ，１１ｂのそれぞれ
に、本発明の再生システムを採用したものである。この
実施形態では、排気通路１１ａ，１１ｂそれぞれに開閉
バルブ２４を有し、コントローラユニット２０によっ
て、排気通路１１ａ，１１ｂのいずれか一方を開くとと
もに他方を閉じるように制御することにより、排気ガス
浄化用ハニカムフィルタ１２を別々に再生することがで
きる。

【００３４】上述したところは、本発明の好適な実施形
態を示したにすぎず、本発明の範囲において種々の変更
を加えることができる。例えば、本発明の再生システム
をディーゼルエンジンの代わりに、ガソリンエンジンに
適用することができる。また、図示例では、コントロー
ルユニットを除いた部材を全て車載状態で用いている
が、コントロールユニットも車載状態にし、単に電源用
の電線をコネクタを介して接続してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の再生システムの一例を示す線図であ
る。

【図２】本発明の再生システムの主要部を示す部分断面
拡大図である。

【図３】本発明の再生システムにおけるフィルタ内の温
度分布と、従来の排気ガス浄化装置におけるフィルタ内
の温度分布とを比較するための図である。

【図４】本発明の再生システムと、従来の排気ガス浄化
装置との作動状態をそれぞれ示すタイムチャートであ
る。

【図５】本発明の再生システムの他の例を示す線図であ
る。

【図６】従来の排気ガス浄化装置の一例を示す線図であ
る。

【符号の説明】

１，１０排気ガス浄化装置２，１２排気ガス浄化用ハニカムフィルタ３，１１排気通路４，１３ヒータ１２ａ排気ガス流通孔１２ｂＳｉＣ小片１４ポンプユニット１５供給用配管１６ガス流入口１７エアーチューブ１８モニターボックス１９逆止弁２０コントローラユニット２１コネクタボックス２３断熱材２４開閉バルブＲ1 回路（熱電対）Ｒ2 回路（ヒータ）Ｒ3 回路（ポンプ）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気通路に設置し、多孔質炭
化珪素焼結体よりなる排気ガス浄化用ハニカムフィルタ
を備えた排気ガス浄化装置と、前記フィルタを再生する
ために該フィルタのガス流入側の前方に配置したヒータ
と、該ヒータの前方で前記浄化装置に設けた助燃空気の
流入口と、前記ヒータに供給する電力と助燃空気の供給
を制御するコントロールユニットとからなることを特徴
とする、排気ガス浄化装置の再生システム。
【請求項２】前記ヒータを前記排気ガス浄化用ハニカ
ムフィルタに対して、該フィルタのガス流入側端面から
０．２〜１５ｃｍの離間隔をもって配置したことを特徴
とする請求項１に記載の、排気ガス浄化装置の再生シス
テム。