JP2007051608A - 排気ガス処理方法及び排気ガス処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 コロナ放電による凝集機能及び集塵機能とフィルタの集塵機能を用いて、非常に簡便な投入電力制御で、コロナ放電による凝集機能の回復と消費電力の節約を図ることができる排気ガス処理装置を提供する。
【解決手段】 車両に搭載した内燃機関の排気ガス中の捕集対象成分をコロナ放電により帯電させて凝集する帯電凝集部１０を上流側に、該凝集させた成分を捕集するフィルタ部２０を下流側に備えた排気ガス処理装置１において、前記内燃機関の運転条件に基づいて前記帯電凝集部１０へ投入する放電電力を制御すると共に、前記内燃機関がエンジンブレーキ動作により燃料噴射量がゼロになったときには前記帯電凝集部１０への通電を停止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車搭載の内燃機関等の排気ガスを、帯電凝集部とフィルタ部を備えてコロナ放電を利用して浄化する排気ガス処理方法及び排気ガス処理装置に関する。

工場ガス，発電所ガス、自動車ガス等の排ガス処理装置として、又、各種製造工場や医療現場等のガス処理装置として、静電凝集装置や静電集塵装置等が使用されている。これらのガス処理装置では、コロナ電極と集塵電極の間に高電圧を印加してガス中にコロナ放電を発生させ、このコロナ放電によりガス中の浮遊微粒子を帯電し、この帯電した粒子を静電気力で集塵電極に引き寄せて凝集肥大化させたり、捕捉したりしている。

これらの放電を利用した静電集塵装置では、処理対象ガスを筒状体に通し、この筒状体で形成された集塵電極又は筒状体とは別に設けた筒状の集塵電極の略中央（軸中心）にコロナ電極を配置して、コロナ電極と集塵電極との間に高電圧を印加することによって、ガス中にコロナ放電を発生させ、ガス中の浮遊微粒子を帯電させる。

この帯電した粒子を、コロナ電極と集塵電極との間に形成された電界によって静電気力で集塵電極表面に移動させて、集塵電極表面で捕捉する。この捕捉された粒子は、電気集塵装置等と同様な振るい落とし等により集塵電極から離脱させて集められたり、集塵電極に隣接して設けられたヒータ等の加熱により燃焼除去される。

そして、自動車に搭載したディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガスを対象とする場合には、排気ガス中に含まれているＰＭ（Particulate Matter：パティキュレート・マター：粒子状物質）が処理対象成分となるが、このＰＭには、特に燃焼が難しいと言われるＳｏｏｔ（スート：煤）と、高温では蒸気となっているＳＯＦ（Soluble Organic Fraction：可溶性有機成分）が含まれている。このＳｏｏｔは、炭素を主成分とするエンジンの排出物質であり、ＳＯＦは、燃料やオイルの燃え残りが原因で発生する、ベンゼン，トルエン等の有機溶剤に溶ける成分であり、酸化触媒表面で燃焼できる。

この電気集塵法では、電気集塵作用を行う部分は、捕集機能に着目した場合には静電捕集部となり、凝集機能に着目した場合には静電凝集部となり、Ｓｏｏｔを一旦集塵電極に静電捕集する。この集塵電極上に捕捉され、堆積したＳｏｏｔは、やがて排気ガスの流れによって剥がれて再飛散する。

つまり、静電集塵により、集塵電極の表面で捕捉された粒子間に結合が生じて、微粒子が凝集肥大化するが、この肥大化した捕捉粒子はガス流の影響により、集塵電極の表面から剥離して再飛散を起こす。この再飛散粒子は、ガス処理装置内で帯電、捕捉、剥離を繰り返しながら、その粒径を徐々に大きくしていくが、最終的には再飛散により静電集塵装置から排出されてしまう。この再飛散粒子は凝集肥大化しており、この特性を利用することにより後段に目の粗いフィルタを配置してもＳｏｏｔを効果的に捕集することができる。

一方、排気ガス中のガス化したＳＯＦは、冷却して凝縮して液化させると粘着性を持つミストとなり、このミスト状のＳＯＦは、鳥もちの原理により超微小粒子を捕捉して凝集肥大化する。つまり、このＳＯＦは、Ｓｏｏｔの捕集や凝集肥大化のバインダとして有用である。そして、超微小粒子の捕集に際して、このＳＯＦの凝集肥大化機能を利用するためには、フィルタ等の集塵装置は電気凝集装置の下流側に設けることが有効である。

この下流側にフィルタを配置した構成では、排気ガス中の超微小粒子が、静電作用と液化したＳＯＦの粘着機能との相乗効果により凝集肥大化し、電気凝集装置から、排出される粒子の粒径が大きくなるため、目の粗いフィルタでもこれらの粒子を容易に捕捉することができる。

しかしながら、このＳＯＦの全量を使用しきれないので、このＳＯＦの除去を高い除去率で行う必要がある場合には、酸化触媒の併用が必要となる。このガス化状態のＳＯＦは酸化触媒で酸化でき、この酸化触媒は温度が高いほど触媒活性が高いため、また、電気凝集装置は、コロナ放電が５００℃を超えると不安定になり充分な電力を投入できず、電気集塵作用が低下するため、通常はガスの温度が高い排気管の前方に酸化触媒を設置し、ガスの温度が低下する排気管後方に電気集塵装置を設置することが考えられる。

しかし、酸化触媒を電気凝集装置よりも、上流側に配設した場合には、ＳＯＦが酸化触媒で酸化されてしまうため、電気凝集装置における超微小粒子の捕捉効果が低下してしまい、捕集効率が上がらなくなる。その上、酸化触媒にＳＯＦとＳｏｏｔ等からなる凝集体が流入すると酸化触媒が目詰まりを起こす。

従って、Ｓｏｏｔの捕捉及び凝集肥大化に使用した残りのＳＯＦを酸化触媒で処理するのが良く、酸化触媒の位置としては、帯電凝集部の前段（上流側）に配置するよりも、後段（下流側）に配置した方がよい。つまり、電気凝集装置、フィルタ、酸化触媒の機能を考えると、上流側から電気凝集装置、粗い目のフィルタ、酸化触媒の順に配置することがもっとも効果的に排気ガスを浄化できる。

しかしながら、この電気凝集装置を使用した排気ガス浄化装置では、ＰＭの堆積による浄化性能の低下の問題と、燃費の悪化の問題がある。
つまり、帯電凝集部にコロナ放電のために通電している時は、静電力が常に供給されているので、荷電したＰＭは集塵電極表面に電気的に引き寄せられて付着している。そのため、排気ガスの流れでは容易に剥がれ落ちず、充分大きく肥大化するまで順次堆積して溜め込まれる。そして、ＰＭが肥大化して剥がれ落ち易くなるか、排気ガスの流速が大きくなって、この肥大化したＰＭに静電気力で壁面に付着する力以上の力が作用して始めて下流に流される。

そのため、集塵電極表面近傍の乱流促進手段による電気集塵効果を利用する帯電凝集部では、このＰＭの堆積中に、乱流促進用の凹凸がＰＭ堆積により埋没してしまい、乱流促進効果が低下し、集塵性能が低下してしまうという問題が発生する。

また、内燃機関の運転状態は、自動車の使用・走行条件に従って、アイドリング状態から高回転・高負荷状態まで様々な運転状態に変化し、それに伴って排気ガスの流量、温度、ＰＭの量等の排気ガスの状態が変化する。そのため、車両搭載の排気ガス処理装置においては、これらの全ての条件で効率的にＰＭを浄化する性能が要求される。それと共に、排気ガスの状態に応じて投入電力を制御することにより、帯電凝集部へのコロナ放電のための投入電力を必要最小限に抑えて、燃費の悪化を抑制できると考えられる。

そのため、排気ガス中の捕集対象成分をコロナ放電により帯電させて凝集する帯電凝集部を備えた排気ガス浄化装置で、浄化性能を維持しながら消費電力を極力減少するためには、帯電凝集部への投入電力を、内燃機関が高回転・高負荷な条件の時程、即ち、排気ガス量やＰＭ量が多い時程増加し、内燃機関が低回転・低負荷な条件の時程、即ち、排気ガス量やＰＭ量が少ない時程減少することが望ましい。また、更に、燃料噴射が停止している条件下では、排気ガス中にＰＭが存在しなくなるので、帯電凝集部への投入電力をＯＦＦにすることが望ましい。

この投入電力の制御に関して、幾つかの提案がなされている。
その一つとして、車両用ディーゼル機関の運転条件に基づいて放電電極対と収集電極対との間に給電すべき目標通電電流値を算出し、算出した目標電流値に基づいて電極対間に印加する電圧値を制御する車両用ディーゼル機関の排気ガス浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

この排気ガス浄化装置では、エンジンの運転状態、特に、ディーゼルパティキュレート排出量に連動する運転条件として、冷却水温、燃料噴射量、速度（負荷）等を挙げ、これらの条件を変えた場合のディーゼルパティキュレート排出量をマップとしてマイコン装置の記憶部に予め記憶し、このマップに基づいて予想排出量を所定の浄化率で処理可能な最小の通電電流値を求めている。

また、パティキュレートフィルタの上流側に、コロナ放電でＰＭに対する酸化除去能力が高い活性酸素等を発生させるためのプラズマ発生装置を設け、パティキュレートフィルタのＰＭ酸化除去能力が不十分になる６つの条件に該当する時に、このプラズマ発生装置を作動する内燃機関の排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

一方、発明者らは、内燃機関の気筒内への燃料噴射量が、排気ガスの状態に密接な関係があり、しかも、エンジンブレーキ時には、燃料噴射が停止されることをもとに、次のような知見を得た。

エンジンブレーキ動作時には燃料噴射が停止されるため、排気ガス中のＰＭは無くなるので、帯電凝集部の浄化性能が一時的に低下しても支障がない。また、帯電凝集部への投入電力をＯＦＦにすると、その瞬間にＰＭと集塵電極との間の静電気力が無くなるため、堆積したＰＭが排気ガスの流れにより剥がれ落ち易くなり、肥大化したＰＭが下流側のフィルタ部へ流出する。このＰＭの再飛散により、集塵電極表面近傍の凹凸等の乱流促進作用が回復するので、この投入電力のＯＦＦ時に積極的に集塵電極からＰＭを除去するのが好ましい。
特許第３０７０６２１号公報（〔００４９〕、〔００５０〕、図２１） 特開２００２−３４９２４０号公報（〔００８９〕、〔００９０〕、図３４）

本発明は、上記の知見を得て、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、コロナ放電による凝集機能及び集塵機能とフィルタの集塵機能を用いて、ガス中の超微小粒子を凝集肥大化して捕集する車両搭載可能な排気ガス処理装置において、エンジンブレーキ動作時に、帯電凝集部への通電を停止するという非常に簡便な投入電力制御で、コロナ放電による凝集機能の回復と消費電力の節約を図ることができる排気ガス処理方法及び排気ガス処理装置を提供することにある。

上記のような目的を達成するための排気ガス処理方法は、車両に搭載した内燃機関の排気ガス中の捕集対象成分をコロナ放電により帯電させて凝集する帯電凝集部を上流側に、該凝集させた成分を捕集するフィルタ部を下流側に備えた排気ガス処理装置の排気ガス処理方法において、前記内燃機関の運転条件に基づいて前記帯電凝集部へ投入する放電電力を制御すると共に、前記内燃機関がエンジンブレーキ動作により燃料噴射量がゼロになったときには前記帯電凝集部への通電を停止する。

この構成により、エンジンブレーキ動作時には燃料噴射をゼロにするので排気ガス中にＰＭが発生せず、また、帯電凝集部への通電停止により静電気力を失わせて堆積したＰＭを飛散させ、フィルタ部で捕集させることができるので、排気ガスの浄化性能を低下させることなく、帯電凝集部の凝集能力を回復できる。

また、上記の排気ガス処理方法において、前記帯電凝集部への通電を停止したときに、前記帯電凝集部に衝撃を与えることを特徴とする。この衝撃の付与には、電気集塵機の槌打ち用装置や、バグフィルタ用の衝撃付与装置や、粉体装置で使用される衝撃付与装置や、リニアソレノイドを利用したスライディングハンマーや、電磁ソレノイドを使用した衝撃装置などを使用することができる。

この構成により、帯電凝集部への通電停止により静電気力を失ったＰＭを効率よく帯電凝集部から除去できる。
そして、上記のような目的を達成するための排気ガス処理装置は、車両に搭載した内燃機関の排気ガス中の捕集対象成分をコロナ放電により帯電させて凝集する帯電凝集部を上流側に、該凝集させた成分を捕集するフィルタ部を下流側に備えた排気ガス処理装置であって、前記内燃機関の運転条件に基づいて前記帯電凝集部へ投入する放電電力を制御すると共に、前記内燃機関がエンジンブレーキ動作により燃料噴射量がゼロになったときには前記帯電凝集部への通電を停止する排気ガス処理制御装置を備えて構成される。

また、上記の排気ガス処理装置において、前記帯電凝集部への通電を停止したときに、前記帯電凝集部に衝撃を与えるように構成される。
更に、上記の排気ガス処理装置において、前記フィルタ部の下流側に酸化触媒を設けて構成される。この構成により、Ｓｏｏｔの捕捉及び凝集肥大化に使用した残りのＳＯＦを処理することができ、排気ガス浄化性能をより向上できる。

本発明の排気ガス処理方法及び排気ガス処理装置によれば、エンジンブレーキ動作時に、帯電凝集部への通電を停止するという非常に簡便な投入電力制御で、コロナ放電による凝集機能の回復と消費電力の節約を図ることができる。

以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス処理方法及び排気ガス処理装置について、車両搭載のディーゼルエンジンの排気ガスを処理対象ガスとした排気ガス処理装置を例にして、図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、この第１の実施の形態の排気ガス処理装置１では、排気ガス中の捕集対象成分であるＳｏｏｔ成分をコロナ放電により帯電させて凝集する帯電凝集部１０を上流側に、この凝集させた成分を捕集するフィルタ部２０を下流側に備え、更に、フィルタ部２０の下流側に酸化触媒３０を設け、更に、帯電凝集部１０に衝撃付与装置（衝撃付与手段）４０を備えて構成される。

つまり、コロナ放電によりＳｏｏｔを粗大化し凝集及び一時的に捕集する帯電凝集部１０を前段に、この帯電凝集部１０から再飛散する肥大化したＳｏｏｔを捕集するフィルタ部２０を中段に、ガス化したままのＳＯＦ等の蒸発成分を浄化する酸化触媒３０を後段に配置する。

更に、フィルタ部２０の前後差圧を検出する差圧センサ５１を設け、更に、フィルタ部２０の下流側に酸素濃度センサ５２と排気ガス温度センサ５３を設ける。これらのセンサ５１，５２，５３の出力は、排気ガス処理装置１の制御装置５０に入力される。この制御装置５０は、通常はエンジンコントロールユニットと呼ばれるエンジンの制御装置に組み入れられて構成され、帯電凝集部１０のコロナ放電の制御やフィルタ部２０の再生手段の制御を行う。

この帯電凝集部１０は、複数、例えば、６本の帯電凝集ユニット１１を並列に配置して構成される。この帯電凝集ユニット１１は、図３〜図５に示すように、低電圧電極で形成される集塵電極１１ａと高電圧電極で形成されるコロナ電極１１ｂとを有して構成される。

特に、帯電凝集部１０は、帯電凝集ユニット１１を並列配置した多管構造とするのが好ましい。帯電凝集部１０に投入可能な電力はＰＭ捕集能力と大きな関係があるため、エンジンのアイドリングから最高回転速度までの広い運転範囲で帯電凝集部１０の機能を十分に発揮させようとすると、単管で長くするか、多管で短くするかのいずれかとなるが、自動車では配置スペースが限られることと、絶縁状態を常時保つのに長いものは強度面及び振動面で不利であることを考慮すると、多管構造が有利となるためである。

この集塵電極１１ａは、例えば、ＳＵＳ３０４製等の導電性の材料で、円筒状体等の筒状体に形成され、上流側はガス入口室１１ｃに、下流側はガス出口室１１ｄに接続される。この集塵電極である筒状体１１ａはガス通路の通路壁を兼ねる。この筒状体１１ａの断面形状としては特に限定されない。コロナ放電の安定性等を考えると円形が好ましいが、正方形等でもよく、特に、コロナ電極１１ｂを複数設ける場合には、楕円形、三角形、長方形、その他の多角形であってもよい。

コロナ電極１１ｂは、電界集中係数の高い電極であればよく、細線電極、角状電極、突起構造付き電極等の線状（ワイヤ状）や棒状等の線状体、例えば、ＳＵＳ３０４製の中空ワイヤ等で形成される。そして、筒状体１１ｂの内部、例えば、筒状体の軸心部分等の中央に配置される。また、図５に示すように、筒状体１１ｂの内部に、複数のコロナ電極１１ｂを設けてもよい。

この集塵電極１１ａとコロナ電極１１ｂは互いに碍子等により電気的に絶縁状態にして構成される。この集塵電極１１ａは電気的に接地（アース）され、接地電位に保たれるが、必要に応じて、別電位に保持される。一方、コロナ電極１１ｂは高圧電源に接続される。この高圧電源で発生し、コロナ電極１１ｂに印加する高電圧は、一般的には、負極性の直流電圧を用いるのが好ましいが、直流、交流、パルス状のいずれであってもよく、また、極性も、負極性でも正極性でもあってもよい。また、電圧は、この筒状体１１ａとコロナ電極１１ｂとの間を通過する排気ガスＧ中にコロナ放電を発生できる電圧であればよい。

衝撃付与装置４０は、集塵電極１１ａに堆積したＰＭの剥がれを促進するために、集塵電極１１ａに、衝撃や振動等を加えるための装置であり、電気集塵機の槌打ち用装置や、バグフィルタの衝撃付与装置や、粉体装置で使用される衝撃付与装置等を使用できる。より具体的には、強力な磁力で固定されたピストンを圧縮空気の供給で高速離脱させて衝撃力を発生するエア式ハンマリング装置（エアハンマ／エアノッカー）や、電磁石のエネルギーを利用してピストンロッドを高速で移動させて衝撃力を発生させる電磁式ハンマリング装置（電磁式マグハンマ）や、リニアソレノイドを利用したスライディングハンマーや、電磁ソレノイドを使用した衝撃発生装置等である。

そして、帯電凝集部１０の筒状体１１ａの通路壁を冷却壁（ガス冷却部）とし、帯電凝集部１０で排気ガスＧを冷却できるように構成する。つまりこの筒状体１１ａの外面側を自然空冷又は強制冷却するように構成する。

この自然空冷においては、筒状体１１ａの外面を保温したり、筒状体１１ａを更に、排気ガス処理装置１のケース等の別の筒体（図示しない）で密閉せずに、大気開放状態にしたり、ケースとなる別の筒体を通気孔を設けたものにする等、外気との接触を容易にし、自然対流伝熱が行われ易くする。また、熱放射による冷却効果を促進できるように、周囲の部材の温度を低くしたり、熱伝導による冷却効果を上げるために、低温の熱伝導体と接触させたりする。更に、筒状体１１ａの外部への放熱を促進する冷却用のフィンを筒状体１１ａの外面に設けることもできる。この冷却用フィンとしては、例えば、熱交換器等で一般的に用いられている平滑環状フィン、スロットフィン、テントフィン、短冊フィン、ワイヤーループフィン等がある。

また、強制冷却においては、ファン等により筒状体１１ａの外面に送風して対流伝熱による強制冷却をしたり、筒状体１１ａを冷却水等の冷媒が通過する二重管構造とし、筒状体１１ａを冷媒で強制冷却するように構成する。これらの冷却手段に限られず、一般的な冷却手段を適用できる。

そして、車両に搭載した排気ガス処理装置１では、車両の走行により、帯電凝集部１０の外気に露出した筒状体１１等の部分に強い風が当たるので、自然対流や熱放射による自然放熱によって排気ガスＧが冷却される。そのため、特別あるいは能動的な冷却手段を設けなくても、積極的な保温手段を設けなければ、冷却効果を得ることができる。

このガス冷却は、処理対象ガスＧが２００℃以上の温度である場合において、特に有効である。つまり、処理対象ガスが２００℃以上であると、ＳＯＦ等の成分の多くは蒸発してガス化しているが、このガス冷却により排気ガスＧをそれ以下の温度にして、ＳＯＦ等の蒸発成分を凝縮させて液化することができ、この液化した成分の粘着性により、ベトベト状態の鳥もちのような効果を発揮できるので、Ｓｏｏｔ等の微小粒子を非常に効率よく凝集できるようになる。つまり、液化したＳＯＦ分の存在は、Ｓｏｏｔ凝集の接着剤的作用を発揮する。

また、帯電凝集部１０の帯電凝集ユニット１１においては、図６〜図８に示すように、帯電凝集部１０の筒状体１１ａの内側表面近傍の排気ガスＧの流れに対して乱流を促進する乱流促進手段１１ｅを筒状体１１ａの表面又は表面近傍に設けることができる。この乱流促進手段１１ｅは筒状体１１ａの表面を加工して設けてもよく、筒状体１１ａとは別体の構造物を筒状体１１ａの表面に当接又は浮かせて配置してもよい。

この乱流促進手段１１ｅは凹凸構造とすることもでき、この凹凸構造は、単数又は複数の線状体（丸棒や角棒）を筒状体１１ａにスパイラル状にして挿入し、筒状体１１ａの内側表面に巻き付けたり、筒状体１１ａの内側表面に溝きりにより台形形状の凸部や、格子溝や螺旋溝等の規則正しい凹凸を設けて、内面溝付き管構造とすることもできる。また、リング状の凸部を筒状体１１ａの内側表面に筒状体１１ａの軸方向に間隔をおいて形成したり、三次元構造を持つフィンで形成したり、ブラスト処理して乱雑な凹凸を形成したりすることもできる。これらの凹凸は一様に形成されていてもよく、分散配置されていてもよい。

更に、筒状体１１ａを加工するだけでなく、加工により凹凸を設けた板材や、既に凹凸を有して形成されている板材を、筒状体１１ａに挿入可能に整形して挿入してもよく、既に凹凸を有して市販されているような面状体を筒状体１１ａを挿入してもよい。この面状体としては、金網やパンチングメタル、エキスパンダメタル等のシート状突起物が有用であり、スリットグリル、ダイヤスクリーン、ディンプルスクリーン（孔無し）、ディンプルスクリーン（孔有り）、スリット出窓スクリーン、ブリッジ出窓スクリーン、三角出窓スクリーン、半円出窓スクリーン等々の打ち抜きスクリーンを使用できる。

この乱流促進手段１１ｅの乱流促進により、流路断面方向の攪拌作用を大きくすることができるので、流路空間全体において排気ガス中の成分の帯電に要する時間の短縮化、帯電粒子の集塵電極の対向面への接触の容易化、排気ガスの対向面近傍における主流方向流速の低速化に伴う滞留時間の増加を図ることができ、静電力による帯電粒子の捕捉を一層促進することができる。

また、帯電凝集部１０の帯電凝集ユニット１１を、次のように構成することもできる。図９〜図１３に示すように、帯電凝集ユニット１１のガス通路壁、即ち、帯電凝集部１０のガス通路壁を、筒状体１１ｆで形成し、低電圧電極となる集塵電極１１ａをガス通路壁１１ｆの表面近傍に配置された導電性の筒状体で形成する。また、コロナ電極１１ｂを筒状体１１ｆの内部に配置した線状体の高電圧電極で形成する。この筒状体１１ｆと集塵電極１１ａは共に導電材料で形成してもよいが、筒状体１１ｆを絶縁材料で形成し、集塵電極１１ａを導電材料で形成すると、帯電凝集ユニット１１の表面が筒状体１１ｆにより電気的に絶縁されるので、漏電等に対する安全性が増す。

また、図９〜図１２に示すように集塵電極１１ａの表面又は表面近傍に乱流促進手段１１ｅを設けたり、図１３に示すように集塵電極１１ａを乱流促進手段１１ｅで形成すると、乱流促進手段１１ｅによる効果を得ることができる。

この構成では、集塵電極１１ａを筒状体１１ｆと別体にして形成しているので、集塵電極１１ａはガス通路壁の機能が不要となる。そのため、集塵電極１１ａはガス通過性を有してもよくなり、表面積を増加できるので、より凝集肥大化の効果を大きくすることができる。また、筒状体１１ｆを絶縁体で形成すると、帯電凝集ユニット１１の表面を電気的に絶縁でき、漏電等に対する安全性を増すことができる。

フィルタ部２０は、帯電凝集部１０から、粗大化して再飛散してくる凝集体を捕集して除去するためのフィルタを有して構成される。このフィルタは、耐熱性に優れたＳｉＣやコージェライト等のセラミック製であってもよいが、ステンレス等の金属製のフィルタで形成すると、捕集したＰＭを燃焼除去する際に、高温にしても溶損し難いので、有炎燃焼により簡単に再生することができるようになる。

このフィルタ部２０は、上流側の帯電凝集部１０で捕集対象成分であるＳｏｏｔを凝集肥大化させてから捕集するので、圧力損失の小さい、比較的目の粗いフィルタで形成することができる。また、フィルタ部２０には、触媒を担持しない非連続再生式のフィルタを用いることもでき、触媒を担持した連続再生式のフィルタを用いることもできる。

そして、このフィルタ部２０は、Ｓｏｏｔの捕集量が増加し目詰まりしてきた時に、Ｓｏｏｔを燃焼除去するために、フィルタ部２０の再生が必要になり、そのための加熱手段が必要になる。

この加熱手段としては、加熱用ヒータやバーナーや短絡用電極等が考えられる。
加熱用ヒーターでは、フィルタ部材の表面、又は、表面と内部に金属線等のヒーターを埋め込んで、このヒーターに通電することにより発熱させてフィルタ部２０を昇温する。この加熱ヒーター方式の場合は、ヒーターの電気抵抗値と投入電力でフィルタ部２０の昇温や維持温度をコントロールする。

また、バーナーは、フィルタ部２０の直前に燃焼ガスを供給してフィルタ部２０を加熱して昇温するものであり、このバーナーに外部燃料（車両用燃料との共用も可能）を供給して燃焼し、高温ガスを発生させる。この高温ガスによりフィルタ部２０を昇温させるが、排気ガス中に高温ガスが注入されるので、排気ガス中のＰＭも着火させてフィルタ部２０の昇温に寄与させることができる。

短絡用電極は、Ｓｏｏｔが溜まってくると隣接して設けた電極間、あるいは、フィルタ部材の電導部分に隣接して設けた電極で形成され、この電極間あるいはフィルタ部材の電導部分と電極間の隙間が捕集されたＳｏｏｔで埋まると、電気的に短絡し、この短絡により発生した火花でＳｏｏｔが自己燃焼する。

なお、セラミックスフィルタの場合は、加熱手段による局部的な加熱では、フィルタの温度を均一にし難く、再生ムラや温度差に起因する熱割れが発生し易いが、金属フィルタの場合は、温度の均一化が容易である。また、金属フィルタの場合は、加熱ヒーターやバーナーなどによる外部加熱方式以外にも、短絡用電極による方式を用いることもできる。

酸化触媒３０は、セラミックのハニカム構造等の担持体に、白金等の酸化触媒を担持させて形成され、ガス冷却によっても液化しないで、気相状態でフィルタ部２０を通過するＳＯＦ等の蒸発成分を浄化する。

そして、この排気ガス処理装置１においては、次のようにして排気ガスＧを浄化する。 最上流側の帯電凝集部１０では、ガス入口室１１ｃから各々の帯電凝集ユニット１１の筒状体（集塵電極）１１ａの内部に排気ガスＧを通過させる。それと共に、コロナ電極１１ｂと集塵電極１１ａとの間に高電圧を印加して、集塵電極１１ａの内部にコロナ放電を形成し、その内部を通過する排気ガスＧ中のＰＭのＳｏｏｔ（スート：煤）等の捕集対象成分を帯電させ、この帯電した粒子を凝集する。

この帯電凝集部１０では、コロナ放電による帯電を利用して、排気ガス中のＳｏｏｔ等の固形成分を帯電させる。それと共に、排気ガスＧが冷却され、この冷却により凝縮したミスト状のＳＯＦ（可溶性有機成分）等の液体成分がバインダーの役割を果す。そのため、この排気ガス処理装置１では、冷却により凝縮した液体成分のバインダー機能を利用できるので、繊細なＳｏｏｔの粒子を、より効率良く凝集することができる。つまり、帯電凝縮部１０で、コロナ放電の電気集塵機能に加えて、ガス冷却により凝縮したＳＯＦ等の液体成分の接着機能を利用して、排気ガスＧ中の浮遊微粒子を効率よく凝集肥大化できる。

この凝集体は、コロナ電極１１ｂと集塵電極１１ａの間の電場により、クローン力により集塵電極１１ａに移動し、一時的には集塵電極１１ａの表面に捕集されるが、集塵電極１１ａに触れて徐々に電荷を失い、また、壁面上で更に粗大化し、その結果、排気ガスＧの流れにより集塵電極１１ａの表面から剥離し再飛散する。

そして、この再飛散してくる凝集体や直接流入する捕集対象成分を、フィルタ部２０で捕集するが、再飛散したり、ＳＯＦの回りに凝集したりした凝集体は、粗大化及び肥大化しているため、フィルタの目が比較的粗くても効率良く捕集することができる。従って、通常の物理的なフィルタだけで機械的にトラップする場合に比べ、より繊細なＳｏｏｔの粒子を効率良く捕集することができる。なお、フィルタ部２０で、圧力損失の小さい目の粗いフィルタを用いることができるので、圧力損失を小さくでき、また、目詰まりまでの間、かなりの長時間連続運転することができる。

また、最下流の酸化触媒３０においては、ガス化したまま帯電凝集部１０とフィルタ部２０を通過してきたＳＯＦ等の成分を酸化して除去する。これにより、凝縮しなかったＳＯＦ等の蒸発成分も除去できるので、ＰＭの除去能力を更に高めることができる。

これらの結果、排気ガス処理装置１に流入した排気ガスＧは、浄化された排気ガスＧｃとしてこの排気ガス処理装置１から排出される。
そして、Ｓｏｏｔ等の捕集対象成分が蓄積されて目詰まりが進行し、所定の限界値（閾値）を超えた場合には、フィルタに設けた加熱手段（図示しない）等によりフィルタを加熱して、フィルタの温度をＳｏｏｔの自己着火可能な温度（５００℃程度）以上に上昇させてＳｏｏｔを燃焼除去する。このフィルタの温度上昇は局部的であっても、一旦Ｓｏｏｔの燃焼が開始されると燃焼熱が発生し燃焼の伝播が起こるので、フィルタ全体のＳｏｏｔを燃焼除去して、フィルタ全体を再生できる。この場合に、フィルタ部２０を金属製のフィルタで形成すると、Ｓｏｏｔを燃焼除去する際に、高温にしても溶損し難いので、有炎燃焼により簡単に再生することができる。

そして、本発明においては、車両のエンジンブレーキ動作時に、帯電凝集部１０への通電を停止する。この帯電凝集部１０への投入電力のＯＮ／ＯＦＦ制御では、図２のＡで示すように、エンジンブレーキの非動作時にＯＮとし、エンジンブレーキの動作時にＯＦＦとすることを基本とする。但し、エンジンブレーキの動作時に燃料噴射を停止した時点から排気ガス（新気そのまま）が気筒内から帯電凝集部１０に到達するまでの時間を配慮をする必要がある。つまり、投入電力を節約するためには、図２のＢで示すように、エンジンブレーキの動作のＯＮ時よりも投入電力のＯＦＦ時を少しの時間Δｔ１だけ遅くすることが好ましい。また、投入電力のＯＮ時は、図２のＢ，Ｃで示すように、エンジンブレーキの動作をＯＦＦした時よりも少しの時間Δｔ２だけ遅くする方が燃費向上の面から好ましい。

このエンジンブレーキ時には、内燃機関の気筒（シリンダ）内への燃料噴射が停止され、燃料噴射量がゼロになるので、排気ガス中にＰＭが発生しないので、排気ガスの浄化性能を低下させることなく、帯電凝集部１０の凝集能力を回復できる。

また、帯電凝集部１０への通電停止により、肥大化して堆積したＰＭの静電気力を失わせて再飛散させて、フィルタ部２０で捕集させることができるので、排気ガスの浄化性能を低下させることなく、帯電凝集部１０の凝集能力を回復できる。

また、エンジンブレーキ動作時に、衝撃付与装置４０により、帯電凝集部１０に衝撃を与える。これにより、帯電凝集部１０への通電停止により静電気力を失ったＰＭを剥がれるのを促進することができる。

この帯電凝集部１０に堆積したＰＭを除去することは、堆積したＰＭによる乱流促進手段１１ｅの埋没から乱流促進手段１１ｅを露出させることになるので、特に、乱流促進手段１１ｅを設けた帯電凝集部１０の凝集能力の回復に大きな効果がある。

本発明に係るガス処理装置の構成を模式的に示す図である。 エンジンブレーキのＯＮ／ＯＦＦと投入電力のＯＮ／ＯＦＦのタイミングを示す図である。 帯電凝集ユニットの側断面図である。 筒状体の断面形状が円形の帯電凝集ユニットを示す断面図である。 筒状体の断面形状が端部が円形の偏平体で、コロナ電極が複数ある帯電凝集ユニットを示す断面図である。 乱流促進手段を設けた帯電凝集ユニットの側断面図である。 乱流促進手段を設けた筒状体の断面形状が円形の帯電凝集ユニットを示す断面図である。 乱流促進手段を設けた筒状体の断面形状が端部が円形の偏平体で、コロナ電極が複数ある帯電凝集ユニットを示す断面図である。 集塵電極と筒状体を別体で形成した帯電凝集ユニットの側断面図である。 乱流促進手段を設けた集塵電極とは別体に形成した筒状体の断面形状が円形の帯電凝集ユニットを示す断面図である。 乱流促進手段を設けた集塵電極とは別体に形成した筒状体の断面形状が端部が円形の偏平体で、コロナ電極が複数ある帯電凝集ユニットを示す断面図である。 乱流促進手段を設けた集塵電極とは別体に形成した筒状体の断面形状が矩形の帯電凝集ユニットを示す断面図である。 乱流促進手段を兼ねる集塵電極とは別体に形成した筒状体の断面形状が長方形で、コロナ電極が複数ある帯電凝集ユニットを示す断面図である。

符号の説明

１ 排気ガス処理装置
１０ 帯電凝集部
２０ フィルタ部
３０ 酸化触媒
４０ 衝撃付与装置
５０ 制御装置

Claims (5)

1. 車両に搭載した内燃機関の排気ガス中の捕集対象成分をコロナ放電により帯電させて凝集する帯電凝集部を上流側に、該凝集させた成分を捕集するフィルタ部を下流側に備えた排気ガス処理装置の排気ガス処理方法において、
   前記内燃機関の運転条件に基づいて前記帯電凝集部へ投入する放電電力を制御すると共に、前記内燃機関がエンジンブレーキ動作により燃料噴射量がゼロになったときには前記帯電凝集部への通電を停止することを特徴とする排気ガス処理方法。
2. 前記帯電凝集部への通電を停止したときに、前記帯電凝集部に衝撃を与えることを特徴とする請求項２記載の排気ガス処理方法。
3. 車両に搭載した内燃機関の排気ガス中の捕集対象成分をコロナ放電により帯電させて凝集する帯電凝集部を上流側に、該凝集させた成分を捕集するフィルタ部を下流側に備えた排気ガス処理装置であって、
   前記内燃機関の運転条件に基づいて前記帯電凝集部へ投入する放電電力を制御すると共に、前記内燃機関がエンジンブレーキ動作により燃料噴射量がゼロになったときには前記帯電凝集部への通電を停止する排気ガス処理制御装置を備えたことを特徴とする排気ガス処理装置。
4. 前記帯電凝集部への通電を停止したときに、前記帯電凝集部に衝撃を与えることを特徴とする請求項３記載の排気ガス処理装置。
5. 前記フィルタ部の下流側に酸化触媒を設けたことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の排気ガス処理装置。

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