JP3078941B2 - 排気ガス処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は，エンジンから排
出される排気ガスを浄化処理するため，排気通路に組み
込まれるケーシング内に配置されたフィルタを有する排
気ガス処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンの燃焼は，高温，高
圧空気中に燃料を噴射する，所謂，ヘトロジニアス混合
によるものである。ヘトロジニアス混合はホモジニアス
混合気と異なって空気と燃料が均一に混合していないの
で，燃料中の炭素成分は，燃焼による高温熱によって
煤，ＨＣ等に変化し，それらが凝集してパテキュレート
となり，空中に放出される。そして，スモークは微粒化
された炭素とその外周に炭化水素が付着したパティキュ
レートとなって大気中に浮遊するので，都市環境の汚染
が進み，空気の透明度が極端に悪化進行する。

【０００３】従来，エンジンの排気ガスを処理する排気
ガス処理装置として，例えば，コーディエライト（２Ｍ
ｇＯ・２Ａｌ₂ Ｏ₃ ・５ＳｉＯ₂ ）により作製された気
孔性のハニカム構造のフィルタを排気通路に並列に２組
配置したディーゼルエンジンの排気微粒子浄化装置が開
示されている。該ディーゼルエンジンの排気微粒子浄化
装置は，排気ガスを一方のハニカム構造のフィルタに通
し，該フィルタで排気ガス中のカーボンを捕集し，その
フィルタにカーボンが堆積して目詰まりした場合に，そ
のフィルタに排気ガスを流すのを遮断し，別のフィルタ
に排気ガスを流すように切り換え，目詰まりしたフィル
タの下流側から空気を送り込み，そのフィルタを加熱し
て目詰まりしているカーボンを焼却するものである。こ
のようなディーゼルエンジンの排気微粒子浄化装置とし
て，例えば，実開平１−１４４４２７号公報に開示され
たものがある。

【０００４】また，実開平１−１３６６１７号公報に
は，パティキュレートフィルタが開示されている。該パ
ティキュレートフィルタは，導電性セラミックスから成
るヒータを兼ねる薄肉ポーラスエレメントを複数段に配
設し，該各ポーラスエレメントに電力を個別に供給可能
且つ該各電力を制御可能に構成したものである。

【０００５】また，実開平３−１１６７２２号公報に
は，ディーゼルエンジンの排ガス浄化装置が開示されて
いる。該ディーゼルエンジンの排ガス浄化装置は，長手
方向に伸びる多数のセルが形成された柱状のセラミック
フィルタと，前記フィルタの外周に設けられた電熱部材
とを有し，前記セルのうち複数のものには，熱伝導性の
良い粉末が充填されているものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで，ディーゼル
パティキュレートはディーゼルエンジンに含まれるカー
ボンと炭化水素の合成物であり，その大きさは，数μｍ
から数十μｍまで分散している。該パティキュレート
は，酸素と反応して容易に燃焼するが，燃焼には高温度
が必要であり，排気ガス温度のみでは完全に燃焼するこ
とができない。そこで，パティキュレート，スモークを
除去する装置は，従来から多く開発されているが，いず
れも欠点が存在し，実用に供し得ないのが現状である。
ディーゼルエンジンから排気される排気ガスに含まれる
カーボン，煤，ＨＣ等のパティキュレートをフィルタで
捕集して焼却するＤＰＦ即ち排気ガス処理装置では，カ
ーボン，煤，ＨＣ等のパティキュレートを濾過体即ちフ
ィルタで捕集し，パティキュレートがフィルタに堆積し
た時，着火用グロープラグ又はヒータによって加熱し，
煤等のパティキュレートを焼却させている。

【０００７】また，従来の自動車では，電気エネルギー
が不足しており，十分な発電量を得ることができない。
発電は大容量の発電機を用いれば良いが，従来の直流又
は交流発電機では，その発電機容量が大きくなり過ぎ，
エンジンへの搭載がスペース上困難となる。永久磁石を
回転体として交流機では，回転子にブラシを必要とせ
ず，回転体に対する抵抗が少ないので，回転体を高速で
回転させることができる。そこで，高い磁力を持った永
久磁石から成る発電機を高速で回転させる構造の発電機
を作製すれば，大きい発電量を得ることができ，上記の
ようなディーゼルパティキュレートフィルタに常時電気
エネルギーを供給することができる。例えば，エンジン
の排気ガスエネルギーで作動するターボチャージャに高
い磁力を持った永久磁石から成る発電機を設けることに
よって大きい発電量を得ることができる。

【０００８】ところが，このようなパティキュレートの
焼却方法では，煤等の燃焼によって温度が上昇し過ぎ
て，例えば，コージィエライト等のセラミックフィルタ
が割れ，クラック，焼損等が発生してフィルタが破損し
てしまう問題があり，実用上好ましくないものである。
特に，フィルタを耐熱性セラミックスで作製しても，フ
ィルタに堆積した煤等のパティキュレートの不均一な燃
焼では，フィルタ中に局部的に高温部分が多く存在し，
フィルタを構成するセラミックスに亀裂等が発生する例
が多いものである。

【０００９】この発明の目的は，上記の課題を解決する
ことであり，エンジンからの排気ガスを浄化処理するた
め排気通路に組み込まれたケーシング内にフィルタを配
置し，フィルタに捕集されたカーボン，煤，ＨＣ等のパ
ティキュレートを加熱焼却するための電気エネルギーを
有効に利用するため，フィルタ中に配置した電気ヒータ
即ち加熱ヒータを積み重ねるように直列に接続し，加熱
ヒータの各段毎に温度を効率的に上昇させて排気ガスを
浄化する排気ガス処理装置であって，非導電性多孔質セ
ラミックスから作製したフィルタを排気ガス流れの上流
側から下流側へ気孔の粗いセラミックスから気孔の細か
いセラミックスを配置し，粒子の大きいパティキュレー
トを上流側フィルタで焼却し，下流になるに従って焼却
されて粒子が細かくなるが，それらの細かい粒子のパテ
ィキュレートを下流側の非導電性多孔質セラミックスの
フィルタで捕集して焼却し，フィルタ内でのパティキュ
レートの存在が局部的に堆積するのを防止すると共に，
目詰まりの発生を防止し，パティキュレートを常にフィ
ルタ内で良好に焼却してガス化して排気ガスを浄化し，
また，加熱ヒータに通電する電力をエンジンの排気ガス
エネルギーで回収した電力を使用する排気ガス処理装置
を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は，エンジンか
らの排気ガスを流す排気通路に配置されたケーシング，
該ケーシング内の上流側に積層状態に配置された気孔の
粗い構造を持つ上流側フィルタ，該上流側フィルタの後
流に積層状態に配置された気孔の細かい構造を持つ下流
側フィルタ，前記上流側フィルタ中に前記排気ガスの流
れに交差する方向に延びる加熱ヒータ，及び前記加熱ヒ
ータに電力を供給する電力供給手段を有し，前記上流側
フィルタと前記下流側フィルタは非導電性多孔質セラミ
ックスから形成され，前記加熱ヒータは互いに非接触状
態に前記上流側フィルタ中に隔置し且つ前記上流側フィ
ルタに接して上流側から下流側へ順次屈曲して互いに電
気的に直列に接続していることから成る排気ガス処理装
置に関する。

【００１１】また，この排気ガス処理装置は，前記ケー
シング内を仕切板で二分割して形成され且つ前記上流側
フィルタ，前記加熱ヒータ及び前記下流側フィルタが配
置されている一対の処理室，並びに該各処理室の入口通
路を開閉し且つ閉鎖側の前記処理室へ少量の排気ガスを
流すことができるリーク孔を備えた切換バルブを有して
いる。また，前記切換バルブはタイマで予め設定された
所定期間で切り換えられる。

【００１２】更に，この排気ガス処理装置は，前記各処
理室の排気ガス圧を検出する各センサー，及び該各セン
サーの検出信号に応答して前記切換バルブの切換時間を
制御すると共に前記各加熱ヒータへの電力の供給を制御
するコントローラを有している。

【００１３】前記電力供給手段は，前記ケーシングの上
流側の前記排気通路に設けられ且つ前記エンジンの排気
ガスエネルギーで駆動されるターボチャージャに設けた
発電機で構成されている。

【００１４】また，この排気ガス処理装置は，前記ケー
シングと前記上流側フィルタ及び前記下流側フィルタと
の間には断熱材が配置されている。

【００１５】この排気ガス処理装置は，上記のように構
成されているので，前記上流側フィルタですす，スモー
ク等の粒子の大きいパティキュレートを焼却できると共
に，後流へＯ₂ を通過させて下流側での燃焼を促進で
き，ＨＣ等の細かい粒子のパティキュレートは下流側フ
ィルタで焼却できる。従って，前記加熱ヒータで前記上
流側フィルタを常時又は間歇的に加熱でき，前記フィル
タで捕集されるカーボン，煤，ＨＣ等のパティキュレー
トを直ちに焼却してガスにし，前記フィルタ内にはパテ
ィキュレートが過剰に堆積することがなく，前記各フィ
ルタの目詰まりの発生を防止でき，前記フィルタには局
部的な高温部分が発生せず，前記フィルタが亀裂，クラ
ック，焼損等で破損することがない。

【００１６】また，この排気ガス処理装置は，排気系に
配置したケーシング内を仕切板で二分割して一対の処理
室を作製し，該処理室の入口通路をリーク孔を備えた切
換バルブで開閉作動し，該切換バルブに設けたリーク孔
を通じて閉鎖側の前記入口通路に少量の排気ガスを流
し，各処理室に加熱ヒータ，上流側フィルタ及び下流側
フィルタを配置したデュアルタイプに構成されているの
で，前記切換バルブを切り換えることによって，一方の
前記処理室は前記切換バルブが開放して多量の排気ガス
が流れるが，他方の前記処理室には前記リーク孔を通じ
て少量の排気ガスが流れている状態であり，少量の排気
ガスが流れている方の前記フィルタは前記加熱ヒータに
よって迅速に高温になり，捕集されたカーボン，煤，Ｈ
Ｃ等のパティキュレートは迅速に焼却処理される。パテ
ィキュレートが焼却処理された状態で，前記切換バルブ
を切り換えて他方の前記処理室の前記各フィルタに捕集
されたパティキュレートを焼却処理する。このような前
記切換バルブの切換作動を繰り返して，前記各フィルタ
を効率的に常に浄化することができる。

【００１７】しかるに，フィルタに捕集されたパティキ
ュレートを焼却するためには，排気ガスの温度を高い温
度に保持すること，フィルタを通過する排気ガスの通過
流速を小さくして冷却効果を発生させないこと，加熱の
熱エネルギーは多段的に上昇させてパティキュレートの
燃焼温度に到達するように構成することが有効である。
例えば，前記ケーシング内を二分割しない場合に，フィ
ルタに排気ガスの全量を流した場合には，通過排気ガス
量が多量になり過ぎて，熱エネルギーが排気ガスに奪わ
れ，前記フィルタの温度が上昇できず，パティキュレー
トを焼却できないという現象が発生する。

【００１８】また，電力供給手段として，エンジンの排
気ガスエネルギーで駆動されるターボチャージャの作動
によって発電する発電機を利用したので，前記加熱ヒー
タに通電するため多量の電力が必要であるが，前記加熱
ヒータに供給される電力はターボチャージャに設けた発
電機を使用し，排気ガスエネルギーで発電される電力で
あり，電力が不足して前記フィルタの捕集機能及び焼却
機能を低下させることがない。従って，前記加熱ヒータ
には常時電力を供給でき，前記フィルタを常時加熱して
おくことができ，前記フィルタに捕集されるカーボン等
のパティキュレートは直ちに焼却でき，前記フィルタに
過剰なカーボンが堆積して，前記フィルタが目詰まりす
ることがない。

【００１９】また，この排気ガス処理装置は，コントロ
ーラによって，前記各処理室の入口側に配置された前記
各処理室内の排気ガス圧を検出するセンサー及びエンジ
ンの作動状態を検出するセンサーの検出信号に応答して
前記切換バルブの切換時間を制御すると共に前記各加熱
ヒータへの電力の供給を制御するので，前記切換バルブ
の切換時間に自由度を持たせることができ，前記処理室
内の前記フィルタのパティキュレートの捕集状態に応じ
て前記切換バルブを切り換えることができ，前記フィル
タを常にパティキュレートを捕集できる最適状態に維持
することができ，前記各フィルタによるパティキュレー
トの捕集効率を高めることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下，図面を参照して，この発明
による排気ガス処理装置の実施例を説明する。図１はこ
の発明による排気ガス処理装置の一実施例を示す概略説
明図である。この発明による排気ガス処理装置１は，排
気通路２等の排気系に配置されたケーシング２０内に排
気ガスを浄化することができる多孔質セラミックスから
作製した気孔の粗い構造の上流側フィルタ４Ｒと気孔の
細かい構造の下流側フィルタ４Ｆ（フィルタの総称は，
符号４で示す）を収容したものである。ケーシング２０
内には加熱ヒータ２２が排気ガスの流れに交差する方向
に互いに非接触状態に流れ方向に順次隔置状態にそれぞ
れ配置されている。フィルタ４は，加熱ヒータ２２の間
を埋めるように配置されている。加熱ヒータ２２は，導
電性接続部材１５によって排気ガス流れ方向に上流側か
ら下流側へ電気的に直列に接続されている。各接続部材
１５は加熱ヒータ２２そのものでもよく，その場合に
は，加熱ヒータ２２は排気ガスの流れ方向に上流側から
下流側へ１本のヒータで構成され，図示のように，上流
側から下流側へ順次屈曲された状態に形成されることに
なる。また，ケーシング２０とフィルタ４との間には，
排気ガスの熱エネルギーが外部に放熱することを防止す
るため，断熱材１９が配置されている。

【００２１】また，フィルタ４で捕集されるパティキュ
レートを燃焼させるため，加熱ヒータ２２に通電する電
力を供給する電力供給手段を有している。電力供給手段
は，排気ガス処理装置１が使用される排気系によって異
なるが，排気ガス処理装置１が定置の設備に適用される
場合には，通常の電源を利用するか，又は，図１に示す
ような発電機６を持つターボチャージャ５を利用するこ
とができる。ターボチャージャ５は，一端に排気ガスエ
ネルギーで駆動されるタービン７及びタービン７に一端
を固定したシャフト１１の他端にコンプレッサ８を有し
ていると共に，シャフト１１に固定した高い磁力を持っ
た永久磁石９を用いてロータを形成し，該ロータの外周
にステータとしての電磁コイルを配置して発電機６を構
成したものである。発電機６は，ブラシ等を有しておら
ず，ロータとステータとが非接触状態であるので，摩擦
損失が少なく高回転できるので，大きい発電量を得るこ
とができる。この場合には，ターボチャージャ５は，必
ずしもコンプレッサ８を設ける必要は無く，発電機６の
みを備えた発電タービンに構成できる。

【００２２】また，フィルタ４は，非導電性の多孔質セ
ラミックスから作製され，排気ガスの上流側が気孔の粗
い構造の上流側フィルタ４Ｒで構成され，下流側が気孔
の細かい構造の下流側フィルタ４Ｆから構成されてい
る。また，フィルタ４は，ケーシング２０内に多段に配
置した平板状のブロックで構成し，各ブロック間に加熱
ヒータ２２を配置するように構成してもよいが，１つの
ブロックに加熱ヒータ２２を埋め込むように構成するこ
ともできる。フィルタ４は，多孔質セラミックスから作
製され，例えば，酸化アルミニウムＡｌ₂ Ｏ₃ ，チタン
酸アルミニウムＡｌ₂ ＴｉＯ₅ ，窒化ケイ素Ｓｉ
₃ Ｎ₄ ，炭化ケイ素ＳｉＣから選ばれるセラミックスで
あり，気孔率が実質的に４０％〜５０％以上である気孔
質焼結材を使用することができる。フィルタ４は，カー
ボン，煤，ＨＣ等のパティキュレートを焼却するには十
分な高温強度を発揮でき，例えば，ディーゼルエンジン
の排気ガスに含まれる好ましくないカーボン等のパティ
キュレートを十分に捕集することができる。また，フィ
ルタ４は，多孔質の隙間は大きい方が目詰まりが発生せ
ず好ましいが，その作製方法は，例えば，ポリウレタン
フォームを用いて該ポリウレタンフォームにセラミック
泥漿即ちスラリーを含浸させ，乾燥固化した後，これを
焼成してポリウレタンフォームを焼失することによって
所望のサイズの多孔質のセラミックス即ち多孔体を作製
することができる。或いは，セラミックスの原料粉末を
混合してスラリーを作製し，該スラリーに樹脂粒子を添
加混合して乾燥固化した後，これを焼成して樹脂粒子を
焼失させ，所望のサイズの多孔質のセラミックス即ち多
孔体を作製することができる。

【００２３】加熱ヒータ２２は，ケーシング２０内に排
気ガスの流れ方向に長手方向に互いに隔置して非接触状
態で電気的に短絡しないように配置されている。加熱ヒ
ータ２２には，排気ガス流れの上流側から下流側へ電流
を流し，加熱ヒータ２２の各段毎に加熱して多孔質セラ
ミックスのフィルタ４の各段毎に温度上昇させることが
効率的である。また，加熱ヒータ２２及び接続部材１５
は，インコロイ等のＮｉ−Ｃｒ系の耐熱金属で作製され
ている。また，加熱ヒータ２２をＮｉ−Ｃｒ系の耐熱金
属で作製すると，加熱ヒータ２２に電気を流すことによ
ってヒータとしての機能を十分に果たすことができると
共に，フィルタ４を高温状態に十分に維持しておくこと
ができる。更に，加熱ヒータ２２の端部は，隣接する端
部同志が導電性の接続部材１５によって電気的に結線さ
れ，従って，加熱ヒータ２２は電気的に直列に接続され
ている。即ち，上下流に位置する加熱ヒータ２２は，一
端部では接続部材１５によって互いに電気的に結線さ
れ，他端部では別の接続部材１５によってそれぞれ別の
上下流に位置する加熱ヒータ２２に互いに電気的に結線
されており，あたかも加熱ヒータ２２は接続部材１５に
よって両端部で千鳥掛けに結線されている状態に構成さ
れている。

【００２４】排気ガス処理装置１は，ケーシング２０の
内壁面がアルミナファイバー等の断熱材１９で遮熱され
ており，その内部に加熱ヒータ２２が長手方向に多数隔
置して配置されている。従って，フィルタ４及び加熱ヒ
ータ２２は共に外部に対して遮熱された構造である。ま
た，ケーシング２０内のフィルタ４の温度を検出するた
め，温度センサーを設けることもできる。加熱ヒータ２
２には，発電機６からの電力を供給するため，ライン１
４によってコントローラ１０を通じて結線されている。
また，排気ガス処理装置１の上流側に送風装置（図３の
符号２４）を設けることもできる。

【００２５】排気ガス処理装置１では，加熱ヒータ２２
を常時通電し，加熱ヒータ２２によってフィルタ４を赤
熱しておけば，粒子の大きいカーボン，煤，ＨＣ等のパ
ティキュレートは粗い目のフィルタ４Ｒで捕集され，粒
子の小さいパティキュレートは細かい目のフィルタ４Ｆ
で捕集され，それらのパティキュレートはフィルタ内で
直ちに焼却され，炭酸ガス等の気体になってフィルタ４
を通過して外部に放出され，フィルタ４内へのカーボン
の堆積現象は発生しない。従って，フィルタ４内でのカ
ーボンの不均一な堆積及び不均一な燃焼は発生しないの
で，フィルタ４を構成するセラミックスに亀裂，クラッ
ク等の焼損の発生を防止できる。また，フィルタ４への
カーボンの堆積，即ち，フィルタ４によってカーボンが
捕集されない時は，コントローラ１０はスイッチを切る
制御を行なえばよい。

【００２６】フィルタ４Ｒ，４Ｆを構成する多孔質セラ
ミックスは，上記のサイズのものを使用すれば，排気ガ
スはその細孔を通って排気されるが，その排気ガスに含
まれる大きいパティキュレートは上流側フィルタ４Ｒで
捕集され，細かいパティキュレートは下流側フィルタ４
Ｆで確実に捕集することができる。即ち，フィルタ４の
上流側から排気ガスを流すことによって，排気ガスに含
まれているカーボンはフィルタ４に捕集され，そこに堆
積するが，排気ガスは加熱ヒータ２２及びフィルタ４を
通過し，排気ガス処理装置１の出口１８から外部へ放出
される。フィルタ４に捕集されたカーボン，煤，ＨＣ等
のパティキュレートは，加熱ヒータ２２に電気を通す
と，加熱ヒータ２２の間に配置されたフィルタ４は加熱
されて赤熱するので，カーボンはそこで燃焼して炭酸ガ
スとなり，該炭酸ガスは，同様に，フィルタ４及び加熱
ヒータ２２を通過して出口１８から外部へ放出される。
しかも，加熱ヒータ２２は，コントローラ１０の指令で
ほとんど常時通電され，カーボンは常に直ちに焼却さ
れ，過剰なカーボンがフィルタ４内に堆積されることが
なく，フィルタ自体が局部的に過熱されることはない。

【００２７】排気ガス処理装置１は，上記のような構成
であり，次のように作動することができる。即ち，排気
ガスがターボチャージャ５のタービン７から排気され，
排気通路２を通じて排気ガス処理装置１に送り込まれ
る。排気ガスがターボチャージャ５のタービン７を流れ
ることによって，発電機６によって発電される。コント
ローラ１０の指令で加熱ヒータ２２に電流を流してフィ
ルタ４を加熱して赤熱させる。また，フィルタ４で排気
ガスに含まれているカーボン，煤，ＨＣ等のパティキュ
レートは捕集され，フィルタ４で捕集されたパティキュ
レートは直ちに焼却され，ガスとなって出口１８から排
気され，フィルタ４は浄化された状態になる。

【００２８】次に，図２を参照して，この発明による排
気ガス処理装置の別の実施例を説明する。図２はこの発
明による排気ガス処理装置の別の実施例を示す概略説明
図である。この排気ガス処理装置１は，排気通路２等の
排気系に配置されたケーシング２０内を仕切板１６で二
分割して一対の処理室２５，２６を形成し，それぞれの
処理室２５，２６に排気ガスを浄化することができる多
孔質セラミックスから作製した上流側フィルタ４Ｒと下
流側フィルタ４Ｆを収容したデュアルタイプのものであ
る。各処理室２５，２６の入口通路２７には切換バルブ
１７が配置され，切換バルブ１７は処理室２５，２６の
一方を開放し且つ他方を閉鎖するように開閉を切り換え
ることができるように構成されている。また，切換バル
ブ１７には，閉鎖側の処理室２５又は２６に少量の排気
ガスを流すことができるリーク孔２１が形成されてい
る。更に，排気ガス処理装置１において，各処理室２
５，２６内の少なくとも上流側フィルタ４Ｒ中に加熱ヒ
ータ２２が排気ガスの流れに交差する方向に互いに非接
触状態に流れ方向に順次隔置状態にそれぞれ配置されて
いる。

【００２９】この実施例では，電力供給手段，粗い目の
上流側フィルタ４Ｒ，細かい目の下流側フィルタ４Ｆ，
加熱ヒータ２２等は上記実施例と実質的には同一である
ので，ここでは重複する説明は省略する。排気ガス処理
装置１には，各処理室２５，２６の入口排気ガス圧を検
出する各圧力センサー１３が設けられている。コントロ
ーラ１０は，圧力センサー１３の検出信号に応答して切
換バルブ１７の切換時間を制御すると共に各加熱ヒータ
２２への電力の供給量を制御することができる。或い
は，タイマで予め設定した所定期間で切換バルブ１７を
切り換える制御を行うこともでき，例えば，２０〜３０
分間で切り換えるように設定しておけば，装置自体を簡
単に構成することができる。

【００３０】排気ガス処理装置１は，上記のような構成
であり，次のように作動することができる。即ち，排気
ガスがターボチャージャ５のタービン７から排気され，
排気通路２を通じて排気ガス処理装置１に送り込まれ
る。排気ガスがターボチャージャ５のタービン７を流れ
ることによって発電機６は発電する。そして，コントロ
ーラ１０の指令で加熱ヒータ２２に電流を流してフィル
タ４を加熱すると共に，アクチュエータ１２を作動して
切換バルブ１７によって，例えば，処理室２６側を閉鎖
し，処理室２５側を開放する。排気ガスの殆どが処理室
２５側を流れ，処理室２５内に配置されたフィルタ４で
排気ガスに含まれているカーボン，煤，ＨＣ等のパティ
キュレートは捕集される。一方，処理室２６にはリーク
孔２１を通じて排気ガスが少量流れているが，排気ガス
は少量であるので加熱ヒータ２２によってフィルタ４は
直ちに赤熱される。それ故に，処理室２６内のフィルタ
４で捕集されたカーボン，煤，ＨＣ等のパティキュレー
トは直ちに焼却され，ガスとなって出口１８から排気さ
れ，フィルタ４は浄化された状態になる。

【００３１】処理室２５内のフィルタ４は，加熱ヒータ
２２によって温度上昇しているが，大量の排気ガスが流
れるので，高温になることが困難であり，フィルタ４に
はカーボン，煤，ＨＣ等のパティキュレートが堆積する
状態となる。フィルタ４にパティキュレートが堆積すれ
ば，排気ガスの流れが抑制され，処理室２５内の排気ガ
ス圧が上昇し，タイマ又は圧力センサー１３で検出され
た所定の排気ガス圧に応答して，コントローラ１０は切
換バルブ１７を切り換える指令を発する。アクチュエー
タ１２が作動して切換バルブ１７が切り換えられ，処理
室２５は閉鎖されると共に，処理室２６が開放される。
そこで，上記と同様の排気ガス処理が進行することにな
る。このような処理を繰り返すことによって，排気ガス
処理装置１は，一方の処理室ではカーボン，煤，ＨＣ等
のパティキュレートを捕集する作用を果たし，他方の処
理室では捕集されたパティキュレートを焼却する作用を
果たし，常に一方のフィルタ４は浄化された状態にあ
り，排気ガス処理を常に良好に行うことができる。

【００３２】次に，この発明による排気ガス処理装置１
をディーゼルエンジン等のエンジンに搭載した実施例
を，図３を参照して説明する。図３はこの発明による排
気ガス処理装置を組み込んだディーゼルエンジンの排気
ガス処理のシステムの一実施例を示す概略説明図であ
る。排気ガス処理装置１は，自動車等の移動体に適用さ
れるディーゼルエンジンからの排気ガスを浄化するもの
であるが，実質的には図２に示すものと同一であるの
で，重複する説明は省略する。排気ガス処理装置１は，
ディーゼルエンジン３の排気通路２に組み込まれたディ
ーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）であり，特
に，ディーゼルエンジン３から放出される排気ガスを流
す排気通路２中に配置され，排気ガスに含まれるカーボ
ン，煤，ＨＣ等のパティキュレートをフィルタ４で捕集
し，捕集されたパティキュレートを赤熱したフィルタ４
内で焼却してガスにし，排気ガスを浄化するものであ
る。ディーゼルエンジン３には，ターボチャージャ５が
排気マニホルド２３に接続されている。排気ガス処理装
置１は，エンジン３から放出される排気ガスを浄化する
ため，排気通路２に組み込まれている。

【００３３】排気ガス処理装置１における電力供給源と
しては，ターボチャージャ５に設けた発電・電動機或い
は発電・電動機で発電した電力を蓄電したバッテリーを
使用することができる。ターボチャージャ５に設けた発
電・電動機は，上記の発電機６と構造は同一であるの
で，同一の符号を付して重複する説明は省略するが，こ
の場合の発電・電動機は，コントローラ１０の指令でエ
ンジンの作動状態に応じて発電機又は電動機として機能
することができるものである。この実施例では，ディー
ゼルエンジン３の排気ガスエネルギーで駆動されるター
ボチャージャ５に設けている発電・電動機のうち発電機
６を利用している。発電機６は，ターボチャージャ５の
タービン７が排気ガスエネルギーによって駆動されるこ
とによって発電するものである。加熱ヒータ２２に電力
を送るためには，多量の電力が必要であるが，ターボチ
ャージャ５のシャフト１１上に永久磁石９から成る発電
機６で発電すれば，例えば，４〜８ｋｗの電力が発生
し，しかも，この電力は排気ガスエネルギーから変換さ
れたものであるので，動力の損失はなく，効率良く加熱
ヒータ２２に利用できる。

【００３４】排気ガス処理装置１において，フィルタ４
に過剰にカーボン，煤，ＨＣ等のパティキュレートが堆
積すると，フィルタ４が過熱するので，圧力センサー１
３で処理室２５，２６内の排気ガス圧を監視すると共
に，場合によっては，フィルタ４の温度を監視しなが
ら，加熱ヒータ２２へ電力供給量を制御することができ
る。即ち，圧力センサー１３からの検出信号はコントロ
ーラ１０に入力され，コントローラ１０は圧力検出信号
に応答して加熱ヒータ２２へ電力供給量を制御すると共
に，送風装置２４の駆動を制御して排気ガス処理装置１
に送り込む空気量を制御することができる。例えば，エ
ンジンの負荷の高い時は，排気ガス中に含まれるカーボ
ン等のパティキュレートの量も多く，排気ガスの温度も
高くなる。また，エンジンの高負荷の作動状態では，タ
ーボチャージャ５の発電機６が発電する電力も大きくな
るので，その電力の一部を供給すれば，フィルタ４に捕
集されたパティキュレートは燃焼して炭酸ガス，蒸気等
のガスになる。

【００３５】

【発明の効果】この発明による排気ガス処理装置は，上
記のように構成されているので，上流側フィルタ中に配
置した加熱ヒータに通電して各フィルタを赤熱しておけ
ば，フィルタで捕集されたカーボン，煤，ＨＣ等のパテ
ィキュレートは，上流側で粒子の大きいものが捕集さ
れ，下流側で粒子の細かいものが確実に捕集され，フィ
ルタに目詰まりが発生することがない。そして，前記加
熱ヒータによって前記フィルタは常時又は間歇的に加熱
され，前記フィルタで捕集されたカーボン等のパティキ
ュレートは直ちに燃焼し，炭酸ガス，蒸気等のガスにな
ってフィルタを通過して放出される。従って，前記フィ
ルタ内にはパティキュレートが過剰に堆積することがな
く，前記フィルタには局部的な高温部分が発生せず，前
記フィルタは亀裂，焼損等の破損が発生することがな
く，前記フィルタの信頼性，耐久性を向上できる。

【００３６】また，この排気ガス処理装置は，仕切板で
２つの処理室に分割され，各処理室への排気ガスの流れ
を切換バルブで切り換えて，一方の処理室に多量の排気
ガスを流し，他方の処理室に少量の排気ガスを流すよう
に制御される。少量の排気ガスが流れている方のフィル
タは加熱ヒータによって迅速に高温になり，捕集された
カーボン，煤，ＨＣ等のパティキュレートは迅速に焼却
処理される。パティキュレートが焼却処理された状態
で，前記切換バルブを切り換えて他方の前記処理室の前
記フィルタに捕集されたパティキュレートを焼却処理す
る。このような前記切換バルブの切換作動を繰り返し
て，前記フィルタを効率的に常に浄化することができ
る。

【００３７】また，この排気ガス処理装置において，電
力供給手段として，エンジンの排気ガスエネルギーで駆
動されるターボチャージャの作動によって発電する発電
機を利用できるので，前記加熱ヒータに通電するため多
量の電力が必要であるが，前記加熱ヒータに供給される
電力はターボチャージャに設けた発電機を使用し，排気
ガスエネルギーで発電される電力であり，電力が不足し
てフィルタの濾過機能を低下させることがなく，エンジ
ンの動力損失になることはない。しかも，前記加熱ヒー
タに常時電流を流すことができる電力を有しているの
で，前記フィルタは常時加熱されており，前記フィルタ
に過剰なパティキュレートが堆積されることがなく，前
記フィルタが目詰まりすることがなく，局部的に高温部
が発生することもなく，前記フィルタのセラミックスが
焼損，破損することがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による排気ガス処理装置の一実施例を
示す概略説明図である。

【図２】この発明による排気ガス処理装置の別の実施例
を示す概略説明図である。

【図３】この発明による排気ガス処理装置を組み込んだ
ディーゼルエンジンの排気ガス処理のシステムの更に別
の実施例を示す概略説明図である。

【符号の説明】

１ 排気ガス処理装置 ２ 排気通路 ３ ディーゼルエンジン（エンジン） ４ フィルタ ４Ｆ 上流側フィルタ ４Ｒ 下流側フィルタ ５ ターボチャージャ ６ 発電機 １０ コントローラ １２ アクチュエータ １３ 圧力センサー １５ 接続部材 １６ 仕切板 １７ 切換バルブ １９ 断熱材 ２０ ケーシング ２１ リーク孔 ２２ 加熱ヒータ ２５，２６ 処理室

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−50418（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−92318（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−286120（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−31328（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−21012（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−31330（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−31331（ＪＰ，Ｕ) 特許2591260（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平２−47248（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平２−11287（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01D 46/00 - 46/54 F01N 3/02 - 3/038

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンからの排気ガスを流す排気通路
   に配置されたケーシング，該ケーシング内の上流側に積
   層状態に配置された気孔の粗い構造を持つ上流側フィル
   タ，該上流側フィルタの後流に積層状態に配置された気
   孔の細かい構造を持つ下流側フィルタ，前記上流側フィ
   ルタ中に前記排気ガスの流れに交差する方向に延びる加
   熱ヒータ，及び前記加熱ヒータに電力を供給する電力供
   給手段を有し，前記上流側フィルタと前記下流側フィル
   タは非導電性多孔質セラミックスから形成され，前記加
   熱ヒータは互いに非接触状態に前記上流側フィルタ中に
   隔置し且つ前記上流側フィルタに接して上流側から下流
   側へ順次屈曲して互いに電気的に直列に接続しているこ
   とから成る排気ガス処理装置。
2. 【請求項２】 前記ケーシング内を仕切板で二分割して
   形成され且つ前記上流側フィルタ，前記加熱ヒータ及び
   前記下流側フィルタが配置されている一対の処理室，並
   びに該各処理室の入口通路を開閉し且つ閉鎖側の前記処
   理室へ少量の排気ガスを流すことができるリーク孔を備
   えた切換バルブを有していることから成る請求項１に記
   載の排気ガス処理装置。
3. 【請求項３】 前記切換バルブはタイマで予め設定され
   た所定期間で切り換えられることから成る請求項２に記
   載の排気ガス処理装置。
4. 【請求項４】 前記各処理室の排気ガス圧を検出する各
   センサー，及び該各センサーの検出信号に応答して前記
   切換バルブの切換時間を制御すると共に前記各加熱ヒー
   タへの電力の供給を制御するコントローラを有すること
   から成る請求項２に記載の排気ガス処理装置。
5. 【請求項５】 前記電力供給手段は，前記ケーシングの
   上流側の前記排気通路に設けられ且つ前記エンジンの排
   気ガスエネルギーで駆動されるターボチャージャに設け
   た発電機で構成されていることから成る請求項１に記載
   の排気ガス処理装置。
6. 【請求項６】 前記ケーシングと前記上流側フィルタ及
   び前記下流側フィルタとの間には断熱材が配置されてい
   ることから成る請求項１に記載の排気ガス処理装置。