JP3254860B2

JP3254860B2 - 排気ガス処理装置

Info

Publication number: JP3254860B2
Application number: JP29396193A
Authority: JP
Inventors: 隆元鈴木; 敏章坂口
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1993-10-30
Filing date: 1993-10-30
Publication date: 2002-02-12
Anticipated expiration: 2017-02-12
Also published as: JPH07127430A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ディーゼルエンジン
から排出される排気ガスを浄化処理するため、排気系に
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、外部に放出される。従来、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Ｄ
ＰＦ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。

【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・２Ａｌ₂Ｏ₃・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。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。また、実開平１−１３
４７１５号公報には、単一のフィルタによってディーゼ
ルエンジンより排出されるパティキュレートを捕集する
ディーゼルパティキュレートフィルタが開示されている

【０００４】また、実開平１−１０８３１６号公報に
は、内燃機関の排気微粒子処理装置が開示されている。
該内燃機関の排気微粒子処理装置は、排気通路を２つの
分岐排気通路に分岐し、一方の分岐排気通路に多孔型ト
ラップを配置し、他方の分岐排気通路に格子型トラップ
を配置し、排気温度及び機関運転状態を検出する排気温
度検出手段と、機関負荷を検出する機関負荷検出手段
と、検出された排気温度が所定値以上で且つ機関負荷が
所定値以上のときに排気を前記格子型トラップに流通さ
せ、それ以外のとき排気を前記多孔型トラップに流通さ
せるように、前記分岐排気通路を開閉する弁装置と、を
有するものである。

【０００５】

【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、例えば、５μｍ〜１００μｍの範囲まで
分布している。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。

【０００６】ところが、パティキュレートの粒径分布状
態は、排気ガス温度に関係している。従来の単一気孔径
のフィルタでは、排気ガス温度に関係なく、高効率の捕
集を達成するため、フィルタの気孔径を微細化する必要
があった。単一気孔径のフィルタでは、１００μｍの粒
径のパティキュレートを、５μｍのパティキュレートを
捕集するための気孔径を有するフィルタで捕集しなけれ
ばならず、結果的に、例えば、図２で点線で示すよう
に、フィルタの作動の経過時間において、フィルタの排
気圧力が早期に上昇し、パティキュレートの良好な捕集
を持続できないという問題があった。

【０００７】また、前掲実開平１−１０８３１６号公報
に開示された内燃機関の排気微粒子処理装置は、排気通
路に軽石状の多孔型トラップとハニカム状の格子型トラ
ップとを配置したものであり、フィルタの気孔径の大小
を問題にしているものではなく、また、排気ガス温度に
応じていずれかのトラップを選定しているが、２つの触
媒付きセラミックフィルタのパティキュレートの燃焼開
始温度が異なることにより温度による選定制御を行って
いるものであり、パティキュレートの燃焼処理をしてト
ラップの溶損を防止するのであり、フィルタに対する捕
集時間を延長することを目的としたものではない。

【０００８】そこで、この発明の目的は、上記の課題を
解決することであり、ディーゼルエンジンから排出され
る排気ガス温度即ちエンジン燃焼状態によってパティキ
ュレートの粒径が異なる点に着目し、排気ガスを浄化処
理するため排気系に組み込まれるケーシング内に気孔径
が互いに異なった複数個のフィルタを幅方向に並列に配
置し、生成されるパティキュレートの粒径を排気ガス温
度を測定することにより感知し、排気ガス温度に対応す
るパティキュレートの粒径を予め予測したマップをコン
トローラに蓄積しておき、パティキュレートの形態即ち
パティキュレート粒径に対して最適の気孔径のフィルタ
を選定し、その選定されたフィルタにのみ排気ガスを流
してパティキュレートを捕集し、フィルタの捕集時間を
延長させることができる排気ガス処理装置を提供するこ
とである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するため、次のように構成されている。即ち、こ
の発明は、排気ガス中のパティキュレートを捕集するた
め排気系におけるケーシング内に幅方向に並列に配置さ
れた気孔径が互いに異なった複数のフィルタ、前記各フ
ィルタに排気ガスをそれぞれに流すため少なくとも前記
排気ガス入口にそれぞれ設けられた各ダンパ、排気ガス
温度を検出するため前記フィルタの上流側に設置された
温度センサー、及び前記温度センサーで検出された排気
ガス温度に対応するパティキュレート粒径を特定し、該
粒径のパティキュレートを捕集するのに最適の気孔径を
有する前記フィルタを選定し、選定した前記フィルタの
前記ダンパを開放し、他の前記ダンパを閉鎖する制御を
行うコントローラ、を有することを特徴とする排気ガス
処理装置に関する。

【００１０】また、この排気ガス処理装置において、前
記ダンパは前記フィルタの前記排気ガス入口と排気ガス
出口に設けられている。

【００１１】また、この排気ガス処理装置において、前
記コントローラは、排気ガス温度が高い時には小さい気
孔径の前記フィルタの前記ダンパを開放し且つ大きい気
孔径の前記フィルタの前記ダンパを閉鎖し、排気ガス温
度が低い時には小さい気孔径の前記フィルタの前記ダン
パを閉鎖し且つ大きい気孔径の前記フィルタの前記ダン
パを開放する制御を行うものである。

【００１２】

【作用】この発明による排気ガス処理装置は、上記のよ
うに構成されており、次のように作用する。即ち、この
排気ガス処理装置は、排気系におけるケーシング内に気
孔径が互いに異なった複数のフィルタを幅方向に並列に
配置し、前記各フィルタの排気ガス入口にダンパをそれ
ぞれ設け、前記各ダンパは前記排気ガス入口をそれぞれ
独立して開閉でき、コントローラによって温度センサー
で検出された排気ガス温度に対応するパティキュレート
粒径を特定し、該粒径のパティキュレートを捕集するの
に最適な気孔径を有する前記フィルタを選定し、選定さ
れた前記ダンパを開放し、他の前記フィルタの前記ダン
パを閉鎖する制御を行うことができるので、パティキュ
レート粒径に最適の前記フィルタによって過剰な圧損上
昇が発生することなく、長時間にわたりパティキュレー
トを効率良く捕集することができる。

【００１３】

【実施例】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、図２
は図１の排気ガス処理装置の作動によるフィルタの排気
圧力上昇状態を示す説明図、及び図３は図１の排気ガス
処理装置の作動によるフィルタの作動の一実施例を示す
処理フロー図である。

【００１４】この排気ガス処理装置は、ディーゼルエン
ジンからの排気ガスを排出する排気通路５に配置された
ケーシング１、該ケーシング１内に幅方向に並列に複数
（図１では３個が示されている）配置された排気ガス中
に含まれるカーボン、スモーク等のパティキュレートを
捕集するためのセラミックスから成るフィルタ２Ａ，２
Ｂ，２Ｃ（フィルタの総称は２）、フィルタ２Ａ，２
Ｂ，２Ｃの排気ガス入口６Ａ，６Ｂ，６Ｃにそれぞれ設
けられたダンパ３Ａ，３Ｂ，３Ｃ（ダンパの総称は
３）、及びフィルタ２Ａ，２Ｂ，２Ｃの排気ガス出口７
Ａ，７Ｂ，７Ｃにそれぞれ設けられたダンパ４Ａ，４
Ｂ，４Ｃ（ダンパの総称は４）を有している。ケーシン
グ１内に配置された各フィルタ２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、隔
壁１１によってそれぞれ遮断されており、気孔径が互い
に異なった多孔質フィルタから構成されている。

【００１５】この排気ガス処理装置は、熱電対８及び温
度センサー９で測定した排気ガス温度Ｔ_{E X}とパティキ
ュレートの粒径の関係を予め観測してそのデータをコン
トローラ１０に入力しておき、排気ガス温度Ｔ_{E X}にお
ける最適なフィルタ２Ａ，２Ｂ又は２Ｃを自動的に選択
し、排気ガス中に含まれるぱ効率的に捕集しようとする
ものである。フィルタ２は、パティキュレートの粒径に
合わせて２種〜３種の気孔径（５，３０，６０μｍ）の
フィルタを並列に配置し、同種の気孔径を有するフィル
タ２を複数個並列に配置してもよいものである。

【００１６】この排気ガス処理装置は、フィルタ２の上
流側の排気通路５内に配置された熱電対８からの検出値
によって排気通路５を流れる排気ガスの排気ガス温度Ｔ
_{E X}を測定する温度センサー９を有している。温度セン
サー９で検出された排気ガス温度Ｔ_{E X}の信号は、コン
トローラ１０に入力される。コントローラ１０は、温度
センサー９で検出された排気ガス温度Ｔ_{E X}に対応する
パティキュレート粒径を特定し、該粒径のパティキュレ
ートを捕集するのに適正な気孔径を有するフィルタ２
Ａ，２Ｂ，２Ｃを選定し、選定したフィルタ２のダンパ
３，４を開放し、他のフィルタ２のダンパ３，４を閉鎖
する制御を行うものである。

【００１７】この排気ガス処理装置において、フィルタ
２は、例えば、次のように気孔径が異なるように構成す
ることができる。フィルタ２Ａは大きい気孔径、例え
ば、６０μｍを有する多孔質フィルタに形成されてお
り、フィルタ２Ｂは中間の気孔径、例えば、３０μｍを
有する多孔質フィルタに形成されており、また、フィル
タ２Ｃは小さい気孔径、例えば、５μｍを有する多孔質
フィルタに形成されている。排気ガス中に含まれるカー
ボン、スモーク等のパティキュレートのサイズは、エン
ジンがアイドリング時のような排気ガス温度が低い運転
状態では、パティキュレートの凝集が起こり、パティキ
ュレートの粒径は大きくなる。また、高速高負荷時には
排気ガス温度は高温になり、パティキュレートは微細な
粒径になる。このようなエンジン運転状態に応じて、排
気ガス温度Ｔ_{E X}は異なってくると共に、パティキュレ
ートの粒径が異なってくる。そこで、これらの現象を把
握して予めマップに作っておき、この情報をコントロー
ラ１０に入力しておく。

【００１８】図２には、この排気ガス処理装置によって
排気ガス中のパティキュレートを捕集した時の排気ガス
圧力の経時変化を示すものであり、比較のため、従来の
５μｍの気孔径を有するフィルタについて、排気ガス圧
力の経時変化を点線で示している。従来のフィルタは、
単一の気孔径を有するものであり、パティキュレートの
粒径にかかわらず、全てのパティキュレートを捕集する
ため、排気ガス圧力が短時間に急速に上昇していること
が分かる。これに対して、この発明による排気ガス処理
装置は、複数のフィルタ２Ａ，２Ｂ，２Ｃの中から、排
気ガスに含まれるパティキュレートの粒径に対して最適
なフィルタ２Ａ，２Ｂ又は２Ｃを選定してそのフィルタ
２に排気ガスを流すため、フィルタ２Ａ，２Ｂ，２Ｃに
過剰な圧損上昇を防ぐことが可能になった。また、車両
の走行時において、エンジンの燃焼状態の変化によるパ
ティキュレート粒径の変化に対応して、パティキュレー
ト捕集に最適のフィルタ２Ａ，２Ｂ又は２Ｃに切り換え
ることによって、継続的に圧損上昇が抑えられる。例え
ば、この発明による排気ガス処理装置は、図２に示すよ
うに、従来の５μｍの単一気孔径のフィルタの使用時に
比較して、所定圧力到達時間が約３倍程度長くなり、捕
集時間を約３倍に長く使用できることが可能になった。

【００１９】この排気ガス処理装置において、フィルタ
２は、例えば、非導電性セラミックス或いは導電性セラ
ミックスから作製することができ、非導電性セラミック
スで作製した場合には、フィルタ２で捕集されたパティ
キュレートを加熱焼却するため、別途ヒータを設けるこ
とができるものである。それによって、各フィルタ２に
捕集されたパティキュレートは、ヒータ等によって加熱
焼却してガスにして放出すれば、フィルタ２は再生され
るものである。

【００２０】上記のような各種のフィルタ２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材料で作製され
ているものであり、フィルタ２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。

【００２１】この排気ガス処理装置は、上記のように構
成されており、次のように作動することができる。図３
に示すように、エンジンを始動し、排気ガス温度Ｔ_{E X}
を温度センサー９で検出する（ステップ２０）。温度セ
ンサー９で検出された排気ガス温度Ｔ_{E X}はコントロー
ラ１０に入力され、コントローラ１０では排気ガス温度
Ｔ_{E X}が予め設定した温度Ｔ₁（例えば、２５０℃）よ
り高いか否かを比較判断する（ステップ２１）。排気ガ
ス温度Ｔ_{E X}が予め設定した温度Ｔ₁（例えば、２５０
℃）より高い場合には、排気ガスに含まれるパティキュ
レートの粒径は小さい（例えば、５μｍ〜３０μｍ程
度）ものであるとして、小さい気孔径（５μｍ）のフィ
ルタ２Ｃのダンパ３Ｃ，４Ｃを開放し、気孔径の大きい
フィルタ２Ａのダンパ３Ａ，４Ａと、中間の気孔径のフ
ィルタ２Ｂのダンパ３Ｂ，４Ｂを閉鎖する（ステップ２
２）。従って、排気ガスはフィルタ２Ｃにのみ流れ、フ
ィルタ２Ｂ，２Ｃには流れない状態になる。

【００２２】ステップ２１において、排気ガス温度Ｔ
_{E X}が予め設定した温度Ｔ₁（例えば、２５０℃）より
高くない場合には、そこで、排気ガス温度Ｔ_{E X}が予め
設定した温度Ｔ₂（例えば、１５０℃）より低いか否か
を判断する（ステップ２３）。排気ガス温度Ｔ_{E X}が予
め設定した温度Ｔ₂（例えば、１５０℃）より低い場合
には、排気ガス中に含まれるパティキュレートは凝集し
て大きい粒径（例えば、６０μｍより大きい）に成長し
ている。そこで、排気ガス温度Ｔ_{E X}が低い時には、気
孔径の小さいフィルタ２Ｃのダンパ３Ｃ，４Ｃ及び中間
の気孔径のフィルタ２Ｂのダンパ３Ｂ，４Ｂを閉鎖し、
大きい気孔径（例えば、６０μｍ）のフィルタ２Ａのダ
ンパ３Ａ，４Ａを開放する制御を行う（ステップ２
４）。

【００２３】ステップ２３において、排気ガス温度Ｔ
_{E X}が予め設定した温度Ｔ₂（例えば、１５０℃）より
低くない場合には、排気ガス中に含まれるパティキュレ
ートは中間の粒径（例えば、３０μｍ〜６０μｍ程度）
である。そこで、排気ガス温度Ｔ_{E X}が中間温度（１５
０℃〜２５０℃）の時には、気孔径の小さいフィルタ２
Ｃのダンパ３Ｃ，４Ｃ及び大きい気孔径のフィルタ２Ａ
のダンパ３Ａ，４Ａを閉鎖し、中間の気孔径（例えば、
３０μｍ）のフィルタ２Ｂのダンパ３Ｂ，４Ｂを開放す
る制御を行う（ステップ２５）。

【００２４】

【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おり、次のような効果を有する。
即ち、この排気ガス処理装置は、排気系に気孔径が互い
に異なった複数個のフィルタを幅方向に並列に配置し、
前記各フィルタの少なくとも排気ガス流入口にダンパを
それぞれ設け、前記各ダンパによって前記排気ガス流入
口をそれぞれ独立して開閉できる。そして、排気ガス温
度に対応するパティキュレート粒径が予め特定されてい
るので、コントローラによって温度センサーで検出され
た排気ガス温度に対応するパティキュレート粒径が予測
でき、該粒径のパティキュレートを捕集するのに最適な
気孔径を有する前記フィルタを選定してそのフィルタの
ダンパを開放し、他の前記フィルタの前記ダンパを閉鎖
する制御を行うことができる。例えば、前記コントロー
ラは、排気ガス温度が高い時には気孔径の小さい前記フ
ィルタの前記ダンパを開放し且つ気孔径の大きい前記フ
ィルタの前記ダンパを閉鎖し、また、排気ガス温度が低
い時には気孔径の小さい前記フィルタの前記ダンパを閉
鎖し且つ気孔径の大きい前記フィルタの前記ダンパを開
放する制御を行うことができる。

【００２５】従って、この排気ガス処理装置は、パティ
キュレート粒径に最適の前記フィルタによって過剰な圧
損上昇が発生することなく、長時間にわたりパティキュ
レートを効率良く良好に捕集することができる。また、
この排気ガス処理装置では、前記ダンパは前記フィルタ
の前記排気ガス入口と排気ガス出口にも設けることがで
きるものである。そして、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。

【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】図１の排気ガス処理装置の作動によるフィルタ
の排気圧力上昇状態を示す説明図である。

【図３】図１の排気ガス処理装置の作動によるフィルタ
の作動の一実施例を示す処理フロー図である。

【符号の説明】

１ケーシング２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃフィルタ３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃダンパ（フィルタの排気ガス入
口用）４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃダンパ（フィルタの排気ガス出
口用）５排気通路６Ａ，６Ｂ，６Ｃフィルタの排気ガス入口７Ａ，７Ｂ，７Ｃフィルタの排気ガス出口８熱電対９温度センサー１０コントローラ１１隔壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 3/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】排気ガス中のパティキュレートを捕集す
るため排気系におけるケーシング内に幅方向に並列に配
置された気孔径が互いに異なった複数のフィルタ、前記
各フィルタに排気ガスをそれぞれに流すため少なくとも
前記排気ガス入口にそれぞれ設けられた各ダンパ、排気
ガス温度を検出するため前記フィルタの上流側に設置さ
れた温度センサー、及び前記温度センサーで検出された
排気ガス温度に対応するパティキュレート粒径を特定
し、該粒径のパティキュレートを捕集するのに最適の気
孔径を有する前記フィルタを選定し、選定した前記フィ
ルタの前記ダンパを開放し、他の前記ダンパを閉鎖する
制御を行うコントローラ、を有することを特徴とする排
気ガス処理装置。
【請求項２】前記ダンパは前記フィルタの前記排気ガ
ス入口と排気ガス出口に設けられていることを特徴とす
る請求項１に記載の排気ガス処理装置。
【請求項３】前記コントローラは、排気ガス温度が高
い時には小さい気孔径の前記フィルタの前記ダンパを開
放し且つ大きい気孔径の前記フィルタの前記ダンパを閉
鎖し、排気ガス温度が低い時には小さい気孔径の前記フ
ィルタの前記ダンパを閉鎖し且つ大きい気孔径の前記フ
ィルタの前記ダンパを開放する制御を行うことを特徴と
する請求項１に記載の排気ガス処理装置。