JP3078942B2 - Exhaust gas treatment device - Google Patents

Exhaust gas treatment device

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JP3078942B2
JP3078942B2 JP05029692A JP2969293A JP3078942B2 JP 3078942 B2 JP3078942 B2 JP 3078942B2 JP 05029692 A JP05029692 A JP 05029692A JP 2969293 A JP2969293 A JP 2969293A JP 3078942 B2 JP3078942 B2 JP 3078942B2
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exhaust gas
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heater
downstream
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Inventor
英男 河村
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株式会社いすゞセラミックス研究所
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exhaust gas treatment device having a filter disposed in a casing incorporated in an exhaust passage for purifying exhaust gas discharged from an engine.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art Diesel engine combustion is based on so-called heterogeneous mixing in which fuel is injected into high-temperature, high-pressure air. Heterogeneous mixing differs from a homogeneous mixture in that air and fuel are not uniformly mixed, so the carbon component in the fuel changes to soot, HC, etc. due to the high-temperature heat of combustion, and they aggregate to form particulates. Released into the air. Smoke is suspended in the atmosphere as fine particles of carbon and particulates having hydrocarbons attached to the periphery thereof, so that pollution of the urban environment progresses and the transparency of the air extremely deteriorates.

【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 3 ・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。
Conventionally, as an exhaust gas processing apparatus for processing exhaust gas of an engine, for example, cordierite (2M
There is disclosed a device for purifying exhaust particulates of a diesel engine in which two sets of filters having a porous honeycomb structure made of gO.2Al 2 O 3 .5SiO 2 ) are arranged in parallel in an exhaust passage. The exhaust gas purifying apparatus of the diesel engine passes the exhaust gas through one of the filters having a honeycomb structure, captures carbon in the exhaust gas with the filter, and removes carbon when the filter is clogged with carbon. Cut off the exhaust gas flow to the filter, switch the exhaust gas flow to another filter, send air from the downstream side of the clogged filter, heat the filter and incinerate the clogged carbon Things. An example of such a device for purifying exhaust particles of a diesel engine is disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open No. 1-144427.

【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。
[0004] Japanese Utility Model Laid-Open Publication No. 1-136617 discloses a particulate filter. In the particulate filter, thin-walled porous elements also serving as heaters made of conductive ceramics are arranged in a plurality of stages, and power can be individually supplied to each of the porous elements and each of the powers can be controlled.

【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。
Japanese Utility Model Laid-Open Publication No. 3-116722 discloses an exhaust gas purifying apparatus for a diesel engine. The exhaust gas purifying apparatus for a diesel engine includes a columnar ceramic filter in which a number of cells extending in a longitudinal direction are formed, and an electric heating member provided on an outer periphery of the filter. , Filled with a powder having good thermal conductivity.

【0006】[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
捕集して焼却するディーゼルパティキュレートフィルタ
(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。
Incidentally, diesel particulate is a composite of carbon and hydrocarbon contained in a diesel engine, and its size is several μm.
To several tens of μm. The particulates easily react with oxygen and burn, but the combustion requires a high temperature, and cannot be completely burned only by the exhaust gas temperature. Therefore, many devices for removing particulates and smoke have been developed in the past, but they all have drawbacks and cannot be put to practical use at present.
In a diesel particulate filter (DPF) that collects and incinerates particulates such as carbon, soot, and HC contained in exhaust gas exhausted from a diesel engine by a filter, that is, in an exhaust gas treatment device, carbon, soot,
Particulates such as HC are collected by a filter, that is, a filter, and when the particulates accumulate on the filter, they are heated by an ignition glow plug or a heater to incinerate particulates such as soot.

【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。
[0007] Further, the conventional automobile has a shortage of electric energy and cannot obtain a sufficient power generation amount.
It is sufficient to use a large-capacity generator for power generation, but with a conventional DC or AC generator, the generator capacity becomes too large.
Mounting on the engine becomes difficult due to space. In an AC machine using a permanent magnet as a rotating body, a brush is not required for the rotor, and the resistance to the rotating body is small, so that the rotating body can be rotated at high speed. Therefore, if a generator with a structure that rotates a generator consisting of permanent magnets with high magnetic force at high speed can be produced, a large amount of power can be obtained, and electric power is constantly supplied to the diesel particulate filter as described above. can do. For example, a large power generation amount can be obtained by providing a turbocharger operated by exhaust gas energy of an engine with a generator made of a permanent magnet having a high magnetic force.

【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。
However, in such a method for burning particulates, the temperature rises excessively due to combustion of soot or the like, and for example, a ceramic filter such as cordierite is broken, cracked, burned out, etc., and the filter is damaged. This is a problem that is not practically preferable.
In particular, even if the filter is made of heat-resistant ceramics, in the case of non-uniform combustion of particulates such as soot deposited on the filter, many high-temperature portions exist locally in the filter,
In many cases, cracks and the like occur in ceramics constituting the filter.

【0009】この発明の目的は,上記の課題を解決する
ことであり,排気ガスを浄化処理するため排気通路に上
流側に気孔の粗いセラミックスから成る上流側フィルタ
を配置し且つ下流側に気孔の細かいセラミックスから成
る下流側フィルタを配置し,上流側フィルタ中に加熱ヒ
ータを設けて加熱し,ガス温度を上昇させ,また下流側
フィルタに上下流に溝を形成して接触面積を大きく構成
し,排気ガス中に含まれるすす等の粒子の大きいパティ
キュレートを上流側フィルタで捕集して焼却し,下流側
で細かい粒子のパティキュレートを下流側の接触面積の
大きい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。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems. An upstream filter made of ceramics having coarse pores is disposed upstream in an exhaust passage for purifying exhaust gas, and pores are disposed downstream. A downstream filter made of fine ceramics is arranged, a heater is provided in the upstream filter to heat it, the gas temperature rises, and a groove is formed in the upstream and downstream of the downstream filter to increase the contact area. The particulate matter containing large particles such as soot contained in the exhaust gas is collected by the upstream filter and incinerated, and the particulate matter small particle on the downstream side is collected by the filter with a large contact area on the downstream side and incinerated. Prevents the presence of particulates in the filter from locally accumulating, and also prevents clogging, so that particulates are always kept in the filter. Incineration to purify exhaust gas gasified, also is to provide an exhaust gas treatment apparatus using the power recovered power to energize the heater in the exhaust gas energy of the engine.

【0010】[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組み込まれたケーシン
グ,該ケーシング内に前記排気ガスの流れの上流側に積
層して配置された気孔の粗い上流側フィルタ,前記上流
側フィルタの下流側に配置された気孔の細かい下流側フ
ィルタ,積層された前記各上流側フィルタを挟んで前記
排気ガスの流れに交差する方向に非接触状態に隔置して
電気的に直列に配置された加熱ヒータ,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,前記上流側フィルタは平板状セラ
ミックスから成り,前記下流側フィルタは前記排気ガス
に対して接触面積を増大させるため平板状セラミックス
の上下流側に多数の溝が形成され,前記加熱ヒータは前
記上流側フィルタ内で前記上流側フィルタに上流側から
下流側へ順次屈曲して互いに電気的に直列に接続して延
びていることから成る排気ガス処理装置に関する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a casing incorporated in an exhaust passage through which exhaust gas from an engine flows, and a casing having coarse pores disposed in the casing on the upstream side of the flow of the exhaust gas. An upstream filter, a downstream filter having fine pores disposed downstream of the upstream filter, and the stacked upstream filters are separated in a non-contact state in a direction intersecting the flow of the exhaust gas. And a power supply means for supplying power to the heater, wherein the upstream filter and the downstream filter are formed of non-conductive porous ceramics, and The downstream filter is made of a flat ceramic, and the downstream filter is provided with a large number of upstream and downstream sides of the flat ceramic to increase the contact area with the exhaust gas. There is formed, the heater is an exhaust gas treatment apparatus consists of extending connected electrically in series to each other are sequentially bent from the upstream side to the downstream side in the upstream side filter in the upstream filter.

【0011】また,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加熱ヒータ,前記上流側フィルタ
及び前記下流側フィルタがそれぞれ配置されている一対
の処理室,及び該各処理室の入口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ものである。
[0011] Further, a pair of processing chambers formed by dividing the inside of the casing into two by a partition plate and in which the heater, the upstream filter and the downstream filter are respectively arranged, and an inlet of each of the processing chambers. And a switching valve having a leak hole through which a small amount of exhaust gas can flow to the processing chamber on the closed side.

【0012】また,前記切換バルブはタイマによって予
め設定した所定期間で切り換えられるものである。
The switching valve is switched at a predetermined period set in advance by a timer.

【0013】また,この排気ガス処理装置は,前記各処
理室の入口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ものである。
The exhaust gas processing apparatus further includes sensors for detecting the exhaust gas pressure at the inlet of each of the processing chambers, and controls the switching time of the switching valve in response to a detection signal from each of the sensors, and controls the switching time of the switching valves. It has a controller for controlling the supply of electric power to the heater.

【0014】また,前記電力供給手段は,前記上流側フ
ィルタと前記下流側フィルタを設けた前記ケーシングの
上流に配置された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
るものである。
Further, the power supply means is constituted by a generator provided in a turbocharger driven by exhaust gas energy of an engine disposed upstream of the casing provided with the upstream filter and the downstream filter. Is what it is.

【0015】また,この排気ガス処理装置は,前記ケー
シングと前記フィルタとの間には断熱材が配置されてい
るものである。
Further, in this exhaust gas treatment device, a heat insulating material is disposed between the casing and the filter.

【0016】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,前記フィルタの上流側ですす等の粒
子の大きいスモーク等のパティキュレートが,その流れ
の途中で通路をジグザグに変える途中で停留し,それら
の粒子を焼却でき,細かい粒子のパティキュレートは溝
の形成によって接触面積が増大した下流側フィルタで捕
集され,上流で高温化したガスの熱によって焼却する。
Since this exhaust gas treatment apparatus is configured as described above, particulates such as smoke having large particles such as soot on the upstream side of the filter cause the passage to change zigzag in the middle of the flow. The particles can be incinerated, and the particles can be incinerated. Particulates of fine particles are collected by a downstream filter having an increased contact area due to the formation of a groove, and are incinerated by the heat of the gas heated to a high temperature upstream.

【0017】しかも,前記下流側フィルタでは温度が相
当に上昇するが,フィルタ自体を分割式に構成している
ので,窒化ケイ素又は炭化ケイ素等の耐熱性に富んだセ
ラミックスで作製すれば,高温強度を向上でき,また,
前記下流側フィルタに前記溝を形成することで,炭化ケ
イ素等のセラミックスでも製作が容易である。従って,
前記加熱ヒータで前記フィルタは常時加熱でき,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,特に上
流側での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。
In addition, the temperature of the downstream filter rises considerably. However, since the filter itself is constructed in a divided manner, if it is made of a ceramic having high heat resistance such as silicon nitride or silicon carbide, it will have a high temperature strength. Can be improved, and
By forming the groove in the downstream filter, it is easy to manufacture even ceramics such as silicon carbide. Therefore,
The filter can be constantly heated by the heater, and the particulates such as carbon, soot, and HC trapped by the filter are immediately incinerated into gas, and the particulates are not excessively deposited in the filter. In particular, clogging of the filter on the upstream side can be prevented, the filter does not have a local high-temperature portion, and the filter does not break due to cracks, cracks, burnout and the like.

【0018】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,導電性接続部材及びフィル
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,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。
In this exhaust gas treatment apparatus, a casing disposed in an exhaust system is divided into two parts by a partition plate to form a pair of processing chambers, and an inlet passage of the processing chamber is formed by a switching valve having a leak hole. Open / close operation, a small amount of exhaust gas flows into the inlet passage on the closed side through a leak hole provided in the switching valve, and a dual type in which a heater, a conductive connection member, and a filter are disposed in each processing chamber. Therefore, by switching the switching valve, one of the processing chambers opens the switching valve to allow a large amount of exhaust gas to flow, while the other processing chamber has a small amount of exhaust gas flowing through the leak hole. The filter, which is in a state where a small amount of exhaust gas flows, is quickly heated to a high temperature by the heater, and the collected particulates such as carbon, soot, and HC are reduced. It is incinerated in fast. While the particulates are incinerated, the switching valve is switched to incinerate the particulates collected by the filter in the other processing chamber. By repeating the switching operation of the switching valve, the filter can always be efficiently purified.

【0019】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。
However, in order to incinerate the particulates trapped in the filter, the temperature of the exhaust gas must be maintained at a high temperature, and the flow rate of the exhaust gas passing through the filter is reduced so that the cooling effect is not generated. In addition, it is effective to increase the heating heat energy in multiple stages to reach the particulate combustion temperature.
For example, when the inside of the casing is not divided into two parts, and when the entire amount of exhaust gas is passed through the filter, the amount of passing exhaust gas becomes too large, heat energy is taken by the exhaust gas, and the temperature of the filter decreases. A phenomenon occurs that the particulates cannot be ascended and the particulates cannot be incinerated.

【0020】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。
Further, since a generator for generating electricity by operating a turbocharger driven by the exhaust gas energy of the engine is used as the electric power supply means, a large amount of electric power is required to supply electricity to the heater. The electric power supplied to the heater is electric power generated by exhaust gas energy using a generator provided in a turbocharger, and the electric power is not insufficient and the collecting function and the incineration function of the filter are not reduced. . Therefore, the heater can always be supplied with electric power, the filter can be constantly heated, particulates such as carbon trapped in the filter can be incinerated immediately, and excess carbon is deposited on the filter. Thus, the filter is not clogged.

【0021】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。
In the exhaust gas treatment apparatus, a controller detects a detection signal of a sensor for detecting an exhaust gas pressure in each of the processing chambers and a sensor for detecting an operation state of the engine, which is arranged on an inlet side of each of the processing chambers. In response to the control of the switching time of the switching valve and the supply of electric power to each of the heaters, the switching time of the switching valve can be given a degree of freedom. The switching valve can be switched in accordance with the particulate collection state, and the filter can always be maintained in an optimal state in which the particulates can be collected, thereby improving the particulate collection efficiency of each filter. be able to.

【0022】[0022]

【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。排気ガス処理装置1は,排気通路2等の排
気系に積層して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非導電性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。上流側フィルタ4Rには,加熱
ヒータ22が上流側フィルタ4Rを挟むように配置さ
れ,加熱ヒータ22が上流側フィルタ4R中に埋め込ま
れた状態に配置されている。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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of an exhaust gas treatment apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic explanatory view showing one embodiment of an exhaust gas treatment apparatus according to the present invention. The exhaust gas processing apparatus 1 includes an upstream filter having a coarse pore structure made of a non-conductive porous ceramic capable of purifying an exhaust gas in a casing 20 stacked and disposed in an exhaust system such as an exhaust passage 2. 4R and a downstream filter 4F (general name of the filter is indicated by reference numeral 4) having a fine pore structure. In the casing 20, the heaters 22 are arranged in a non-contact state with each other in a direction intersecting the flow of the exhaust gas, and are sequentially separated from each other in the flow direction. In the upstream filter 4R, the heater 22 is disposed so as to sandwich the upstream filter 4R, and the heater 22 is disposed so as to be embedded in the upstream filter 4R. The heater 22 is electrically connected in series from the upstream side to the downstream side in the exhaust gas flow direction by the conductive connection member 15. Each connection member 15
May be the heater 22 itself. In this case, the heater 22 is composed of one heater from the upstream side to the downstream side in the flow direction of the exhaust gas, and is bent sequentially from the upstream side to the downstream side as shown in the figure. It will be formed in the state where it was done.
A heat insulating material 19 is disposed between the casing 20 and the filter 4 in order to prevent the heat energy of the exhaust gas from radiating to the outside.

【0023】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することもできるもので
ある。
Further, in order to burn the particulates collected by the filter 4, there is provided an electric power supply means for supplying electric power to the heater 22. The power supply means varies depending on the exhaust system in which the exhaust gas treatment device 1 is used. When the exhaust gas treatment device 1 is applied to stationary equipment, a normal power supply is used, or FIG. A turbocharger 5 having a generator 6 as shown can be used. The turbocharger 5 has a turbine 7 driven by exhaust gas energy at one end and a compressor 8 at the other end of a shaft 11 having one end fixed to the turbine 7 and a permanent magnet having a high magnetic force fixed to the shaft 11. A rotor is formed using magnets 9, and an electromagnetic coil as a stator is arranged on the outer periphery of the rotor to constitute a generator 6. Since the generator 6 does not have a brush or the like and the rotor and the stator are in a non-contact state, the generator 6 can rotate at a high speed with a small friction loss, so that a large power generation amount can be obtained. In this case, the turbocharger 5 does not necessarily need to be provided with the compressor 8 and can be configured as a power generation turbine including only the generator 6.

【0024】特に,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,下流
側フィルタ4Fには排気ガスとの接触面積が大きくなる
ように上下流に溝28が形成されている。即ち,上流側
フィルタ4Rは平板状セラミックスを流れ方向に積層し
て構成することができる。また,下流側フィルタ4F
は,平板状セラミックスの上下流端部を一つ置きに塞ぐ
ことによって,炭化ケイ素等のセラミックスでも容易に
溝28を形成し,表面積を増大することができる。勿
論,溝28は,螺旋状溝,連続又は分離した多数の円形
状溝,或いは連続又は分離した多数の直線状溝でもよ
く,排気ガスとの接触面積が増大するような形状である
ことが好ましい。また,フィルタ4は,ケーシング20
内に多段に配置したブロックで構成し,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く,上流
側フィルタ4Rには加熱ヒータ22が介在或いは埋め込
むように構成することもできる。
In particular, the filter 4 is made of non-conductive porous ceramics, the upstream side of the exhaust gas is constituted by an upstream filter 4R having a coarse pore structure, and the downstream side is formed by a downstream filter 4F having a fine pore structure. The downstream filter 4F is formed with grooves 28 upstream and downstream so as to increase the contact area with the exhaust gas. That is, the upstream filter 4R can be configured by laminating plate-shaped ceramics in the flow direction. The downstream filter 4F
By closing every other upstream and downstream end of the flat ceramics, grooves 28 can be easily formed even with ceramics such as silicon carbide and the surface area can be increased. Of course, the groove 28 may be a spiral groove, a large number of continuous or separated circular grooves, or a large number of continuous or separated linear grooves, and is preferably shaped so as to increase the contact area with the exhaust gas. . Further, the filter 4 is
And the heater 22 may be arranged between the blocks, and the heater 22 may be interposed or embedded in the upstream filter 4R.

【0025】特に,上流側フィルタ4Rは,酸化アルミ
ニウムAl2 3 ,コーディエライト2MgO・2Al
2 3 ・5SiO2 ,チタニアTiO2 等の非導電性の
多孔質セラミックスから作製され,また,下流側フィル
タ4Fは,窒化ケイ素Si34 ,炭化ケイ素SiC等
の耐熱性に富んだ高強度の多孔質セラミックスで作製さ
れ,共に気孔率が実質的に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については,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。
In particular, the upstream filter 4R is made of aluminum oxide Al 2 O 3 , cordierite 2MgO.2Al
It is made of non-conductive porous ceramics such as 2 O 3 · 5 SiO 2 , titania TiO 2 and the like, and the downstream filter 4F is made of silicon nitride Si 3 N 4 , silicon carbide SiC and other high heat resistant high strength. And a porous sintered material having a porosity of substantially 40% to 50% or more can be used. The filter 4 can exhibit sufficient high-temperature strength to incinerate particulates such as carbon, soot, and HC. For example, the filter 4 sufficiently collects undesirable particulates such as carbon contained in exhaust gas of a diesel engine. Can be. Further, as for the filter 4, it is preferable that the porous gap is large without causing clogging.
After impregnating the polyurethane foam with a ceramic slurry or slurry using a polyurethane foam, drying and solidifying the resultant, the resultant is fired to burn out the polyurethane foam to produce a porous ceramic or porous body having a desired size. it can. Alternatively, a slurry is prepared by mixing ceramic raw material powders, and resin particles are added to the slurry, mixed and dried and solidified, and then fired to burn off the resin particles, thereby forming a porous ceramic of a desired size. A porous body can be produced.

【0026】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
ミックスの上流側フィルタ4R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2
2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。
The heaters 22 are arranged in the casing 20 so as to be separated from each other in the longitudinal direction in the flow direction of the exhaust gas so as not to be electrically short-circuited in a non-contact state. It is efficient to supply a current to the heater 22 from the upstream side to the downstream side of the exhaust gas flow to heat the heater 22 at each stage and raise the temperature at each stage of the porous ceramics upstream filter 4R. It is a target. The heater 22 and the connecting member 15 are made of a Ni—Cr heat-resistant metal such as Incoloy. When the heater 22 is made of a heat-resistant Ni-Cr metal, the heater 22 can sufficiently function as a heater by supplying electricity to the heater 22, and the filter 4 can be sufficiently maintained at a high temperature. I can put it. Further, the ends of the heater 22 are electrically connected to each other at the adjacent ends by the conductive connecting member 15, and therefore, the heaters 22 are electrically connected in series. That is, the heater 2 located upstream and downstream
2 are electrically connected to each other by a connecting member 15 at one end and electrically connected to different heaters 22 located at different upstream and downstream sides by another connecting member 15 at the other end, respectively. The heater 22 is configured to be connected in a zigzag manner at both ends by the connecting member 15.

【0027】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。
In the exhaust gas treatment apparatus 1, the inner wall surface of a casing 20 is shielded from heat by a heat insulating material 19 such as alumina fiber, and a plurality of heaters 22 are arranged inside the casing 20 in the longitudinal direction. Therefore, both the filter 4 and the heater 22 have a structure in which heat is shielded from the outside. Further, a temperature sensor may be provided to detect the temperature of the filter 4 in the casing 20. Heater 2
2 is connected to line 1 to supply power from generator 6.
4 through the controller 10.
Further, a blower (reference numeral 24 in FIG. 3) may be provided on the upstream side of the exhaust gas treatment device 1.

【0028】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によって上流側フィルタ
4Rを赤熱しておけば,エンジンの回転が小さく且つ高
負荷の時に生成される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上流側フィルタ4Rで
捕集され,エンジンの回転が大きく且つ高負荷の時に生
成される粒子の小さいパティキュレートは細かい目の下
流側フィルタ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1
0はスイッチを切る制御を行なえばよい。
In the exhaust gas processing apparatus 1, the heater 22
And the heater 22 keeps the upstream filter 4R glowing red, so that carbon, soot, and HC containing large particles generated when the engine rotation is small and the load is high is high.
Are collected by a coarse-grained upstream filter 4R, and particulates generated when the engine rotation is large and the load is high are collected by a fine-grained downstream filter 4F. The curate is immediately incinerated in the filter, becomes a gas such as carbon dioxide gas, is discharged to the outside through the filter 4, and the carbon accumulation phenomenon in the filter 4 does not occur. Therefore, since non-uniform deposition and non-uniform combustion of carbon in the filter 4 do not occur, it is possible to prevent the ceramics constituting the filter 4 from burning, such as cracks and cracks. Further, the deposition of carbon on the filter 4, that is, the filter 4
When carbon is not collected by the controller 1
For 0, control for turning off the switch may be performed.

【0029】フィルタ4R,4Fを構成する多孔質セラ
ミックスとしては,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4F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。そして,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の間に配置された上流
側フィルタ4R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,上流側フィルタ4R,加熱ヒータ22及び下流側フ
ィルタ4F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。
As the porous ceramics constituting the filters 4R and 4F, if the above size is used,
Exhaust gas is exhausted through the pores, but large particulates contained in the exhaust gas can be collected by the upstream filter 4R, and fine particulates can be reliably collected by the downstream filter 4F. . That is, by flowing the exhaust gas from the upstream side of the filter 4, carbon contained in the exhaust gas is collected by the filter 4 and deposited there, but the exhaust gas passes through the heater 22 and the filter 4. The exhaust gas is discharged from the outlet 18 of the exhaust gas treatment device 1 to the outside. The particulates such as carbon, soot, and HC trapped in the filter 4 are supplied to the heater 22.
When electricity is passed through the upstream filter 4R, the upstream filter 4R disposed between the heaters 22 is heated and glows red, so that the carbon is burned there and becomes carbon dioxide gas. The gas passes through the heater 22 and the downstream filter 4F and is discharged from the outlet 18 to the outside.
In addition, the heater 22 is almost always energized by a command from the controller 10, and carbon is always incinerated immediately without excess carbon being deposited in the filter 4, and the filter itself is not overheated locally. Absent.

【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によって発電される。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。
The exhaust gas treatment device 1 has the above-described configuration and can operate as follows. That is, the exhaust gas is exhausted from the turbine 7 of the turbocharger 5,
The exhaust gas is sent to the exhaust gas processing device 1 through the exhaust passage 2. The exhaust gas flows through the turbine 7 of the turbocharger 5 and is generated by the generator 6. Then, an electric current is supplied to the heater 22 according to a command from the controller 10 to heat the filter 4 to cause the filter 4 to glow red. Further, particulates such as carbon, soot, and HC contained in the exhaust gas are collected by the filter 4, and the particulates collected by the filter 4 are immediately incinerated to be gasified and exhausted from the outlet 18. The filter 4 is in a purified state.

【0031】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。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及び下流
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内の上流側フィルタ4R中には加熱ヒータ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おり,下
流側フィルタ4Fは温度が相当に上昇するので,下流側
フィルタ4F中には加熱ヒータを配置する必要がない。
Next, another embodiment of the exhaust gas treatment apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic explanatory view showing another embodiment of the exhaust gas treatment apparatus according to the present invention. In the exhaust gas processing apparatus 1, a casing 20 disposed in an exhaust system such as the exhaust passage 2 is divided into two by a partition plate 16 to form a pair of processing chambers 25 and 26. It is a dual type housing an upstream filter 4R and a downstream filter 4F made of porous ceramics capable of purifying gas. A switching valve 17 is disposed in an inlet passage 27 of each of the processing chambers 25 and 26, and the switching valve 17 is configured to be able to switch between opening and closing such that one of the processing chambers 25 and 26 is opened and the other is closed. ing. The switching valve 17 has a leak hole 21 through which a small amount of exhaust gas can flow into the processing chamber 25 or 26 on the closed side. Further, in the exhaust gas processing apparatus 1, each processing chamber 2
The heater 22 is provided in the upstream filter 4R in each of the heaters 5 and 26.
Are arranged in a non-contact state with each other in a direction intersecting with the flow of the exhaust gas and are sequentially spaced apart from each other in the flow direction. Since the temperature of the downstream filter 4F rises considerably, the heating in the downstream filter 4F occurs There is no need to arrange a heater.

【0032】この実施例では,電力供給手段,粗い目の
フィルタ4R,細かい目のフィルタ4F,加熱ヒータ2
2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。この排気ガス処理装置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。
In this embodiment, the power supply means, coarse filter 4R, fine filter 4F, heater 2
Since 2 and the like are substantially the same as those in the above-described embodiment, the duplicate description will be omitted here. The exhaust gas processing apparatus 1 is provided with pressure sensors 13 for detecting the exhaust gas pressure at the inlet of each of the processing chambers 25 and 26. Controller 10
Can control the switching time of the switching valve 17 in response to the detection signal of the pressure sensor 13 and can control the amount of electric power supplied to each heater 22.

【0033】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によって上流側フィル
タ4R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。
The exhaust gas treatment device 1 has the above-described configuration, and can operate as follows. That is, the exhaust gas is exhausted from the turbine 7 of the turbocharger 5,
The exhaust gas is sent to the exhaust gas processing device 1 through the exhaust passage 2. The generator 6 generates electric power by the exhaust gas flowing through the turbine 7 of the turbocharger 5. In response to a command from the controller 10, an electric current is supplied to the heater 22 to heat the filter 4, and the actuator 12 is operated to close the processing chamber 26 and open the processing chamber 25 by the switching valve 17. . Most of the exhaust gas flows in the processing chamber 25, and particulates such as carbon, soot, and HC contained in the exhaust gas are collected by the filter 4 disposed in the processing chamber 25. On the other hand, a small amount of exhaust gas flows into the processing chamber 26 through the leak hole 21, but since the amount of exhaust gas is small, the upstream filter 4 </ b> R is immediately red-heated by the heater 22. Therefore, the particulates such as carbon, soot, and HC trapped by the filter 4 in the processing chamber 26 are immediately incinerated, turned into gas and exhausted from the outlet 18, and the filter 4 is in a purified state.

【0034】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,その排気ガス圧は圧力センサー13で検
出されているので,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。
Although the temperature of the filter 4 in the processing chamber 25 is increased by the heater 22, it is difficult to raise the temperature because a large amount of exhaust gas flows. Particles are deposited. If particulates accumulate on the filter 4, the flow of exhaust gas is suppressed, and the exhaust gas pressure in the processing chamber 25 increases. The exhaust gas pressure is detected by the pressure sensor 13. 17
Issue a command to switch. When the actuator 12 is operated, the switching valve 17 is switched, the processing chamber 25 is closed, and the processing chamber 26 is opened. Therefore, the same exhaust gas processing as described above proceeds. By repeating such processing, the exhaust gas treatment apparatus 1
Performs a function of collecting particulates such as carbon, soot, and HC in one processing chamber, and a function of incinerating the collected particulates in the other processing chamber, and one filter 4 is always purified. In this state, exhaust gas processing can always be performed well.

【0035】次に,この発明による排気ガス処理装置を
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。即ち,この排気ガス処理装置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
DPF(ディーゼル・パティキュレート・フィルタ)で
あり,特に,ディーゼルエンジン3から放出される排気
ガスが流れる排気通路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。そし
て,排気通路2には,エンジン3から放出される排気ガ
スを浄化する排気ガス処理装置1が組み込まれている。
Next, an embodiment in which the exhaust gas treatment apparatus according to the present invention is mounted on an engine such as a diesel engine will be described.
This will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic explanatory view showing one embodiment of a system for treating exhaust gas of a diesel engine incorporating the exhaust gas treating apparatus according to the present invention. The exhaust gas processing apparatus 1 purifies exhaust gas from a diesel engine applied to a moving body such as an automobile, but is substantially the same as that shown in FIG. I do. That is, the exhaust gas treatment device 1
Is a DPF (Diesel Particulate Filter) incorporated in the exhaust passage 2 of the diesel engine 3, particularly disposed in the exhaust passage 2 through which the exhaust gas discharged from the diesel engine 3 flows, and included in the exhaust gas. The filter 4 collects particulates such as carbon, soot, HC, and the like, and incinerates the collected particulates into a red-heated filter 4 to convert the exhaust gas into a gas. In the diesel engine 3, a turbocharger 5 is connected to an exhaust manifold 23. An exhaust gas treatment device 1 for purifying exhaust gas emitted from the engine 3 is incorporated in the exhaust passage 2.

【0036】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。
As a power supply source in the exhaust gas treatment device 1, a power generator / motor provided in the turbocharger 5 or a battery storing power generated by the power generator / motor can be used. Since the generator / motor provided in the turbocharger 5 has the same structure as the generator 6 described above, the same reference numerals are given and duplicate explanations are omitted, but the generator / motor in this case is It can function as a generator or an electric motor according to the operation state of the engine by a command. In this embodiment, a generator 6 is used among the generators / motors provided in the turbocharger 5 driven by the exhaust gas energy of the diesel engine 3. The generator 6 generates power when the turbine 7 of the turbocharger 5 is driven by exhaust gas energy. To send electric power to the heater 22, a large amount of electric power is required. However, if electric power is generated by the generator 6 including the permanent magnets 9 on the shaft 11 of the turbocharger 5, for example, electric power of 4 to 8 kW is generated. In addition, since this electric power is converted from the exhaust gas energy, there is no power loss and the electric power can be efficiently used for the heater 22.

【0037】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。
In the exhaust gas treatment device 1, the filter 4
If particulates such as carbon, soot, and HC accumulate excessively, the filter 4 is overheated.
In 3, the amount of power supplied to the heater 22 can be controlled while monitoring the exhaust gas pressure in the processing chambers 25 and 26 and, in some cases, monitoring the temperature of the filter 4. That is, the detection signal from the pressure sensor 13 is input to the controller 10, and the controller 10 controls the amount of electric power supplied to the heater 22 in response to the pressure detection signal, and controls the driving of the blower 24 to treat the exhaust gas. Apparatus 1
Can control the amount of air sent to the For example, when the load of the engine is high, the amount of particulates such as carbon contained in the exhaust gas is large, and the temperature of the exhaust gas is also high. In addition, when the engine is operating under a high load, the electric power generated by the generator 6 of the turbocharger 5 becomes large. Therefore, if a part of the electric power is supplied, the particulates collected by the filter 4 are burned. It becomes gas such as carbon dioxide gas and steam.

【0038】[0038]

【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,加熱ヒータに通電して
上流側フィルタを常に赤熱しておけば,排気ガス中に含
まれるカーボン,煤,HC等のパティキュレートは,上
流側で特にエンジンの回転が小さく且つ負荷が大きい時
にできる粒子の大きいものが上流側フィルタで捕集さ
れ,下流側でエンジンの回転が大きく且つ負荷が大きい
時にできる粒子の細かいものが接触面積を増大した下流
側フィルタで確実に捕集され,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。
Since the exhaust gas treatment apparatus according to the present invention is constructed as described above, if the heater is energized to constantly glow the upstream filter, carbon and soot contained in the exhaust gas are reduced. , HC, etc., which are generated on the upstream side when the engine rotation is small and the load is large, are collected by the upstream filter, and are formed on the downstream side when the engine rotation is large and the load is large. Fine particles are reliably collected by the downstream filter having an increased contact area, and the filter is not clogged. Then, the filter is constantly heated by the heater, and the particulates such as carbon collected by the filter are immediately burned, converted into gas such as carbon dioxide gas and steam, and released through the filter. Therefore, there is no excessive accumulation of particulates in the filter, no local high-temperature portion is generated in the filter, and no damage such as cracks and burning occurs in the filter. Reliability and durability can be improved.

【0039】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。
This exhaust gas processing apparatus is divided into two processing chambers by a partition plate, and the flow of exhaust gas to each processing chamber is switched by a switching valve, so that a large amount of exhaust gas flows into one of the processing chambers. , A small amount of exhaust gas is controlled to flow into the other processing chamber. The filter in which a small amount of exhaust gas flows is quickly heated to a high temperature by the heater, and the trapped particulates such as carbon, soot, and HC are promptly incinerated. While the particulates are incinerated, the switching valve is switched to incinerate the particulates collected by the filter in the other processing chamber. By repeating the switching operation of the switching valve, the filter can always be efficiently purified.

【0040】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。
Further, in this exhaust gas treatment apparatus, a generator that generates electric power by operating a turbocharger driven by the exhaust gas energy of the engine can be used as a power supply means. However, the power supplied to the heater is generated by exhaust gas energy using a generator provided in the turbocharger, and the power is insufficient to reduce the filtering function of the filter. There is no loss of engine power. Moreover, since the filter has an electric power that can always supply a current to the heater, the filter is always heated, so that no excessive particulates are deposited on the filter and the filter is clogged. No high-temperature portion is generated locally, and the ceramics of the filter are not burned or damaged.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【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。
FIG. 1 is a schematic explanatory view showing an embodiment of an exhaust gas treatment apparatus according to the present invention.

【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。
FIG. 2 is a schematic explanatory view showing another embodiment of the exhaust gas treatment apparatus according to the present invention.

【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。
FIG. 3 is a schematic explanatory view showing still another embodiment of a system for treating exhaust gas of a diesel engine incorporating the exhaust gas treating apparatus according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 排気ガス処理装置 2 排気通路(排気系) 3 ディーゼルエンジン(エンジン) 4 フィルタ 4F 下流側フィルタ 4R 上流側フィルタ 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 28 溝 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Exhaust gas processing apparatus 2 Exhaust passage (exhaust system) 3 Diesel engine (engine) 4 Filter 4F Downstream filter 4R Upstream filter 5 Turbocharger 6 Generator 10 Controller 12 Actuator 13 Pressure sensor 15 Connection member 16 Partition plate 17 Switching valve DESCRIPTION OF SYMBOLS 19 Insulation material 20 Casing 21 Leak hole 22 Heater 25, 26 Processing chamber 28 Groove

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1−136616(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 Continuation of the front page (56) References JP-A-4-50418 (JP, A) JP-A-56-92318 (JP, A) JP-A-3-286120 (JP, A) JP-A-1-136616 (JP) , U) Japanese Utility Model Application Laid-open No. Sho 59-21012 (JP, U) Japanese Utility Model Application Laid-Open Hei 2-31330 (JP, U) Japanese Utility Model Application Hei 2-31331 (JP, U) Japanese Patent No. 2591260 (JP, B2) Japanese Patent Publication No. Hei 2-47248 JP, B2) Tokiko Hei 2-11287 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) B01D 46/00-46/54 F01N 3/02-3/038

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 エンジンからの排気ガスを流す排気通路
に組み込まれたケーシング,該ケーシング内に前記排気
ガス流れの上流側に積層して配置された気孔の粗い上
流側フィルタ,前記上流側フィルタの下流側に配置さ
気孔の細かい下流側フィルタ,積層された前記各上流
側フィルタを挟んで前記排気ガス流れに交差する方
非接触状態に隔置して電気的に直列に配置された加熱
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,前記上流
側フィルタは平板状セラミックスから成り,前記下流側
フィルタは前記排気ガスに対して接触面積を増大させる
ため平板状セラミックスの上下流側に多数の溝が形成さ
れ,前記加熱ヒータは前記上流側フィルタ内で前記上流
側フィルタに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延びていることから成る排気ガス
処理装置。
An exhaust passage through which exhaust gas from an engine flows.
Casing incorporated in, the exhaust gas flow upstream stacked on have roughness of arranged pores side <br/> downstream filter in the casing, it is disposed on the downstream side of the upstream-side filter
Porosity fine downstream filter, it direction intersecting the flow of the exhaust gas across the stacked each upstream filter
A heater electrically disposed in series with the heater in a non-contact state, and power supply means for supplying power to the heater , wherein the upstream filter and the downstream filter are provided.
Is made of non-conductive porous ceramics,
The side filter is made of flat ceramics,
The filter increases the contact area with the exhaust gas
Therefore, many grooves are formed on the upstream and downstream sides of the flat ceramics.
And the heater is connected to the upstream filter in the upstream filter.
Bend from the upstream side to the downstream side in
An exhaust gas treatment device that is connected in a gaseous series and extends .
【請求項2】 前記ケーシング内を仕切板で二分割して
形成され且つ前記加熱ヒータ,前記上流側フィルタ及び
前記下流側フィルタがそれぞれ配置されている一対の処
理室,及び該各処理室の入口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。
2. A pair of processing chambers formed by dividing the inside of the casing into two parts by a partition plate, wherein the heater, the upstream filter, and the downstream filter are respectively disposed, and an inlet of each of the processing chambers. 2. The exhaust gas processing apparatus according to claim 1, further comprising a switching valve having a leak hole that opens and closes and allows a small amount of exhaust gas to flow into the processing chamber on the closed side.
【請求項3】 前記切換バルブはタイマによって予め設
定し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。
Wherein the switching valve consists of being switched at a predetermined period set in advance by the timer claim 2
An exhaust gas treatment device according to item 1.
【請求項4】 前記各処理室の入口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。
4. A sensor for detecting an exhaust gas pressure at an inlet of each of the processing chambers, and a switching time of the switching valve is controlled in response to a detection signal of each of the sensors, and power is supplied to each of the heaters. Having a controller to control
The exhaust gas treatment device according to claim 2, comprising :
【請求項5】 前記電力供給手段は,前記上流側フィル
タと前記下流側フィルタを設けた前記ケーシングの上流
に配置された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。
Wherein said power supply means, said upstream side fill
Upstream of the casing provided with the filter and the downstream filter.
This is configured with a generator provided in the turbocharger driven by exhaust gas energy of the deployed engine
The exhaust gas treatment device according to claim 1, comprising :
【請求項6】 前記ケーシングと前記フィルタとの間に
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。
6. The exhaust gas treating apparatus according to claim 1 comprising a heat insulating member is disposed between said casing and said filter.
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