JP3000762B2 - 排気微粒子浄化装置 - Google Patents
排気微粒子浄化装置Info
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- JP3000762B2 JP3000762B2 JP3314125A JP31412591A JP3000762B2 JP 3000762 B2 JP3000762 B2 JP 3000762B2 JP 3314125 A JP3314125 A JP 3314125A JP 31412591 A JP31412591 A JP 31412591A JP 3000762 B2 JP3000762 B2 JP 3000762B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼルエンジンの
排気ガス中に含まれる微粒子を捕集し、これを燃焼除去
する排気微粒子浄化装置に関するものである。
排気ガス中に含まれる微粒子を捕集し、これを燃焼除去
する排気微粒子浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ディーゼルエンジンの排気管には、排気
ガス中のカーボンを主成分とする微粒子を捕集して排気
ガスを浄化する排気微粒子浄化装置が設けられている。
ガス中のカーボンを主成分とする微粒子を捕集して排気
ガスを浄化する排気微粒子浄化装置が設けられている。
【０００３】図６は、この種の浄化装置の代表例を示す
ものでエンジン５の排気管６はその途中で分岐せしめて
あり、一方の分岐管６１は中間部を大径としてその中に
多孔質のセラミック製の微粒子捕集フィルタ（以下、捕
集フィルタという）１が設置されている。この捕集フィ
ルタ１はハニカム構造を有する筒体で、隔壁１０１にて
仕切られた多数の流路（セル）を有し、隣接する流路１
０２ａ、１０２ｂは上流側と下流側の端部が相互に閉じ
られている。
ものでエンジン５の排気管６はその途中で分岐せしめて
あり、一方の分岐管６１は中間部を大径としてその中に
多孔質のセラミック製の微粒子捕集フィルタ（以下、捕
集フィルタという）１が設置されている。この捕集フィ
ルタ１はハニカム構造を有する筒体で、隔壁１０１にて
仕切られた多数の流路（セル）を有し、隣接する流路１
０２ａ、１０２ｂは上流側と下流側の端部が相互に閉じ
られている。
【０００４】しかして、捕集フィルタ１の上流側より排
気ガスは、上流側が開口する流路１０２ａ内へ流入し、
隔壁１０１を通過して隣接する流路１０２ｂより下流側
へ流出する。このとき、排気ガス中に含まれる微粒子は
隔壁１０１で通過が阻まれ、隔壁１０１に捕集され堆積
する。
気ガスは、上流側が開口する流路１０２ａ内へ流入し、
隔壁１０１を通過して隣接する流路１０２ｂより下流側
へ流出する。このとき、排気ガス中に含まれる微粒子は
隔壁１０１で通過が阻まれ、隔壁１０１に捕集され堆積
する。
【０００５】このようにして微粒子の堆積が進行すると
通気抵抗が増大し、捕集フィルタ１の前後の差圧ΔＰが
増大してエンジン５の出力低下を招くため、堆積微粒子
を周期的に除去する必要がある。そこで捕集フィルタ１
に電気ヒータ２を設け、例えば差圧検出器７によって検
出される差圧が所定値に達したときに排気ガスのほとん
どをバイパス分岐管６２に流してバイパスさせると同時
に、電気ヒータ２に通電して堆積微粒子に着火し、後端
まで燃焼せしめて捕集フィルタ１の再生を行なってい
る。なお、排気ガスの流路切替えは、例えば切替えバル
ブ６０にて行なうが、再生時には微粒子の燃焼に必要な
酸素を供給する必要があることから、若干の排気ガスの
流通を許すか、あるいは別のエア供給手段から捕集フィ
ルタ１にエアを供給する。
通気抵抗が増大し、捕集フィルタ１の前後の差圧ΔＰが
増大してエンジン５の出力低下を招くため、堆積微粒子
を周期的に除去する必要がある。そこで捕集フィルタ１
に電気ヒータ２を設け、例えば差圧検出器７によって検
出される差圧が所定値に達したときに排気ガスのほとん
どをバイパス分岐管６２に流してバイパスさせると同時
に、電気ヒータ２に通電して堆積微粒子に着火し、後端
まで燃焼せしめて捕集フィルタ１の再生を行なってい
る。なお、排気ガスの流路切替えは、例えば切替えバル
ブ６０にて行なうが、再生時には微粒子の燃焼に必要な
酸素を供給する必要があることから、若干の排気ガスの
流通を許すか、あるいは別のエア供給手段から捕集フィ
ルタ１にエアを供給する。
【０００６】ところで、電気ヒータ２にて捕集フィルタ
１を再生する場合、捕集フィルタ１の周辺部では熱が逃
げやすいことから、該周辺部では微粒子の着火ミスや燃
え残りが生じやすい。そこで、捕集フィルタ１の端面に
設けた電気ヒータ２を中心部と周辺部とに分割するとと
もに捕集フィルタ１に温度センサを設け、各ヒータにつ
いてオン、オフを繰り返して各ヒータを微粒子着火に必
要なほぼ均一な温度とした上で再生を開始する手段が提
案されている（特開平２−１４６２１７号）。しかしな
がら、この手段を用いても必ずしも捕集フィルタ１の周
辺部の微粒子燃え残り防止に顕著な効果が得られない。
１を再生する場合、捕集フィルタ１の周辺部では熱が逃
げやすいことから、該周辺部では微粒子の着火ミスや燃
え残りが生じやすい。そこで、捕集フィルタ１の端面に
設けた電気ヒータ２を中心部と周辺部とに分割するとと
もに捕集フィルタ１に温度センサを設け、各ヒータにつ
いてオン、オフを繰り返して各ヒータを微粒子着火に必
要なほぼ均一な温度とした上で再生を開始する手段が提
案されている（特開平２−１４６２１７号）。しかしな
がら、この手段を用いても必ずしも捕集フィルタ１の周
辺部の微粒子燃え残り防止に顕著な効果が得られない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、捕集
フィルタにて捕集された排気微粒子を電気ヒータにて燃
焼除去して捕集フィルタを再生する排気微粒子浄化装置
において、捕集フィルタ周辺部の微粒子の燃え残りを大
幅に減少させ、もって再生率を向上せしめることを課題
としてなされたものである。
フィルタにて捕集された排気微粒子を電気ヒータにて燃
焼除去して捕集フィルタを再生する排気微粒子浄化装置
において、捕集フィルタ周辺部の微粒子の燃え残りを大
幅に減少させ、もって再生率を向上せしめることを課題
としてなされたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は図１に示すよう
に、捕集フィルタ１の上流側端部に設けた電気ヒータ２
を少なくとも中心部と周辺部とに分割して設け、例えば
図例のように中心部に電気ヒータ２Ａを、周辺部に電気
ヒータ２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅをそれぞれ設けるととも
に通電回路３を各電気ヒータ２Ａ〜２Ｅに独立に通電可
能に形成し、かつ通電回路３の通電制御手段４を、捕集
フィルタ再生時、初期においてはすべての電気ヒータ２
Ａ〜２Ｅに通電し、捕集フィルタ中心部の微粒子が着火
燃焼を開始後は周辺部の電気ヒータ２Ｂ〜２Ｅのみが通
電を継続するように設定したことを特徴とする。
に、捕集フィルタ１の上流側端部に設けた電気ヒータ２
を少なくとも中心部と周辺部とに分割して設け、例えば
図例のように中心部に電気ヒータ２Ａを、周辺部に電気
ヒータ２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅをそれぞれ設けるととも
に通電回路３を各電気ヒータ２Ａ〜２Ｅに独立に通電可
能に形成し、かつ通電回路３の通電制御手段４を、捕集
フィルタ再生時、初期においてはすべての電気ヒータ２
Ａ〜２Ｅに通電し、捕集フィルタ中心部の微粒子が着火
燃焼を開始後は周辺部の電気ヒータ２Ｂ〜２Ｅのみが通
電を継続するように設定したことを特徴とする。
【０００９】発明者らは実験研究の結果、捕集フィルタ
の周辺部において微粒子の燃え残しが生じるのは、捕集
フィルタの周辺部ではこれを保持する容器を介して熱が
逃げやすいことの他に、中心部と周辺部との温度差によ
り再生用のエア（または排気ガス）の粘性が相違して周
辺部に偏流入が生じ、この両者の相乗作用が原因である
ことを認めた。
の周辺部において微粒子の燃え残しが生じるのは、捕集
フィルタの周辺部ではこれを保持する容器を介して熱が
逃げやすいことの他に、中心部と周辺部との温度差によ
り再生用のエア（または排気ガス）の粘性が相違して周
辺部に偏流入が生じ、この両者の相乗作用が原因である
ことを認めた。
【００１０】即ち、再生時初期には図４に示すように熱
がこもりやすい捕集フィルタ１の中心部で先ず着火、燃
焼が始まり、この燃焼部分Ａの温度が周辺部よりも高く
なる。このため中心部でエアの粘性が増す（例えば３０
０℃のエアの動粘性係数は約０．５×１０-4m2／s 、１
０００℃では約１．８×１０-4m2／s ）ためエアは中心
部へ流入しにくくなり、その分周辺部へ多く流れる。発
明者らの実験では、図５に示すようにエア流速と捕集フ
ィルタの再生率（堆積微粒子重量に対する燃焼微粒子重
量の割合）は大きな相関があり、流速が遅いと燃焼に必
要な酸素が供給できず、逆に速いと熱を持ち去ってしま
うため、最高の再生率を示すエア流速が存在する。例え
ばφ１４０、１３０Ｉ、１５０セルの捕集フィルタを用
いた実験では、このエア流速は約０．１〜０．２m/s で
あった。しかして捕集フィルタの周辺部では、容器への
放熱とともに、エアの偏流入が燃え残しの大きな原因と
なっているのである。
がこもりやすい捕集フィルタ１の中心部で先ず着火、燃
焼が始まり、この燃焼部分Ａの温度が周辺部よりも高く
なる。このため中心部でエアの粘性が増す（例えば３０
０℃のエアの動粘性係数は約０．５×１０-4m2／s 、１
０００℃では約１．８×１０-4m2／s ）ためエアは中心
部へ流入しにくくなり、その分周辺部へ多く流れる。発
明者らの実験では、図５に示すようにエア流速と捕集フ
ィルタの再生率（堆積微粒子重量に対する燃焼微粒子重
量の割合）は大きな相関があり、流速が遅いと燃焼に必
要な酸素が供給できず、逆に速いと熱を持ち去ってしま
うため、最高の再生率を示すエア流速が存在する。例え
ばφ１４０、１３０Ｉ、１５０セルの捕集フィルタを用
いた実験では、このエア流速は約０．１〜０．２m/s で
あった。しかして捕集フィルタの周辺部では、容器への
放熱とともに、エアの偏流入が燃え残しの大きな原因と
なっているのである。
【００１１】本発明は上記の知見に基づいてなされたも
ので、再生時初期ではすべての電気ヒータ２Ａ〜２Ｅに
通電せしめ先ず熱のこもりやすい捕集フィルタ１の中心
部で微粒子が着火燃焼を始めた後、中心部の電気ヒータ
２Ａの通電を停止し、周辺部の電気ヒータ２Ｂ〜２Ｅへ
通電を継続し、周辺部のエアの粘性を増加せしめること
でエア流速を最適におさえ、もって周辺部の燃え残りの
大きな原因を除去するものである。
ので、再生時初期ではすべての電気ヒータ２Ａ〜２Ｅに
通電せしめ先ず熱のこもりやすい捕集フィルタ１の中心
部で微粒子が着火燃焼を始めた後、中心部の電気ヒータ
２Ａの通電を停止し、周辺部の電気ヒータ２Ｂ〜２Ｅへ
通電を継続し、周辺部のエアの粘性を増加せしめること
でエア流速を最適におさえ、もって周辺部の燃え残りの
大きな原因を除去するものである。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例を図６に示す従来装置
との相違点を中心に説明する。捕集フィルタ１自体の構
造および切替バルブ６０による排気ガスの流路制御は従
来装置と同じである。
との相違点を中心に説明する。捕集フィルタ１自体の構
造および切替バルブ６０による排気ガスの流路制御は従
来装置と同じである。
【００１３】図１に示すように、捕集フィルタ１の上流
側の端面には電気ヒータ２が設けてある。電気ヒータ２
は捕集フィルタ１の中心部に配設した電気ヒータ２Ａ
と、周辺部に配設した電気ヒータ２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２
Ｅに分割してあり、電気回路３は各電気ヒータをバッテ
リー２０に並列に接続して構成され、各電気ヒータはそ
れぞれ独立のスイッチ手段３１により通電を断続するよ
うになっている。通電回路３は各スイッチ手段３１を所
定のタイミングでオン・オフする通電制御手段たるコン
トローラ４に接続されている。コントローラ４は、捕集
フィルタ再生時、先ずすべての電気ヒータ２Ａ〜２Ｅに
通電し、フィルタ中心部の微粒子が着火燃焼を始めたと
きに電気ヒータ２Ａの通電を停止し、他の電気ヒータ２
Ｂ〜２Ｅの通電を再生終了あるいは終了前の所定の時期
まで継続するように設定されている。なお、周辺部の電
気ヒータは図例では４分割されているが分割数は特に限
定されず、また全周１本としてもよい。
側の端面には電気ヒータ２が設けてある。電気ヒータ２
は捕集フィルタ１の中心部に配設した電気ヒータ２Ａ
と、周辺部に配設した電気ヒータ２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２
Ｅに分割してあり、電気回路３は各電気ヒータをバッテ
リー２０に並列に接続して構成され、各電気ヒータはそ
れぞれ独立のスイッチ手段３１により通電を断続するよ
うになっている。通電回路３は各スイッチ手段３１を所
定のタイミングでオン・オフする通電制御手段たるコン
トローラ４に接続されている。コントローラ４は、捕集
フィルタ再生時、先ずすべての電気ヒータ２Ａ〜２Ｅに
通電し、フィルタ中心部の微粒子が着火燃焼を始めたと
きに電気ヒータ２Ａの通電を停止し、他の電気ヒータ２
Ｂ〜２Ｅの通電を再生終了あるいは終了前の所定の時期
まで継続するように設定されている。なお、周辺部の電
気ヒータは図例では４分割されているが分割数は特に限
定されず、また全周１本としてもよい。
【００１４】上記排気微粒子浄化装置において、捕集フ
ィルタ１における微粒子の捕集、堆積が進み、差圧検出
器７（図６）により検出される捕集フィルタ前後差圧が
所定値に達すると、切替バルブ６０（図６）にて分岐管
６１が再生に必要な流量の排気ガスのみを流通させる状
態に開度調整され、全電気ヒータ２Ａ〜２Ｅに通電され
る。すると熱のこもりやすい捕集フィルタ１の中心部に
堆積した微粒子から着火、燃焼が始まり、中心部と周辺
部とで温度差が生じるため再生用排気ガスは粘性の小さ
い周辺部へ流れようとする。このとき、中心部の電気ヒ
ータ２Ａは通電が停止され、周辺部の電気ヒータ２Ｂ〜
２Ｅのみ通電が継続される。図１（Ｂ）はこの状態を示
す。これにより、周辺部における粘性が中心部と同程度
に大きくなり、周辺部への再生用排気ガスの偏流入が防
がれる。従って周辺部では再生用排気ガスで冷却される
ことなく、燃焼は後端まで持続される。なお、中心部は
熱が逃げにくいから、前端で燃焼が始まると、電気ヒー
タ２Ａの通電が停止されても燃焼は後端まで持続され
る。
ィルタ１における微粒子の捕集、堆積が進み、差圧検出
器７（図６）により検出される捕集フィルタ前後差圧が
所定値に達すると、切替バルブ６０（図６）にて分岐管
６１が再生に必要な流量の排気ガスのみを流通させる状
態に開度調整され、全電気ヒータ２Ａ〜２Ｅに通電され
る。すると熱のこもりやすい捕集フィルタ１の中心部に
堆積した微粒子から着火、燃焼が始まり、中心部と周辺
部とで温度差が生じるため再生用排気ガスは粘性の小さ
い周辺部へ流れようとする。このとき、中心部の電気ヒ
ータ２Ａは通電が停止され、周辺部の電気ヒータ２Ｂ〜
２Ｅのみ通電が継続される。図１（Ｂ）はこの状態を示
す。これにより、周辺部における粘性が中心部と同程度
に大きくなり、周辺部への再生用排気ガスの偏流入が防
がれる。従って周辺部では再生用排気ガスで冷却される
ことなく、燃焼は後端まで持続される。なお、中心部は
熱が逃げにくいから、前端で燃焼が始まると、電気ヒー
タ２Ａの通電が停止されても燃焼は後端まで持続され
る。
【００１５】コントローラ４による各電気ヒータの通電
切替のタイミングは、予め決められた時間により制御す
ることができ、あるいは捕集フィルタ１の前後差圧によ
り制御することができる。
切替のタイミングは、予め決められた時間により制御す
ることができ、あるいは捕集フィルタ１の前後差圧によ
り制御することができる。
【００１６】再生時、捕集フィルタ１の中心部で燃焼が
始まるまでの経過時間は、用いる捕集フィルタ１および
電気ヒータ２等により異なるがほぼ２〜４分であり、そ
の後再生が完了するまでの経過時間は６〜１０分であ
る。図４は、再生時における通電切替タイミングをモデ
ル的に示したものである。
始まるまでの経過時間は、用いる捕集フィルタ１および
電気ヒータ２等により異なるがほぼ２〜４分であり、そ
の後再生が完了するまでの経過時間は６〜１０分であ
る。図４は、再生時における通電切替タイミングをモデ
ル的に示したものである。
【００１７】一方、中心部における燃焼を判定する手段
として捕集フィルタ１の前後差圧を利用することができ
る。発明者らの実験によれば、図３に示すように電気ヒ
ータへの通電開始により前後差圧はいったん上昇する。
そして、燃焼が始まると前後差圧は急激に低下する。差
圧が最初に上昇するのはヒータ通電を捕集フィルタ１の
端面全面で行なうため再生用排気ガスの粘性が増すこと
による。しかして、差圧の減少開始を検出して通電切替
を制御することができる。
として捕集フィルタ１の前後差圧を利用することができ
る。発明者らの実験によれば、図３に示すように電気ヒ
ータへの通電開始により前後差圧はいったん上昇する。
そして、燃焼が始まると前後差圧は急激に低下する。差
圧が最初に上昇するのはヒータ通電を捕集フィルタ１の
端面全面で行なうため再生用排気ガスの粘性が増すこと
による。しかして、差圧の減少開始を検出して通電切替
を制御することができる。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、排気微粒
子浄化装置において、捕集フィルタ再生時に周辺部で燃
え残りが生じるのは、周辺部ではフィルタ容器を介して
熱が逃げやすいことと、再生用排気ガスまたはエアが周
辺部へ偏流入することの相乗作用によるものであるとの
知見に基いてなされたもので、上記偏流入を防止するこ
とで、周辺部における燃え残しを大幅に減少せしめるこ
とができる。
子浄化装置において、捕集フィルタ再生時に周辺部で燃
え残りが生じるのは、周辺部ではフィルタ容器を介して
熱が逃げやすいことと、再生用排気ガスまたはエアが周
辺部へ偏流入することの相乗作用によるものであるとの
知見に基いてなされたもので、上記偏流入を防止するこ
とで、周辺部における燃え残しを大幅に減少せしめるこ
とができる。
【図１】本発明装置における捕集フィルタ端面の電気ヒ
ータの配設態様および電気ヒータの通電回路を示す図で
ある。
ータの配設態様および電気ヒータの通電回路を示す図で
ある。
【図２】本装置における電気ヒータの通電切替タイミン
グを示す図である。
グを示す図である。
【図３】再生時の捕集フィルタ前後差圧の経時変化を示
す図である。
す図である。
【図４】従来の捕集フィルタの再生時におけるエアの流
れを説明する図である。
れを説明する図である。
【図５】捕集フィルタにおける再生時のエア流速と再生
率の関係を示す図である。
率の関係を示す図である。
【図６】従来の微粒子浄化装置を備えたエンジン排気系
の全体図である。
の全体図である。
１ 微粒子捕集フィルタ ２ 電気ヒータ ２Ａ 中心部の電気ヒータ ２Ｂ〜２Ｅ 周辺部の電気ヒータ ３ 通電回路 ４ 通電制御手段 ５ エンジン ６ 排気管 ７ 差圧検出器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−146217（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F01N 3/02 341 F01N 9/00
Claims (1)
- 【請求項１】 エンジンの排気ガス経路に設けられてエ
ンジンの排気ガス中の微粒子を捕集する微粒子捕集フィ
ルタと、微粒子捕集フィルタの排気ガス上流側の端部に
設けられて該フィルタに捕集された微粒子を着火燃焼せ
しめて該フィルタを再生する電気ヒータと、電気ヒータ
に通電する通電回路を備えた排気微粒子浄化装置におい
て、上記電気ヒータを少なくとも微粒子捕集フィルタの
中心部と周辺部とに分割して設け、上記通電回路を上記
中心部と周辺部の電気ヒータに独立して通電可能に形成
し、かつ上記微粒子捕集フィルタ再生初期にはすべての
電気ヒータに通電し、微粒子捕集フィルタの上流側の端
部中心部の微粒子が着火燃焼開始後は周辺部の電気ヒー
タのみに通電を継続するように通電回路を制御する通電
制御手段を具備せしめたことを特徴とする排気微粒子浄
化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3314125A JP3000762B2 (ja) | 1991-10-31 | 1991-10-31 | 排気微粒子浄化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3314125A JP3000762B2 (ja) | 1991-10-31 | 1991-10-31 | 排気微粒子浄化装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05125925A JPH05125925A (ja) | 1993-05-21 |
| JP3000762B2 true JP3000762B2 (ja) | 2000-01-17 |
Family
ID=18049547
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3314125A Expired - Fee Related JP3000762B2 (ja) | 1991-10-31 | 1991-10-31 | 排気微粒子浄化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3000762B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100472548B1 (ko) * | 2001-10-22 | 2005-03-07 | 일진전기 주식회사 | 디젤차량의 배기가스 정화용 전기히터 |
| DE102011009619A1 (de) * | 2011-01-28 | 2012-08-02 | Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh | Verfahren zum Betrieb einer Abgasanlage |
| JP6018646B2 (ja) * | 2012-02-22 | 2016-11-02 | ワトロー エレクトリック マニュファクチャリング カンパニー | ヒータ制御モジュール |
-
1991
- 1991-10-31 JP JP3314125A patent/JP3000762B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05125925A (ja) | 1993-05-21 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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