JPH10299457A

JPH10299457A - 排ガスフィルター浄化方法及び排ガスフィルター浄化装置

Info

Publication number: JPH10299457A
Application number: JP9104462A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Fujiwara; 康弘藤原; Tatsuo Fukuda; 健生福田; Yoshinobu Kuwamoto; 義信鍬本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-04-22
Filing date: 1997-04-22
Publication date: 1998-11-10

Abstract

(57)【要約】【課題】排ガスフィルターの浄化システムにおいて、
フィルターにクラックが入ったり溶損すること等を抑
制してフィルターとしての機能の保全及び耐久性の向上
を図る排ガスフィルター浄化方法及び排ガスフィルター
浄化装置を提供することを目的とする。【解決手段】排ガス中のパティキュレート等の捕集し
たフィルターに対し、酸素を含む気体を加熱して加熱流
体として供給することによって、パティキュレート等の
捕集物を燃焼除去する排ガスフィルターの浄化におい
て、フィルター５８の断面に対する加熱流体の流速分布
が、フィルター５８全断面の一様熱分布となるように制
御し、この一様加熱によって捕集パティキュレート等を
残すことなく完全に除去可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼル機関等
から排出されるパティキュレート（煤等の可燃性微粒
子）等をフィルターにより捕集し、捕集したものを燃焼
させフィルターを再生させる排ガス浄化方法及び排ガス
フィルター浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ディーゼル機関等から排出される
パティキュレート（煤等の可燃性微粒子）が環境保護及
び健康上の理由から規制され始めている。このパティキ
ュレートを取り除いてディーゼルエンジンの排ガスを浄
化する方法の一つとして、排気管の途中に耐熱性のセラ
ミックハニカムのフィルターを取り付けて濾過するもの
がある。

【０００３】この方法の特徴は、ある程度パティキュレ
ートが堆積したときにこれに火をつけて燃焼させ、炭酸
ガスに変えて大気に放出する操作によって、セラミック
フィルターをクリーンに再生しながら繰り返し使用する
ことである。この作業は燃焼再生（リジェネレーショ
ン）と呼ばれている。一般にディーゼルエンジンの排ガ
スはパティキュレートの着火温度より低いので、そのま
まではパティキュレートは燃焼しないでフィルターに堆
積してしまい、これによって排気圧力を過度に上昇させ
るので、エンジン及びエミッション性能を低下させる。
したがって、セラミックフィルターの燃焼再生のために
は、何らかの方法によって排ガス温度を上げるか、また
はフィルター自身の温度を上げる必要がある。

【０００４】一方、排気系に２個のフィルターを備える
ことによって、排ガス浄化をこれらのフィルターで交互
に行わせる方式が既に提案されている。このような２個
のフィルターを備える排気系では、排ガス濾過中ではな
くてある程度パティキュレートが堆積した後の時点にお
いて、排ガス浄化にもう一方のフィルターが使われてい
るときに燃焼再生が行われる。フィルターの昇温手段と
しては、電気ヒーターやバーナーまたはマイクロ波等が
利用でき、これらによってフィルターを加熱し温度上昇
させてパティキュレートを同時に燃焼させることによ
り、セラミックフィルターを再生することができる。

【０００５】図９は従来のディーゼル機関の排ガス浄化
装置を示す断面模式図である。図において、５２はディ
ーゼルエンジン、５３は排気マニホールド、Ｘはエンジ
ン排ガス流、Ｙは二次空気流、５８ａ，５８ｂはコージ
ェライト（２ＭｇＯ・５ＳｉＯ₂・２Ａｌ₂Ｏ₃）を押し
出し成型法により作製した直径５．６６インチ、長さ６
インチのウォールフロー型セラミックハニカム製等のフ
ィルター、６３ａ，６３ｂはフィルター５８ａ，５８ｂ
それぞれを加熱するための電気ヒーター、５６はエンジ
ン排ガス流路を制御する制御弁、６２は燃焼再生のため
の二次空気を供給するエアブロア、６１は二次空気流Ｘ
の流路を制御する導入弁、５４，５５ａ，５５ｂ，５９
ａ，５９ｂはそれぞれエンジン排ガス流Ｙの流路配管、
６０ａ，６０ｂは燃焼再生の二次空気Ｘの流路配管、６
４はエアブロア６２や制御弁５６、導入弁６１や電気ヒ
ーター６３ａ，６３ｂ等システム全体を制御するコント
ローラー、５７ａ，５７ｂはフィルター５８ａ，５８ｂ
を収納する容器である。

【０００６】このような構成のディーゼル排ガス浄化装
置によるフィルター５８ａ，５８ｂの再生時の動作は次
のとおりである。

【０００７】フィルター５８ａを使って排ガスを浄化し
ている期間に、フィルタ５８ａの排ガス流入側と排ガス
流出側との間の圧力差を検出する差圧センサー（図示せ
ず）等の捕集量検知装置によって、フィルター５８ａに
ついてその再生開始時期となったことが判断される。こ
の判断時点で、これまで配管５４から配管５５ａに流れ
ていた排ガスは、制御弁５６と導入弁６１の作動によっ
て、配管５４から配管５５ｂに流れる方向に切り替わっ
て流れ、フィルター５８ｂを通過して浄化された後に配
管５９ｂから流出する。

【０００８】一方、再生開始時期と判断されたフィルタ
ー５８ａは、電気ヒーター６３ａに電力が供給されて加
熱される。同時に導入弁６１が作動し、エアブロア６２
から配管６０ａを通ってフィルター５８ａに二次空気が
供給される。ある時間経過すると、フィルター５８ａの
温度がパティキュレート着火温度に達してパティキュレ
ートが燃焼を開始する。このときに発生する燃焼排ガス
は配管５９ａから流出する。そして、ある時間経過する
と、電気ヒーター６３ａへの電力供給が終了し、二次空
気のみによるパティキュレート燃焼が継続する。この燃
焼は、パティキュレート自身のの火炎伝搬によって実現
される。更にある時間経過すると、燃焼再生が完了した
と判断して、エアブロア６２が停止して二次空気の供給
が終了し、フィルター５８ａは浄化待機の状態になる。

【０００９】その後、差圧センサー等の捕集量検知装置
でフィルター５８ｂが再生開始時期に達したと判断され
ると、上記の各部材に付した符号のａとｂを入れ換えた
記述に相当する動作が継続し、２個のフィルター５８
ａ，５８ｂは交互に排ガス浄化及び燃焼再生を繰り返
す。

【００１０】図示の例では、電気ヒーターによる加熱を
例に挙げたが、これに代わる加熱方式としては、軽油等
を燃焼としたバーナーによる加熱方式がある。しかしな
がら、バーナーの燃焼の安定性を保つのが困難であるほ
か燃焼時には火炎を発生するため、安全性の確保につい
ての問題が残っている。また、たとえば特開平４−１３
６４０９号公報に記載されているようなマイクロ波加熱
では、パティキュレートの捕集量を検知できる利点があ
るものの、フィルター内の均一加熱やマイクロ波の漏れ
対策及び高電圧使用に対する安全性確保についての問題
がある。

【００１１】また、特公平３−３６１３３号公報には、
フィルターの入口部の温度を規定する構成が記載されて
いる。しかしながら、これはパティキュレートを完全に
燃焼するために必要な温度を規定しているだけで、この
方法ではパティキュレートに着火させその火炎伝搬によ
りパティキュレートを燃焼させるので、着火現象がみら
れ、急激な温度上昇の発生によってフィルターが破損す
る恐れがある。

【００１２】更に、特開平７−４２２７号公報には、フ
ィルターの下流側に可動式の邪魔板等のフィルターの通
気制御手段を装備した排ガス浄化装置が開示されてい
る。このような通気制御手段を持つものでは、フィルタ
ーの高い再生効率と再生時間の短縮が期待できるもの
の、パティキュレートに着火させその火炎伝搬によりパ
ティキュレートを燃焼させる方式であるため、フィルタ
ーの入口温度を規定する場合と同様に、急激な温度上昇
が発生し、フィルターが破損する可能性があるという欠
点がある。

【００１３】また、フィルター前の排ガス上流側にディ
フューザを設けた排ガスフィルター浄化装置として特開
平３−２１３１３号公報に記載のものがある。これは、
フィルター前の排ガス上流側に設けたディフューザに排
ガスを当てることにより排ガス及びパティキュレートの
速度を減少させ、フィルターへの排ガス及びパティキュ
レートの衝突によってフィルター端面が削られることを
防止する構成としたものである。しかしながら、フィル
ター寿命はのびるものの、最終的にはフィルターは目詰
まりを起こすことになり、このように目詰まりが起きた
場合では、フィルターの再生ができなくなる。

【００１４】更に、フィルターを加熱せずに、高圧エア
でパティキュレートを払い落とし、フィルター外部で加
熱燃焼する逆洗方式と呼ばれるフィルター再生方法もあ
る。しかしながら、高圧エアが漏れ出ないように高いシ
ール性が必要となるので、構造が複雑になるだけでな
く、パティキュレートを払い落とす効率が低いという問
題がある。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の各
構成のそれぞれには、実際の使用に際して様々な問題が
残っている。たとえば、電気ヒーターによる加熱方式を
採用するものでは、フィルター内のパティキュレートの
燃焼は着火から火炎伝搬による燃焼であるため、フィル
ター内の温度勾配が非常に大きくなり、フィルターのク
ラック発生の要因となる。また、火炎伝搬で燃焼継続を
実現するため、パティキュレートの捕集状態や捕集量に
よって、部分的にパティキュレートの燃え残りが発生し
やすい。このため、フィルターによるパティキュレート
の捕集及びその燃焼再生を多数回繰り返すと、フィルタ
内の燃え残りとその他の部分でのパティキュレートの捕
集状態が異なることに起因する異常燃焼で高温になり、
フィルターの溶損の原因ともなる。

【００１６】このようなフィルターのクラック発生や溶
損は、ともにフィルターの機能を大きく損なうものであ
り、実用化に向けての大きな課題となっている。

【００１７】本発明はこのような従来技術における課題
を解決するもので、フィルターにクラックが入ったり溶
損すること等を抑制してフィルターとしての機能の保全
及び耐久性の向上を図る排ガスフィルター浄化方法及び
排ガスフィルター浄化装置を目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の排ガスフィルタ
ー浄化方法は、排ガス中のパティキュレート等を捕集し
たフィルターに対し、酸素を含む気体を加熱して加熱流
体として供給し、フィルターに捕集されたパティキュレ
ート等を加熱流体による加熱によって燃焼除去する排ガ
スフィルター浄化方法であって、フィルターの断面に対
する加熱流体の流速分布が、フィルター全断面の一様加
熱分布となるように制御して加熱昇温させる工程を含む
ものである。

【００１９】また、本発明の排ガスフィルター浄化装置
は、排ガス中のパティキュレート等を除去するフィルタ
ーと、このフィルターに流体を吹き付ける送風手段と、
フィルターに吹き付ける流体を加熱する加熱手段と、フ
ィルターに所定量のパティキュレート等が捕集されたと
き送風手段と加熱手段のそれぞれの作動を制御する制御
手段を備えた排ガスフィルター浄化装置であって、加熱
手段とフィルターの間に、フィルターに向かう加熱流体
の流速及びまたは流量分布を制御する流速制御部を備
え、この流速制御部は通気孔を有する１枚または間隔を
おいた複数枚の板状材の配列によって構成されたもので
ある。

【００２０】このような排ガスの浄化方法及び浄化装置
では、火炎伝搬による燃焼再生ではなく、酸素を含む気
体たとえば空気を加熱媒体とし、この加熱された空気の
フィルター内での流速分布を制御することによりフィル
ター全体をむらなく加熱昇温させることが可能である。

【００２１】すなわち、フィルター全体がむらなく加熱
されるためフィルター内にはたとえば断面半径方向の温
度勾配がなく、パティキュレートが捕集されたフィルタ
ー内でパティキュレートは一様に燃焼する。したがっ
て、フィルターにクラックが発生したり溶損の発生を防
止することができるという作用を有する。

【００２２】パティキュレートを捕集するフィルターと
しては、ウォールスルータイプのハニカム構造を採用す
ることができ、材質としてはコージェライトやムライト
等の無機材料が用いられる。また、耐熱性や耐食性に優
れた金属材料でもよい。そして、フィルター形状は円筒
形のものがほとんどであるが、楕円筒形や方形でもよ
く、その大きさは直径４〜１３インチ，長さ５〜１４イ
ンチでセル数は１インチ平方あたり５０〜４００個であ
れば十分である。なお、このような仕様のフィルターに
捕集可能なパティキュレートの捕集量は、フィルターの
単位体積（１リットル）あたりの重量（グラム）で表す
と１〜３０ｇ／リットル程度である。

【００２３】酸素を含む気体たとえば空気を加熱する手
段としては、空気加熱用電気ヒーターやバーナーなどの
燃料燃焼による空気加熱が採用できる。空気加熱用電気
ヒーターの場合、発熱体と空気が直に接触する構造とす
ることができ、その発熱体としてはニクロム線，カンタ
ル線，セラミックヒーター等がある。また、耐食性等の
信頼性を考慮してシースタイプのヒータでもよく、加熱
する空気流量と熱交換率に応じて、ヒーター容量が決定
されることは無論である。

【００２４】フィルターを収納する容器は、耐熱性及び
耐食性のある金属を使用し、フィルターとの間に、蛭石
等が含有され熱によって膨張する材料のシール材を充填
することによって、パティキュレートの漏れを防止す
る。また、この容器からの放熱により、フィルターの内
外周の温度差が発生するので、セラミックウールなどの
断熱材で包み込む断熱構造とすることが好ましく、また
は容器自体を真空二重容器等の断熱構造としてもよい。

【００２５】空気を送風する手段としては、エアブロ
ア，エアポンプ，コンプレッサー等があるが、エアブロ
アは大流量であるが小静圧であり、エアポンプやコンプ
レッサーは大静圧であるが小流量なので、これらの特性
を考慮して最適なものを選択すればよい。

【００２６】空気の流量としては、１０〜２０００リッ
トル／分で多ければ多い程よいが、送風手段の能力ある
いは加熱手段の能力等より１０〜１０００リットル／分
とすることが好ましい。また、必要電力量や交換効率等
を勘案すると、さらに好ましくは１０〜５００リットル
／分である。空気加熱に必要な電力量削減のためには、
加熱空気の循環やエンジン排ガス利用等の電力削減手段
を設けることが好ましい。

【００２７】また、パティキュレートの成分の一つに可
溶性有機物（ＳＯＦ）があり、これはフィルターに捕集
されても再生中に燃焼しないままで、蒸発して大気中に
放出される。したがって、本発明に用いるフィルターの
前段または後段に貴金属等を担持したＳＯＦ酸化触媒を
設けることが好ましい。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、排ガス中のパティキュレート等を捕集したフィルタ
ーに対し、酸素を含む気体を加熱して加熱流体として供
給し、フィルターに捕集されたパティキュレート等を加
熱流体による加熱によって燃焼除去する排ガスフィルタ
ー浄化方法であって、フィルターの断面に対する加熱流
体の流速分布が、フィルター全断面の一様加熱分布とな
るように制御して加熱昇温させる工程を含むものであ
る。

【００２９】このような浄化方法であれば、火炎伝搬に
よる燃焼再生ではなく、酸素を含む気体を加熱してこの
加熱流体によってフィルター内の各部に供給される熱量
が均一になるようにフィルター内での流速分布を制御す
ることができる。したがって、フィルター全体を均一加
熱してパティキュレートの燃焼反応による単位時間当た
りの発熱量を抑制し、更に単位時間当たりの放熱量より
小さくすることにより、いわゆる着火と呼ばれる急激な
温度上昇の発生がなく、フィルター内の温度勾配を小さ
くし、かつ異常高温も防止できる。これにより、フィル
ターのクラック及び溶損の発生を防止できるという作用
を有する。

【００３０】請求項２に記載の発明は、フィルターの断
面中心付近での流速をＶ₀とし、フィルターの外周付近
での流速をＶ₁としたとき、Ｖ₀≦Ｖ₁の関係として加熱
流体の流速分布を制御するようにしたものである。

【００３１】この構成によれば、フィルター断面中心付
近と外周付近との流速分布の関係により、フィルターの
中心付近に対し通気効率が低い外周付近に対してより多
くの加熱流体を通過させることができるので、フィルタ
ー全体を均一に加熱し、フィルターのクラック及び溶損
の発生をより一層効果的に防止できるという作用を有す
る。

【００３２】請求項３に記載の発明は、排ガス中のパテ
ィキュレート等を除去するフィルターと、このフィルタ
ーに流体を吹き付ける送風手段と、フィルターに吹き付
ける流体を加熱する加熱手段と、フィルターに所定量の
パティキュレート等が捕集されたとき送風手段と加熱手
段のそれぞれの作動を制御する制御手段を備えた排ガス
フィルター浄化装置であって、加熱手段とフィルターの
間に、フィルターに向かう加熱流体の流速及びまたは流
量分布を制御する流速制御部を備え、この流速制御部は
通気孔を有する１枚または間隔をおいた複数枚の板状材
の配列によって構成されていることを特徴とするもので
ある。

【００３３】このような排ガスフィルター浄化装置は請
求項１に記載の浄化方法を達成し得るものであり、フィ
ルターのクラック及び溶損の発生を防止できるという作
用を有する。

【００３４】請求項４に記載の発明は、流速制御部の板
状材が、金属素材であって且つ通気孔は複数の分布とし
て設けたものであり、これらの複数の通気孔の分布とい
う簡単な構成だけでフィルターの均一加熱が得られると
いう作用を有する。

【００３５】請求項５に記載の発明は、流速制御部の板
状材が、複数の通気孔を有するセラミックスで構成され
たものであり、耐熱及び耐蝕性の高いセラミックスを用
いるとにより耐久性の向上が図れるという作用を有す
る。

【００３６】請求項６に記載の発明は、流速制御部の板
状材が、複数の通気孔を有する金属またはセラミックス
等と通気孔を持たない金属またはセラミックス等の板の
いずれかの一つまたは任意の２組の組み合わせにより構
成されたものであり、これらの素材の組合せを使用条件
に応じて選択することにより、フィルターに対する均一
加熱をより効果的に実現できるという作用を有する。

【００３７】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図６を用いて説明する。（実施の形態１）図１は本発明の第１の実施の形態にお
けるディーゼル機関の排ガス浄化器を示す断面模式図で
あり、同図（ａ）は要部縦断面図、同図（ｂ）は同図
（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

【００３８】図１（ａ）において、５８はセラミックハ
ニカム製のフィルター、５７はフィルター５８を収納す
る容器、５５はエンジン排ガスの流路配管、６０は燃焼
再生の二次空気の流路配管、Ｘはエンジン排ガス流、Ｙ
は二次空気流であり、これらは従来技術と略同様なもの
なので同一の符号を付して説明を省略する。なお、本実
施の形態では、フィルター５８に酸化触媒を設けたもの
としている。

【００３９】また、１は排ガス浄化器、２は導入された
二次空気流Ｙを加熱し熱風とするための電気ヒーター等
を加熱源とした加熱部、３はフィルター５８と加熱部２
の間に配設され加熱部２に固定された熱風の流速及び流
速分布を制御するための流速制御部である。

【００４０】流速制御部３は、フィルター５８の上流側
の流路を遮断するように配置されたものであり、図１
（ｂ）に示すように、加熱部２の熱風吹き出し孔４より
大きく、フィルター５８の端面直径より小さい円盤状の
ベース板に多数の孔５を開けたものである。なお、流速
制御部３は、金網等のメッシュや複数のノズルの組み合
わせにより構成してもよい。また、図示のような円盤状
のベース板を設ける流速制御部３では、このベース板を
耐食性のあるステンレス鋼等で構成することが好まし
い。

【００４１】電気ヒーター等を加熱源とする加熱部２
は、例えばセラミックス製のサポート部の中に、発熱体
であるニクロム線やカンタル線を熱効率の良い巻き方で
巻いたものを収納した構成とすることが好ましい。ある
いは、発熱体をコイル状に巻回してその巻回物を絶縁体
等で覆い、更にそれをステンレス鋼等の金属保護管に挿
入した構成としてもよく、耐食性向上のために発熱体を
さやに収めたシースタイプの発熱体を使用してもよい。

【００４２】以上の構成において、エンジン排ガス流Ｘ
がフィルター５８を通過し所定量のすすをこのフィルタ
ー５８により捕集した後、エンジン排ガス流Ｘを遮断し
て弁（図示せず）の切り替えにより燃焼再生の二次空気
流Ｙの流路６０を確保した態勢として、すすが捕集され
たフィルター５８の再生を開始する。

【００４３】まず、燃焼再生の二次空気の導入用流路配
管６０から燃焼再生のための二次空気流Ｙを導入する。
この導入された二次空気流Ｙは、加熱部２により加熱さ
れて熱風となり、この熱風は流速制御部３に一様に分布
させた多数の孔５を通過するときに流速分布が制御され
てフィルター５８に吹き付けられ、フィルター５８を加
熱する。

【００４４】すなわち、加熱部２により加熱され熱風と
なった二次空気流Ｙは、加熱部２からの吹き出し孔４の
数量，位置，大きさ、または加熱部２内の二次空気通過
部位の発熱体等の圧損要素により不均一な流速分布を持
つ。例えば、加熱部２からの吹き出し孔が１か所であっ
てフィルター５８の中心に対向する位置にあり、しかも
フィルター５８の断面積より小さい場合では、加熱部２
により加熱され熱風となった二次空気流Ｙの流速は、フ
ィルター５８の中心部が最も速く外周縁にいくに従って
遅くなる。この状態のままフィルター５８に熱風を吹き
つけると、流速分布に応じて供給される熱風量や熱風自
体の温度にばらつきが生じやすいため、フィルター５８
が不均一に加熱される。

【００４５】これに対し、熱風の流れは流速制御部３に
衝突してその多数の孔５を通過することにより、フィル
ター５８内での流速分布が任意に制御されて流速分布の
不均一さが是正される。すなわち、熱風の一部は流速制
御部３の孔５を抜けないと流れないので、フィルター５
８の中心部への熱風流は結果的に減速されて供給され、
外周部への熱風流は流速制御部３へ衝突する際に減速さ
れると同時に外周方向に誘導されてフィルター５８に供
給される。また、流速制御部３の孔５を通過するときに
は、後流と呼ばれる孔５の直ぐ下流で渦流を発生する。
したがって、この渦流により、フィルター５８側へ流下
する熱風は攪拌され、熱風の流束断面についての温度分
布のばらつきも補正される。その結果、フィルター５８
が熱風流によって均一に加熱され、フィルター５８に捕
集されたすすが各部で一様に燃焼するようになり、フィ
ルター５８にダメージを与えることなくその再生が可能
となる。

【００４６】（実施の形態２）図２は本発明の第２の実
施の形態におけるディーゼル機関の排ガス浄化器を示す
断面模式図であり、同図（ａ）は要部縦断面図、同図
（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。なお、流
速制御部１３のみを除く他の全ての部材は図１に示した
ものと同じであり、これらについては図１に用いたもの
と共通の符号で指示しその詳細な説明は省略する。

【００４７】図２において、１１は排ガス浄化器であ
り、その内部であってフィルター５８の上流側には熱風
の流速及び流速分布を制御するための流速制御部１３を
配置している。この流速制御部１３は、図２（ｂ）に示
すように、円盤状のベース板に同心円状に３種の大きさ
の異なる孔６ａ，６ｂ，６ｃを一様に開けたもので、所
定の開口面積及び各同心円ごとの開口比率を満たすよう
に構成してある。たとえば、ベース板の面積に対する各
孔６ａ，６ｂ，６ｃの開口面積比を２０％とし、各同心
円ごとの孔６ａ，６ｂ，６ｃのそれぞれの開口比率を
３：２：１とすれば、以上の条件を満たす。

【００４８】このような流速制御部１３を持つもので
も、燃焼再生の二次空気の導入用流路配管６０より燃焼
再生の二次空気流Ｙを導入することによって、この空気
流を熱風としてフィルター５８を燃焼再生することがで
きる。

【００４９】ここで、先の例でも述べたように、加熱部
２の吹き出し孔が１か所のような場合では、フィルター
５８に熱風を吹き付けると流速分布に応じて供給される
熱風量や熱風自体の温度にばらつきを生じやすい。ま
た、フィルター５８の外周部は中心部に比べ放熱が大き
いことや、特にフィルター５８がウォールスルータイプ
の場合では外周部は中心部に比べ通気効率が悪いことか
ら、フィルター５８はその中心部分に比べて外周部分の
温度が低くなる不均一な状態に加熱される傾向にある。

【００５０】これに対し、異径の孔６ａ，６ｂ，６ｃを
一様に開けた流速制御部１３を衝突通過することによ
り、フィルター５８の流入あるいは流出端面における中
心部での流速をＶ₀とし外周部での流速がＶ₁のそれぞれ
異なる流れの場となるように制御することが可能であ
る。すなわち、温度が低くなりやすいフィルター５８の
外周部での流速を中心部のそれよりも大きくするため、
すなわちＶ₀≦Ｖ₁の状態が得られるように、流速制御部
１３の開口面積及び各同心円ごとの開口６ａ，６ｂ，６
ｃのそれぞれの比率を設定しフィルター５８に供給す
る。

【００５１】このように、従来ではフィルター５８の断
面半径方向に対しては中心側の温度が高くて外周側が低
くなるという温度勾配を生じていたのに対し、フィルタ
ー５８の外周縁部分を十分に加熱することができる。し
たがって、温度勾配を是正しフィルター５８を一様に加
熱して良好な燃焼再生が可能となる。

【００５２】また、孔６ａ，６ｂ，６ｃを抜けた後に発
生する渦流によって熱風が撹拌されるので、先の例と同
様にフィルター５８の均一加熱が更に促進される。

【００５３】（実施の形態３）図３は本発明の第３の実
施の形態におけるディーゼル機関の排ガス浄化装置を示
す断面模式図である。

【００５４】なお、本例では、ディーゼルエンジンから
の配管及び２系統のフィルターの配置構造は従来例の図
９で示したものと同様であり、同じ部材については共通
の符号で指示する。すなわち、５２はディーゼルエンジ
ン、５３は排気マニホールド、Ｘはエンジン排ガス流、
Ｙは二次空気流、５８ａ，５８ｂはセラミックハニカム
製のフィルター、５７ａ，５７ｂはフィルター５８ａ，
５８ｂを収納する容器、５６はエンジン排ガス流路を制
御する制御弁、６２は燃焼再生のための二次空気供給の
ためのエアブロア、６１は二次空気流路を制御する導入
弁、５４，５５ａ，５５ｂ，５９ａ，５９ｂはそれぞれ
エンジン排ガスの流路配管、６０ａ，６０ｂは燃焼再生
の二次空気の流路配管である。

【００５５】図３において、２１は２個のフィルター５
８ａ，５８ｂを切り換えて使える排気系統とした排ガス
浄化装置、２２ａ，２２ｂはエンジン排ガスの流路配管
５５ａ，５５ｂの下流端部に各々連設された排ガス浄化
器、２ａ，２ｂは導入された二次空気流Ｙを加熱し熱風
とするための電気ヒーター等を加熱源とする加熱部であ
る。

【００５６】排ガス浄化器２２ａ，２２ｂは、図２に示
した第２の実施の形態における排ガス浄化器を応用した
ものであり、その中で加熱部２ａ，２ｂは先の実施の形
態に示したものと全く同じ構成である。そして、これら
の排ガス浄化器２２ａ，２２ｂのそれぞれには、図２の
（ｂ）で示したものと同じ構成の流速制御部１３ａ，１
３ｂを組み込んでいる。

【００５７】更に、２３ａ，２３ｂは流速制御部１３
ａ，１３ｂの直ぐ下流に配置した温度センサー、２４
ａ，２４ｂはフィルター５８ａ，５８ｂそれぞれの両端
部近傍の圧力差を測定する差圧センサーである。そして
２５は、加熱部２ａ，２ｂ、エアブロア６２や制御弁５
６、導入弁６１あるいは温度センサー２３ａ，２３ｂ、
差圧センサー２４ａ，２４ｂと電気的に接続され排ガス
浄化装置２１の全体を制御するコントローラーである。

【００５８】温度センサ２３ａ，２３ｂは、シースタイ
プの熱電対や白金抵抗体等の比較的高温を検知できるも
のであればよいが、排ガスに曝されるので耐食性が高い
ものがよい。また、放射伝熱による指示温度の低下を防
ぐように各センサーの配置を考慮することが好ましい。

【００５９】差圧センサー２４ａ，２４ｂのフィルター
収納容器５７ａ，５７ｂに配置される部分は半導体圧力
センサー等を用いることが好ましいが、排ガスが直接触
れないようにミストフィルタ等をセンサーの周りに配置
することが好ましい。

【００６０】図４は図３のディーゼルエンジンの排ガス
浄化装置の燃焼再生の動作を示すフローチャートであ
る。

【００６１】いま、排ガス浄化装置２１は、ディーゼル
エンジン５２から排出された排ガスを一方のフィルター
５８ａで浄化しているものとする。まず、コントローラ
ー２５が、燃焼再生時期かどうかを判定するのに差圧セ
ンサー２４ａの出力を参照する。すなわち、差圧センサ
ー２４ａの出力を基にして差圧信号を演算し、その差圧
信号によってコントローラー２５はフィルター５８ａが
燃焼再生時期かどうかを判定する。フィルタ収納容器５
７ａの排ガス流入側の圧力と排ガス流出側の圧力差が大
きくなればなるほど、フィルター５８ａにすすなどが多
く捕集されていることになるので、フィルター５８ａは
燃焼再生時期であるとコントローラー２５は判定する。

【００６２】次に、コントローラー２５は、他方のフィ
ルター５８ｂで排ガスを浄化するために、切り換えバル
ブ５６を流路配管５５ａを閉塞するように流路配管５５
ａ側に傾斜させると同時に、切り換えバルブ６１を二次
空気供給配管６０ｂ側に閉塞するように傾斜させる（Ｓ
１）。これにより、ディーゼルエンジン５２から排出さ
れた排ガスは、排気マニホールド５３及び上流側排気管
５４から各流路配管５５ｂを順次介してフィルター収納
容器５７ｂ内に導入され、フィルター５８ｂで排ガス中
のすす等が捕集され、すす等が除かれた浄化ガスが流路
配管５９ｂから大気中に放出される。また、燃焼再生時
にフィルター５８ａを通過した二次空気は流路配管５９
ａより排気される。

【００６３】次に、コントローラー２５は、走行距離や
ステップＳ１の差圧等からすすの捕集量を算出する（Ｓ
２）。そして、コントローラー２５は、算出されたすす
の捕集量に応じて、二次空気供給部６２の風量は一定
に、加熱部２ａに印加する電流／電圧を制御する燃焼再
生プログラムを決定する（Ｓ３）。次いで、コントロー
ラー２５は、Ｓ３の燃焼再生プログラムに従い、エアブ
ロア６２を”オン”、及び加熱部２ａに印加する電流／
電圧を温度センサー２３ａからの信号を参照しながら制
御して燃焼再生工程が開始される（Ｓ４）。

【００６４】コントローラー２５は、ステップＳ４の燃
焼再生プログラム上で設定された時間が経過すると、フ
ィルター５８ａの排ガス流路方向前後の差圧を差圧セン
サー２４ａにより測定する（Ｓ５）。ここで、その差圧
が設定値よりも高い値であれば、ステップＳ６へジャン
プし、燃焼再生プログラムを継続する（Ｓ６）ととも
に、ステップＳ５の判断を繰り返す。また、低い値であ
れば、ステップＳ７へジャンプする。ここでは、コント
ローラー２５は、エアブロア６２の風量は一定に、加熱
部２ａに印加する電流／電圧を制御して得られる所定の
降温工程を開始する（Ｓ７）。次に、コントローラー２
５は、ステップＳ８が所定時間経過すると加熱部２ａに
印加する電流／電圧を停止し、さらにエアブロア６２
を”オフ”とし（Ｓ８）、フィルター５８ａの再生工程
を完了する。

【００６５】（実施の形態４）図５は本発明の第４実施
の形態におけるディーゼル機関の排ガス浄化装置を示す
断面模式図である。

【００６６】図中、排ガス浄化装置３１は図３に示した
排気系統に対して一部を除いて同じ構成を持つものであ
り、同じ部材については共通の符号で指示しその詳細な
説明は省略する。

【００６７】図５において、３３ａ，３３ｂは、それぞ
れフィルター５８ａと加熱部２ａの間及びフィルター５
８ｂと加熱部２ｂの間に配設された流速制御部であり、
これらは加熱部２ａ，２ｂに固定されていて、熱風の流
速及び流速分布を制御可能としたものである。そして、
本実施の形態と第３の実施の形態との相違は、図３と図
５との比較から判るように、流速制御部３３の構成の違
いだけである。

【００６８】流速制御部３３ａ，３３ｂは、図５に示す
ように、フィルター５８ａ，５８ｂの直ぐ上流に位置
し、２枚の大きさの異なる円盤状の板の組合わせにより
構成されている。

【００６９】なお、外径の大きな一方の円盤は図１の流
速制御部３と同様に円盤状のベース板に多数の孔を開け
たものである。また、流速制御部３３ａ，３３ｂの２枚
の円盤は、耐食性のあるステンレスあるいはセラミック
ス等で構成することが好ましい。

【００７０】この流速制御部３３ａ，３３ｂの機能は、
フィルター５８ａ，５８ｂを加熱する熱風の流速と流速
分布とを制御するものである。すなわち、温度の高くな
りやすいフィルター５８ａ，５８ｂの中心部へ供給され
る熱風流を減速し、温度の低くなりやすい外周部へは流
速が大になるよう外周方向に誘導してフィルター５８
ａ，５８ｂに供給するものである。また、先の例と同様
に、流速制御部３３ａ，３３ｂを衝突通過する際に発生
する渦によって、熱風を攪拌して熱風温度のばらつきも
是正するという機能も有する。

【００７１】以上のように構成された本実施の形態にお
ける排ガス浄化装置の動作は、第３の実施の形態におけ
る排ガス浄化装置の動作と同一のものであり、その詳細
な説明は省略する。

【００７２】

【実施例】次に、本発明の実施例を説明する。

【００７３】本発明の第２の実施の形態におけるディー
ゼル機関の排ガス浄化器を第３の実施の形態におけるデ
ィーゼル機関の排ガス浄化装置に適応し、本装置を用い
てフィルター内の熱風流速をフィルターの流出端面にお
ける常温空気の流速を測定することにより代表した。

【００７４】このときの流量は１３００リットル／分と
し、図６（ａ）に示す合計３３ヶ所の測定点において流
速測定を行った。図６（ｂ）に測定結果を示す。この測
定結果より、フィルター内における流速は中心部に比
べ、外周部が大きくなるように制御されていることが判
る。

【００７５】次に、本装置のフィルターに排ガス中のす
すを捕集させた後、すすの捕集量に応じた燃焼再生プロ
グラムを設定し、かつ実験のため図７に示すようにフィ
ルター内に合計９個の温度センサー（Ｔ１〜Ｔ９）を配
置し、再生工程の温度を測定した。その測定結果を図８
（ａ）に示す。

【００７６】また、比較のため従来例におけるディーゼ
ル機関の排ガス浄化装置を用いて、排ガス中のすすを捕
集させた後、すすの捕集量に応じた燃焼再生プログラム
を設定し、かつ実験のため図７に示すようにフィルター
内に合計９個の温度センサー（Ｔ１〜Ｔ９）を配置し、
再生工程の温度を測定した。その測定結果を図８（ｂ）
に示す。

【００７７】また、それぞれの測定結果における各時間
でのフィルター内の９点の温度ばらつきを（表１）に示
す。

【００７８】

【表１】

【００７９】図８（ｂ）及び（表１）からも明らかなよ
うに、従来例の実験例では、着火及び火炎伝搬を伴う燃
焼再生のため各時間での温度ばらつきが非常に大きい
く、これに対して、本発明の実施例では着火及び火炎伝
搬をともなわないため、各時間での温度ばらつきが小さ
く、フィルターの均一加熱が実現できていることが判
る。

【００８０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、排ガスを
通過させて排ガス中のパティキュレート等を捕集したフ
ィルターを火炎伝搬による燃焼再生ではなく、空気を加
熱媒体として、この加熱された空気を一枚あるいは複数
枚の制御板を通過させ、フィルター内における流速が所
定の分布を持つように制御した状態でフィルターに吹き
付けるか、或いはフィルターの流入または流出端面の内
外周部における流速を変化させた状態でフィルターに吹
き付けてフィルター全体をむらなく加熱昇温させること
ができる。したがって、パティキュレートの燃焼反応に
よる単位時間当たりの発熱量が抑制され、単位時間当た
りの放熱量より小さくすることができるので、いわゆる
着火と呼ばれる急激な温度上昇の発生がなく、フィルタ
ー内の温度勾配を小さくし、異常高温も防止できる。こ
のため、フィルターのクラック及び溶損の発生を防止で
きるという有利な効果が得られる。

【００８１】また、本発明の排ガスフィルター浄化装置
によれば、加熱流体のフィルターの内部あるいは流入ま
たは流出端面における流速を制御する構成を有している
ので、フィルターに熱勾配が生じにくく、熱歪の発生を
防ぎその耐久性を著しく向上できるという有利な効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態におけるディーゼル
機関の排ガス浄化器を示す断面模式図であり、（ａ）は
要部縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図

【図２】本発明の第２の実施の形態におけるディーゼル
機関の排ガス浄化器を示す断面模式図であり、（ａ）は
要部縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図

【図３】本発明の第３の実施の形態におけるディーゼル
機関の排ガス浄化装置を示す断面模式図

【図４】図３のディーゼルエンジンの排ガス浄化装置の
燃焼再生の動作を示すフローチャート

【図５】本発明の第４実施の形態におけるディーゼル機
関の排ガス浄化装置を示す断面模式図

【図６】本発明の実施例におけるフィルター流出端面の
流速分布を示す図

【図７】本発明の実施例におけるフィルター内の温度測
定ポイントを示す図

【図８】本発明の実施例におけるフィルター内温度の経
時変化を示す図

【図９】従来のディーゼル機関の排ガス浄化装置を示す
断面模式図

【符号の説明】

１排ガス浄化器２ａ，２ｂ加熱部３流速制御部４吹き出し孔５孔６ａ，６ｂ，６ｃ孔１１排ガス浄化器１３ａ，１３ｂ流速制御部２１排ガス浄化装置２２ａ，２２ｂ排ガス浄化器２３ａ，２３ｂ温度センサー２４ａ，２４ｂ差圧センサー２５コントローラー３１排ガス浄化装置３３ａ，３３ｂ流速制御部５１従来の排ガス浄化装置５２ディーゼルエンジン５３排気マニホールド５４流路配管５５ａ，５５ｂ流路配管５６制御弁５７ａ，５７ｂフィルター収納容器５８ａ，５８ｂフィルター５９ａ，５９ｂ流路配管６０ａ，６０ｂ流路配管６１導入弁６２エアブロア６３ａ，６３ｂ電気ヒーター６４コントローラーＸエンジン排ガス流Ｙ二次空気流

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排ガス中のパティキュレート等を捕集した
フィルターに対し、酸素を含む気体を加熱して加熱流体
として供給し、フィルターに捕集されたパティキュレー
ト等を加熱流体による加熱によって燃焼除去する排ガス
フィルター浄化方法であって、フィルターの断面に対す
る加熱流体の流速分布が、フィルター全断面の一様加熱
分布となるように制御して加熱昇温させる工程を含むこ
とを特徴とする排ガスフィルター浄化方法。
【請求項２】フィルターの断面中心付近での流速をＶ₀
とし、フィルターの外周付近での流速をＶ₁としたと
き。Ｖ₀≦Ｖ₁の関係として加熱流体の流速分布を制御す
ることを特徴とする請求項１記載の排ガスフィルター浄
化方法。
【請求項３】排ガス中のパティキュレート等を除去する
フィルターと、このフィルターに流体を吹き付ける送風
手段と、フィルターに吹き付ける流体を加熱する加熱手
段と、フィルターに所定量のパティキュレート等が捕集
されたとき送風手段と加熱手段のそれぞれの作動を制御
する制御手段を備えた排ガスフィルター浄化装置であっ
て、加熱手段とフィルターの間に、フィルターに向かう
加熱流体の流速及びまたは流量分布を制御する流速制御
部を備え、この流速制御部は通気孔を有する１枚または
間隔をおいた複数枚の板状材の配列によって構成されて
いることを特徴とする排ガスフィルター浄化装置。
【請求項４】流速制御部の板状材は、金属素材であって
且つ通気孔は複数の分布として設けていることを特徴と
する請求項３記載の排ガスフィルター浄化装置。
【請求項５】流速制御部の板状材は、複数の通気孔を有
するセラミックスで構成されていることを特徴とする請
求項３記載の排ガスフィルター浄化装置。
【請求項６】流速制御部の板状材は、複数の通気孔を有
する金属またはセラミックス等と通気孔を持たない金属
またはセラミックス等の板のいずれかの一つまたは任意
の２組の組み合わせにより構成されることを特徴とする
請求項３記載の排ガスフィルター浄化装置。