JP3257370B2 - 排ガスフィルター浄化方法、及び排ガスフィルター浄化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼル機関等から
排出されるパティキュレート（煤等の可燃性微粒子）等
を捕集し、捕集したものを燃焼させる排ガスフィルター
浄化方法、及び排ガスフィルター浄化装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年ディーゼルエンジンが排出するパテ
ィキュレート（煤）が環境保護、及び健康上の理由から
規制され始めている。これを取り除きディーゼルエンジ
ンの排ガスを浄化するには、排気管の途中に耐熱性のセ
ラミックハニカムのフィルターを取り付けパティキュレ
ートをろ過する方法がある。

【０００３】そしてこの方法の特徴はある程度パティキ
ュレートが堆積した時、これに火をつけて燃焼させ、炭
酸ガスに変えて大気に放出し、セラミックフィルターを
クリーンに再生し、繰り返し使用することである。この
作業を燃焼再生（リジェネレーション）と呼んでいる。
一般にディーゼルエンジンの排ガス温度はパティキュレ
ートの着火温度より低いので、そのままではパティキュ
レートは燃焼せず、堆積するのみで排気圧力が過度に上
昇し、エンジン、及びエミッション性能を著しく低下さ
せる。従って燃焼再生に何らかの方法によって排ガス温
度を上げるか、又はフィルター温度を上げる必要があ
る。

【０００４】近年は、排気系にフィルター２個を備え、
排ガス浄化を交互に行う方式が提案されている。燃焼再
生は排ガスろ過中ではなく、ある程度パティキュレート
が堆積した後、排ガス浄化はもう一方のフィルターで行
っているときに、燃焼再生が実施される。昇温手段とし
ては、電気ヒーター、バーナー、マイクロ波などによっ
て、フィルター温度を上げて、パティキュレートを燃焼
させ再生を実施している。

【０００５】パティキュレートを捕集するフィルターと
してはウォールスルータイプのハニカム構造で、材質と
しては一般にコージェライトの無機材料が用いられる。
フィルターとしては使用温度範囲での熱衝撃による疲労
を起こさないように低熱膨張係数、耐熱衝撃性の良好な
材料が求められている。コージェライト焼結体（２Ｍｇ
Ｏ，２Ａｌ２Ｏ３，５ＳｉＯ２）の結晶は一般的に異方
的な熱膨張をするものであって、結晶の熱膨張がａ軸で
は２．５×１０^-6（１／℃）、ｃ軸では−０．９×１０
^-6（１／℃）である。しかし、実際排ガスフィルターの
熱膨張係数αは押し出し方向が０．４〜０．７×１０^-6
（１／℃）、押し出し方向と垂直な方向が０．９〜１．
５×１０^-6（１／℃）とコージェライト粒子を略ランダ
ム化してフィルター全体を低熱膨張化している。形状は
円筒形のものがほとんどであるが、楕円筒形や方形でも
構わない。大きさは直径４〜１３インチでセル数は１イ
ンチ平方あたり５０〜４００個である。フィルターに捕
集されるパティキュレートの捕集量はフィルターの単位
体積（１リットル）あたりの重量（グラム）で表わし、
１〜３０ｇ／Ｌ程度である。

【０００６】以下、従来例のディーゼル排ガス浄化装置
を図面に基づいて説明する。図１９は従来のディーゼル
機関の排ガス浄化装置の概略構成を示す構成図を示して
いる。８ａ，８ｂはセラミックハニカム製のコージェラ
イトフィルター（以下フィルターと称する。）、２０
ａ，２０ｂはフィルター８ａ，８ｂそれぞれを加熱する
為の電気ヒーター、６はエンジン排ガス流路を制御する
弁、１１は燃焼再生のための二次空気の導入弁、１８
ａ，１８ｂは燃焼再生の為の二次空気の排気弁、１３は
二次空気供給のためのエアブロア、４，５ａ，５ｂ，９
ａ，９ｂはそれぞれエンジン排ガスの流路配管、１０
ａ，１０ｂ，１９ａ，１９ｂ，１２は燃焼再生の二次空
気、及びその排気の流路排管、１６はエアブロア１３や
弁６、導入弁１１、排気弁１８ａ，１８ｂや電気ヒータ
ー２０ａ，２０ｂを制御するコントローラー、２はディ
ーゼルエンジン、３はマニホールド、７ａ，７ｂはフィ
ルター８ａ，８ｂを収納する容器である。

【０００７】以上のように構成された従来のディーゼル
排ガス浄化装置の再生時についてその動作を説明する。

【０００８】フィルター８ａが排ガス浄化中、差圧セン
サー（図示せず）等の捕集量検知装置で、再生開始時期
と判断する。これまで配管４から配管５ａに流れていた
排ガスは、弁６、導入弁１１が作動し、配管４から配管
５ｂに流れ、フィルター８ｂを通過することにより浄化
され、配管９ｂから流出する。一方再生開始時期と判断
されたフィルター８ａは電気ヒーター２０ａに電力が供
給され加熱される。同時に導入弁１１が開きエアブロア
１３から配管１０ａを通って、フィルター８ａに二次空
気が供給される。ある時間経過するとフィルター８ａの
温度がパティキュレート着火温度に達しパティキュレー
トが燃焼を開始する。その燃焼排ガスは配管１９ａから
流出する。ある時間経過後、電気ヒーター２０ａへの電
力供給が終了し、二次空気のみによるパティキュレート
燃焼が継続する。この燃焼はパティキュレートの火炎伝
播によって実現される。ある時間経過すると、燃焼再生
が完了したと判断してエアブロア１３が停止し排気弁１
８ａが閉じ二次空気の供給も終了しフィルター８ａは浄
化待機の状態になる。

【０００９】その後、差圧センサー等の捕集量検知装置
でフィルター８ｂが再生開始時期に達したと判断する。
以下、上記の記号ａとｂを入れ換えた動作が継続し、交
互に排ガス浄化、及び燃焼再生を繰り返す。

【００１０】従来では、電気ヒーターによる加熱を例に
あげたが、加熱方式としては、軽油等を燃料としたバー
ナーによる加熱方法があり、課題としてバーナーの安定
性や炎を出すため、安全性確保がある。又、マイクロ波
加熱（特開平４−１３６４０９号公報）ではパティキュ
レートの捕集量を検知できる利点があるが、フィルター
内の均一加熱やマイクロ波の漏れ対策や高電圧使用によ
る安全性確保等の課題を有している。

【００１１】又、フィルター入口部の温度を規定した特
公平３−３６１３３号公報があるが、これはパティキュ
レートを完全に燃焼する為に必要な温度を規定している
だけで、この方法では着火現象がみられ急激な温度上昇
が発生しフィルターが破損する可能性があるという欠点
がある。

【００１２】又、フィルターを加熱せずに高圧エアでパ
ティキュレートを払落としフィルター外部で加熱燃焼す
る逆洗方式と呼ばれるフィルター再生方法もある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成では、電気ヒーターによる加熱で火炎伝播による燃焼
である為、図１３に示すようにコージェライトフィルタ
ー内の温度勾配、及びコージェライトフィルター内の任
意の箇所に於ける温度差が非常に大きくなり、コージェ
ライトフィルターのクラック発生の要因となっている。
又、火炎伝播で燃焼継続を実現する為、パティキュレー
トの捕集状態や捕集量によって部分的にパティキュレー
トの燃え残りが発生して、捕集再生の繰り返しの中、異
常燃焼で高温になる。コージェライトからなる排ガスフ
ィルターが変形する温度は１４００℃付近であるが、異
常燃焼時は排ガスフィルター内部が１４００℃付近の温
度に達し溶損の原因となっている。クラック及び溶損共
にフィルターの機能を大きく損なうものであり、パティ
キュレートの捕集能力が低下するばかりでなく、フィル
ター内部でパティキュレートの捕集量の部分的なバラツ
キが発生するので、新たな溶損を誘発する可能性が大き
く実用化に向けての大きな課題となっている。

【００１４】本発明は前記従来の課題を解決するもの
で、フィルターにクラックが入ったり溶損することなど
を抑制することができる排ガスフィルター浄化方法、及
び排ガスフィルター浄化装置を提供することを目的とす
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決する為に
本発明は火炎伝播による燃焼再生、又は空気を加熱媒体
として、熱膨張係数が小さく、耐熱衝撃性、及び耐熱溶
融性に優れているチタン酸アルミニウムを主成分とし、
押出し方向とその垂直な方向の熱膨張係数が正負反対の
値を有すとともに、熱膨張係数の絶対値がそれぞれ２．
４×１０ ^-6 （１／℃）以下のハニカム成形体であって、
ハニカム成形体の所定のセルの一端面を目封止材で封止
するとともに、残りの未封止セルの他断面も同様に目封
止する構成を備えているフィルターをフィルター内最高
温度が６００〜１５００℃の範囲になるよう加熱制御す
る。この際、空気を加熱媒体として加熱する場合、前記
フィルター内の最高温度が４５０℃〜７００℃の範囲内
に於いて、フィルター内温度上昇率が２０℃／分以下に
なるよう前記フィルターを加熱する。これにより異常燃
焼発生時でも最高到達温度が１５００℃以下になるよう
に加熱制御する。

【００１６】又、フィルターのクラックを防止する為
に、火炎伝播による燃焼再生、及び空気を加熱媒体とし
て加熱する場合、両者共前記フィルター内の最大温度勾
配を２０℃／ｍｍ以内になるよう前記フィルターを加熱
する（ここで、フィルター自体の耐久性を考慮すると、
フィルター内の最大温度勾配は好ましくは１５℃／ｍｍ
以内、更に好ましくは１０℃／ｍｍ以内で加熱す
る。）。フィルターの主成分として用いるチタン酸アル
ミニウムは熱膨張係数が低く且つ融点が１７００℃以上
と高い。よってコージェライトよりも優れた材料であっ
てチタン酸アルミニウムをフィルター素材に用いること
で１４００℃以上の高熱や、その時に生じる熱衝撃、熱
応力によく耐えることができる。

【００１７】フィルターを加熱する手段としては直接電
気ヒーターで加熱する場合と空気を加熱媒体とした場合
があり、空気を媒体とする場合、空気を加熱する手段と
しては、空気加熱用電気ヒーターやバーナーなどの燃料
燃焼によるものがある。空気加熱用電気ヒーターの場
合、発熱体と空気が接触する構造を有し、発熱体として
はニクロム線、カンタル線、セラミックヒーター等があ
る。加熱する空気量に応じてヒーター容量は決定され
る。

【００１８】フィルターを収納する容器は耐熱性のある
金属を使用し、フィルターとの間には、蛭石等が含有さ
れ、熱によって膨張する材質のシール材があり、パティ
キュレートの漏れを防止する。又、この容器の放熱によ
り、フィルターの内外周の温度差が顕著に発生するの
で、セラミックウール等の断熱材で包み込む断熱方法が
好ましい。空気を送風する手段としては、エアブロアや
エアポンプやコンプレッサー等があるが、エアブロアは
大流量であるが小静圧であり、エアポンプやコンプレッ
サーは大静圧であるが小流量である。

【００１９】空気の流量としては０．１〜２．０立米で
多ければ多い程良いが、送風手段の能率から１立米以下
が適当である。又、１立米程度の空気を加熱するには、
多大な電力が必要となる為加熱空気の循環やエンジン排
ガス利用等の電力削減手段を設ける事が好ましい。パテ
ィキュレートの成分の一つに可溶性有機物（ＳＯＦ）が
あり、フィルターに捕集された場合でも、再生中に燃焼
せず、蒸発して大気中に放出されるので、本発明に用い
るフィルターの前、又は後ろに貴金属等を担持したＳＯ
Ｆ酸化触媒を設ける事が好ましい。

【００２０】

【作用】本発明の技術的手段による作用は次のようにな
る。

【００２１】本発明は、火炎伝播による燃焼再生、又は
空気を加熱媒体として、フィルター内のパティキュレー
トを完全燃焼させ燃え残りが発生しないようにチタン酸
アルミニウムを主成分としたフィルターをフィルター内
最高温度が６００〜１５００℃の範囲になるよう加熱す
る。空気を加熱媒体としてフィルターを加熱する場合、
この際、前記フィルター内の最高温度が４５０℃〜７０
０℃の範囲内に於いて、フィルター内温度上昇率が２０
℃／分以下になるよう前記フィルターを加熱する事が好
ましく、これにより、異常燃焼時でも最高到達温度が１
５００℃以下になるように加熱制御する。

【００２２】チタン酸アルミニウムは熱膨張係数が小さ
く、耐熱衝撃性、及び耐熱溶融性に優れている為、コー
ジェライトフィルターと異なり異常燃焼時１５００℃付
近の温度に達しても溶損することは無い。押出し方向と
その垂直な方向の熱膨張係数が正負反対の値を有すとと
もに、熱膨張係数の絶対値がそれぞれ２．４×１０
^-6 （１／℃）以下のハニカム成形体であるから、熱膨張
・熱収縮時に粒子間が受ける応力は大きくならない。
又、フィルターのクラックを防止する為に、火炎伝播に
よる燃焼再生、及び空気を加熱媒体として加熱する場
合、両者共前記フィルター内の最大温度勾配を２０℃／
ｍｍ以内になるよう前記フィルターを加熱する（ここ
で、フィルター自体の耐久性を考慮すると、フィルター
内の最大温度勾配は好ましくは１５℃／ｍｍ以内、更に
好ましくは１０℃／ｍｍ以内で加熱する。）。このこと
により、任意の箇所に於けるパティキュレートの燃焼反
応による単位時間当たりの発熱量のバラツキを抑制しフ
ィルター内の温度差を小さくし、異常高温も防止でき
る。この為、フィルターのクラック、及び溶損の発生を
完全に防止することができる。

【００２３】

【実施例】

（実施例１）図１は本発明の（実施例１）に於ける排ガ
ス浄化装置を示す概略図である。

【００２４】図１に於いて、１０２はディーゼルエンジ
ン、１０３はディーゼルエンジン１０２に接続されたマ
ニホールド、１０４はマニホールド１０３に接続された
配管、１０５ａ，１０５ｂはそれぞれ配管１０４に接続
された分枝配管１０５ｂの接続部には分枝弁１０６が設
けられている。又、分枝配管１０５ａには放出弁１１８
ａを介して放出管１１９ａが接続されている。同様に分
枝配管１０５ｂには放出弁１１８ｂを介して放出管１１
９ｂが接続されている。

【００２５】１０７ａは分枝配管１０５ａに接続された
フィルター収納容器で、フィルター収納容器１０７ａ内
部には、排ガス中のパティキュレート等を捕集し排ガス
を浄化する為の主成分がチタン酸アルミニウムのハニカ
ム成形体であって、ハニカム成形体の所定のセルの一端
面を目封止材で封止するとともに、残りの未封止セルの
他断面も同様に目封止する構成を備えているフィルター
１０８ａ（以下、フィルターと称する。）と、電気ヒー
ター１１７ａと、フィルター１０８ａと電気ヒーター１
１７ａの間に配置された温度センサー１１４ａがそれぞ
れ収納されている。又、個々の温度センサー１１４ａ
は、個々の電気ヒーター１１７ａに対応し、個々の電気
ヒーター１１７ａの加熱流体吹き出し口に配置されてい
る。この時、フィルター収納容器１０７ａ内には排ガス
の流入方向に対して、フィルター１０８ａと電気ヒータ
ー１１７ａが順に配置されている。

【００２６】１２１ａはフィルター収納容器１０７ａ内
のフィルター１０８ａの両端の圧力差を測定する差圧セ
ンサーである。

【００２７】１０７ｂは分枝配管１０５ｂに接続された
フィルター収納容器で、フィルター収納容器１０７ｂは
フィルター収納容器１０７ａとほぼ同じ構成となってい
る。即ち、フィルター収納容器１０７ｂ内部には、排ガ
ス中のパティキュレート等を捕集するフィルター１０８
ｂと、電気ヒーター１１７ｂと、フィルター１０８ｂと
電気ヒーター１１７ｂの間に配置された温度センサー１
１４ｂがそれぞれ収納されており、又、個々の温度セン
サー１１４ｂは、個々の電気ヒーター１１７ｂに対応
し、個々の電気ヒーター１１７ｂの加熱流体吹き出し口
に配置されている。しかもフィルター収納容器１０７ｂ
内には排ガスの流入方向に対してフィルター１０８ｂと
電気ヒーター１１７ｂが順に配置されている。

【００２８】１２１ｂはフィルター収納容器１０７ｂ内
のフィルター１０８ｂの両端の圧力差を測定する差圧セ
ンサーである。

【００２９】１０９ａはフィルター収納容器１０７ａに
接続され、浄化した排ガスを放出する配管、１０９ｂは
フィルター収納容器１０７ｂに接続され、浄化した排ガ
スを放出する配管、１１３は空気流を発生させるエアブ
ロア、１１２はエアブロア１１３に接続された配管、１
１０ａ、及び１１０ｂはそれぞれ配管１１２に接続され
た分枝配管で、分枝配管１１０ａ，１１０ｂはそれぞれ
配管１０９ａ，１０９ｂに接続されている。１１１は配
管１１２と分枝配管１１０ａと分枝配管１１０ｂの接合
部に設けられた分枝弁である。

【００３０】１１６は電気ヒーター１１７ａ，１１７ｂ
やエアブロア１１３等を制御する制御部である。尚、そ
れぞれの配管は耐食性のあるステンレス等で構成するこ
とが好ましい。又、各弁（放出弁や分枝弁など）の駆動
方式はエア圧式や油圧式、又電磁式等がありどれを用い
ても構わない。又、各弁の排ガスなどと接触する部分は
耐食性のあるステンレス等で構成することが好ましい。

【００３１】フィルターとしての特性について二、三の
例を挙げる、第一に主成分としてチタン酸アルミニウム
から成るハニカム成形体であり、フィルターの押出し方
向の室温〜８００℃迄の領域に於いての熱膨張係数αａ
が−２．３×１０^-6〜０（１／℃）である時、押出し方
向と垂直な方向の室温〜８００℃迄の領域に於いての熱
膨張係数αｂが０〜２．４×１０^-6（１／℃）であるこ
と。或いは前記ハニカム成形体のフィルターの押出し方
向の室温〜８００℃迄の領域に於いての熱膨張係数αａ
が０〜２．４×１０^-6（１／℃）である時、押出し方向
と垂直な方向の室温〜８００℃迄の領域に於いての熱膨
張係数αｂが−２．３×１０^-6〜０（１／℃）である構
成が好ましい。

【００３２】これは、押出し方向とその垂直な方向の熱
膨張係数が正負反対の値を有し、且つ熱膨張係数の絶対
値が２．４×１０^-6（１／℃）以下と小さい。押出し方
向とその垂直な方向の熱膨張係数の差は約４．７×１０
^-6（１／℃）であるが、熱膨張・熱収縮時の粒子間が受
ける応力はこの場合大きくない。

【００３３】それは押出し方向は膨張し垂直方向は収縮
する（又は逆に、押出し方向は収縮し垂直方向は膨張す
る）ので粒子間隔があまり変化しない為である。このよ
うに、押出し方向と垂直方向に配向させ粒子間クラック
の発生を抑制しているため、排ガスフィルターとしての
強度劣化の速度を大幅に遅らせる事ができる。第二に燃
焼再生時に熱膨張係数の差の為にハニカム成形体のセル
壁と目封止材の界面に発生するクラックを防止する為に
目封止材も主成分としてチタン酸アルミニウムから成る
構成を備えている事が好ましいが、目封止材が異なる材
料の場合、主成分としてチタン酸アルミニウムから成る
ハニカム成形体のフィルターの室温〜８００℃迄の領域
に於いての熱膨張係数αＨと、目封止材の室温〜８００
℃迄の領域に於いての熱膨張係数αＰとの関係が｜αＨ
−αＰ｜≦２．８×１０^-6（１／℃）である構成を備え
ている事が好ましい。異なる材料を用いた場合、ハニカ
ム成形体の室温〜８００℃迄の領域に於いての熱膨張係
数αＨと、目封止材の室温〜８００℃迄の領域に於いて
の熱膨張係数αＰとの関係が｜αＨ−αＰ｜≦２．８×
１０^-6（１／℃）、好ましくは｜αＨ−αＰ｜≦２．０
×１０^-6（１／℃）が良い。｜αＨ−αＰ｜が２．０×
１０^-6（１／℃）より大きくなると燃焼再生時に熱膨張
係数の差の為にハニカム成形体のセル壁と目封止材の界
面にクラックが発生し排ガス中のパティキュレートの漏
洩が生じ極端にフィルター効率が低下する。｜αＨ−α
Ｐ｜が２．０×１０^-6（１／℃）以上、２．８×１０^-6
（１／℃）以下だと再生回数３５０回でもセル壁と目封
止材の界面にクラックは発生しない。更に、｜αＨ−α
Ｐ｜が２．０×１０^-6（１／℃）以下だと再生回数５０
０回以上でもセル壁と目封止材の界面にクラックは発生
しない。第三にフィルターのセルを区画形成する薄壁の
壁厚は０．１〜１．０ｍｍ、好ましくは０．２〜０．７
ｍｍである構成が良い。薄壁の壁厚が０．２ｍｍ未満で
は排ガスフィルターの機械的強度が小さくなりエンジン
の排気系に装着した時、自動車の振動に耐えられずに破
壊する傾向と製造が困難になる傾向があり、又、０．７
ｍｍを越えると排ガスの入り口側と出口側との間の圧力
損失が増加しエンジンの負荷が大きくなる傾向にあるの
でいずれも好ましくない。

【００３４】図２（ａ）（ｂ）にそれぞれ本発明の（実
施例１）における排ガス浄化装置に用いられる排ガスフ
ィルターの斜視図及び拡大断面図を示す。主成分がチタ
ン酸アルミニウムのハニカム成形体１Ａであって、ハニ
カム成形体１Ａの所定のセル１Ｂの一端面を目封止材１
Ｃで封止するとともに、残りの未封止セルの他断面も同
様に目封止する構成を備えているフィルターである。目
封止材も同じく主成分がチタン酸アルミニウムを使用し
た。フィルターの押出し方向の室温〜８００℃迄の領域
に於いての熱膨張係数αａが−２．３×１０^-6（１／
℃）であり、押出し方向と垂直な方向の室温〜８００℃
迄の領域に於いての熱膨張係数αｂが２．４×１０
^-6（１／℃）である。セルを区画形成する薄壁の壁厚は
０．７ｍｍ、形状は円筒形、寸法は径５．６６インチ、
長さ６インチ、セル数は１インチ平方あたり１００セル
を使用した。本実施例の排ガスフィルターの電気炉によ
る耐熱性試験と水中急冷法による耐熱衝撃性試験を従来
の技術のコージェライト質ハニカム体と比較しながら実
施したところコージェライト質ハニカム体は１４４０℃
で完全に溶融したのに対して、本実施例の排ガスフィル
ターは１５００℃でも溶融せず、又、優れた耐熱衝撃性
を有していた。

【００３５】エアブロア１１３はフィルター１０８ａ，
１０８ｂの大きさによっても異なるが一定以上の吐出流
量と静圧が要求され、大流量、及び大静圧のものが好ま
しい。又、エアブロア１１３の代わりにエアポンプを用
いても良い。

【００３６】温度センサー１１４ａ，１１４ｂはシース
タイプの熱電対や白金抵抗体等の比較的高温を検知でき
るものであればよいが、排ガスにさらされるので耐食性
がよいものを選ぶのが好ましい。又、放射伝熱による指
示温度の低下を防ぐように各センサーの配置を考慮する
ことが必要である。

【００３７】電気ヒーター１１７ａ，１１７ｂは例えば
セラミック製のサポート部内に発熱体であるニクロム線
やカンタル線を熱効率の良い巻き方で巻いたものを収納
したものが好ましい。

【００３８】差圧センサー１２１ａ，１２１ｂのフィル
ター収納容器１０７ａ，１０７ｂに配置される部分は半
導体圧力センサー等を用いることが好ましいが、排ガス
が直接触れないようにミストフィルター等をセンサーの
周りに配置することが好ましい。

【００３９】以上の様に構成された排ガス浄化装置につ
いては以下その動作を図１、図３、図４を用いて説明す
る。図３，図４はそれぞれ本発明の（実施例１）におけ
る排ガス浄化装置を示すブロック図及び動作を示すフロ
ーチャートである。尚、本実施例では、まずフィルター
収納容器１０７ａで排ガスを浄化した後に、排ガスをフ
ィルター収納容器１０７ｂに流入するようにして、更に
フィルター収納容器１０７ａ内に設けられたフィルター
１０８ａを再生する場合について説明する。

【００４０】まず図４に示すように、ＳＴＥＰ（以下Ｓ
と称する）１に於いて制御部１１６は燃焼再生時期かど
うかを判定するのに差圧センサー１２１ａの出力を参照
する。即ち、差圧センサー１２１ａの出力を基にして差
圧検出部２０１は差圧信号を作製し、その差圧信号によ
って制御部１１６は燃焼再生時期かどうかを判定する。
本実施例の場合、フィルター収納容器１０７ａの排ガス
流入側の圧力と排ガス流出側の圧力差が大きくなればな
る程、フィルター１０８ａにパティキュレートなどが多
く捕集されていることになるので、制御部１１６はフィ
ルター１０８ａは燃焼再生時期であると判定する。

【００４１】次にＳ２で制御部１１６はマニホールド１
０３からの排ガスがフィルター収納容器１０７ａからフ
ィルター収納容器１０７ｂに流れるように分枝弁１０６
を作動させて、分枝配管１０５ｂと配管１０４を流通さ
せ、マニホールド１０３から送られてきた排ガスをフィ
ルター収納容器１０７ｂに流れ込むようにする。更に制
御部１１６はエアブロア１１３で発生した風が分枝配管
１１０ａと配管１０９ａを通ってフィルター収納容器１
０７ａに導かれるように分枝弁１１１を作動させる。

【００４２】その後、Ｓ３で制御部１１６はヒーター駆
動部２０２に信号を出して電気ヒーター１１７ａを発熱
させる。又、Ｓ３では制御部１１６は送風駆動部２０３
に信号を出してエアブロア１１３を駆動させ、送風を開
始する。更にＳ３では制御部１１６は放出弁１１８ａに
信号を出し、分枝配管１０５ａと配管１１９ａを接続す
る。この様な処理によってエアブロア１１３で発生した
風は分枝配管１１０ａと配管１０９ａを通ってフィルタ
ー収納容器に１０７ａに導かれ、しかもフィルター収納
容器１０７ａの中で電気ヒーター１１７ａによって加熱
され、熱風となる。この熱風はフィルター１０８ａに流
れ込んで、フィルター１０８ａを加熱しフィルター１０
８ａに捕集されたパティキュレート等を燃焼させる。フ
ィルター１０８ａに流れ込んだ熱風はフィルター収納容
器１０７ａを出て分枝配管１０５ａ、放出弁１１８ａを
経由して配管１１９ａに導かれ外部に放出される。

【００４３】図１７はフィルター内温度を求める際の測
定ポイントを示す図であり、２Ｂは排ガス流出面、２Ａ
は排ガス流入面である。図１７に示すように排ガス流入
面２Ａ側に半径方向に対して熱電対を２２ｍｍ間隔で３
ポイント（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）を直線的に配置し、更に
長さ方向に対して６５ｍｍ離れた箇所に同様に半径方向
に対して熱電対を２２ｍｍ間隔で３ポイント（Ｔ４，Ｔ
５、Ｔ６）を直線的に配置する。この時、（Ｔ４，Ｔ
５、Ｔ６）は（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）に対して１２０度傾
いた傾斜線上に配置されている。更に（Ｔ４，Ｔ５、Ｔ
６）から６５ｍｍ長さ方向に離れた位置に半径方向に対
して２２ｍｍ間隔で３ポイント（Ｔ７、Ｔ８、Ｔ９）を
直線的に配置する。

【００４４】この時、（Ｔ７、Ｔ８、Ｔ９）は（Ｔ４，
Ｔ５、Ｔ６）に対して１２０度傾いた傾斜線上に配置さ
れている。以上のように配置された熱電対によって最高
温度とはＴ１〜Ｔ９の中で最大値であり、温度上昇率と
は最高温度の単位時間（ここでは１分間）あたりの温度
上昇である。最大温度勾配についてはＴ１とＴ２、Ｔ２
とＴ３、Ｔ４とＴ５、Ｔ５とＴ６、Ｔ７とＴ８、Ｔ８と
Ｔ９間の温度差を測定し、以下の各サンプルの場合に於
いて最大温度差を測定し、その最大温度差を２２ｍｍで
割って最大温度勾配を求めた。

【００４５】例えば各測定した温度差の中でＴ７とＴ８
の温度差が最も大きくて４４０℃の場合には最大温度勾
配は４４０℃÷２２ｍｍ＝２０℃／ｍｍとなる。本熱電
対の配置は一実施例であって、フィルター内の主要な部
分の最高温度、温度分布が測定できるのであれば、他の
配置でも良い。Ｓ５では温度センサー１１４ａの出力を
基にして温度検出部２０４が温度信号を作製し、その温
度信号によって制御部１１６はフィルター１０８ａ内の
最高温度が２００℃以上になったかを判定する。Ｓ７で
は同じように、フィルター１０８ａ内の最高温度が４５
０℃以上になったかを判定する。又、Ｓ９ではフィルタ
ー１０８ａ内の最大温度勾配が２０℃以内になったか否
かを判定する。

【００４６】この時、図５，図６に示すように温度セン
サー１１４ａで検知した最高温度とフィルター１０８ａ
内の最高温度には時間の経過と共に約１００℃の温度差
が生じてくる。又、温度センサ−１１４ａで検知した温
度差とフィルター１０８ａ内の最大温度勾配には図７に
示すように相関関係が認められる。即ち、温度センサー
１１４ａが最高温度４００℃、温度差が２００℃を示し
た時、フィルター１０８ａ内の最高温度は約３００℃、
又、フィルター１０８ａ内の最大温度勾配は２０℃／ｍ
ｍとなっている。温度が高い領域に於いても、例えば温
度センサー１１４ａでの最高温度が８００℃であり、温
度差が２００℃であれば、フィルター１０８ａ内の最高
温度は７００℃、フィルター１０８ａ内の温度勾配は２
０℃／ｍｍとなっていることが分かる。尚、本実施例で
は図６に示す様に温度センサー１１４ａの検知される最
高温度とフィルター１０８ａ内最高温度は、各々約１０
０℃の温度差があり、又、図７に示す様に温度センサー
１１４ａで検知される温度差とフィルター１０８ａ内の
温度勾配は直線的な相関関係があったが、これらは排ガ
スなどの種類によって異なってくるので適宜選択し関係
等を求めなければならない。

【００４７】Ｓ４ではフィルター１０８ａ内の最高温度
が所定時間後に目標温度となるように、一分間当たりの
温度上昇率α℃／分を設定する。本実施例では５分後に
４５０℃となるよう温度上昇率を９０℃／分と設定す
る。Ｓ５でフィルター１０８ａ内の最高温度が２００℃
以下であればＳ６に飛んで制御部１１６はヒーター駆動
部２０２に信号を出して電気ヒーター１１７ａにかかる
電圧を高くする。

【００４８】Ｓ７でフィルター１０８ａ内の最高温度が
４５０℃以下であればＳ８に飛んで制御部１１６はヒー
ター駆動部２０２に信号を出して電気ヒーター１１７ａ
にかかる電圧を高くする。又、Ｓ９ではフィルター１０
８ａ内の最大温度勾配について算出し、フィルター１０
８ａ内の温度勾配が２０℃／ｍｍ以上であれば、Ｓ１０
に飛んで制御部１１６はヒーター駆動部２０２に信号を
出して電気ヒーター１１７ａにかかる電圧を制御する。
即ち、最大温度が検知される電気ヒーターにかかる電圧
を低くし、最小温度が検知される電気ヒーターにかかる
電圧を高くする。Ｓ５でフィルター１０８ａ内の最高温
度を２００℃としたのは、図１８に示すようにフィルタ
ー１０８ａに捕集されたもの（主としてパティキュレー
ト）は温度が２００℃を超えたぐらいから燃焼し始める
成分が殆どを占めるからである。

【００４９】Ｓ１１ではフィルター１０８ａ内の最高温
度が所定時間後に目標温度となるように、一分間当たり
の温度上昇率α℃／分を設定する。本実施例では図５に
示すようにフィルター１０８ａ内の最高温度が再生開始
６０分後に７００℃になるように再生開始後５〜６０分
の間は温度上昇率としては４．５℃／分（＝２５０℃÷
５５分）と設定した。ここで、温度上昇率と異常燃焼と
は関連があり、温度上昇率が大きければ異常燃焼が発生
し易い事が判明した。図１２はフィルター１０８ａ内の
最高温度が再生開始５分後に４５０℃になるように加熱
制御し、最終のフィルター１０８ａ内の最高到達温度が
７００℃になるように加熱制御した際、再生開始後５〜
６０分間の温度上昇率α℃／分とフィルター１０８ａ内
の最高到達温度との関係を示したものである。温度上昇
率が１５℃／分以下である場合、目標値である最高到達
温度が７００℃が安定して実現するが、温度上昇率が１
５℃／分以上になると図１１，図１２に示すような異常
燃焼が発生する確率が高くなり、目標値であるフィルタ
ー１０８ａ内最高温度７００℃を越える場合がある。
又、温度上昇率が２０℃／分以上になるとフィルター１
０８ａ内の最高到達温度が１５００℃以上になり、耐熱
溶融性に優れているチタン酸アルミニウムから成るフィ
ルターに於いても溶損する確率が高い。ここで、再生開
始直後、本実施例では再生開始５分後４５０℃迄は温度
上昇率が９０℃／分と大きいが、この領域での異常燃焼
は発生しない。これはフィルター１０８ａ内のパティキ
ュレートが燃焼し始めている段階では均一に燃焼が行わ
れている為だと推測される。Ｓ１４で最終のフィルター
１０８ａ内の最高温度を７００℃としたのは、図１８に
示すようにフィルター１０８ａに捕集されたもの（主と
してパティキュレート）は温度が６００℃近傍、又は７
００℃以下で完全に燃焼してしまう成分が殆どを占める
からである。従って逆に排ガスフィルター浄化の為には
フィルター内最高温度が最低６００℃以上なくてはなら
ない。

【００５０】再生時間を短くする為にフィルター内の温
度上昇率を上げる必要があるが、本実施例のように、フ
ィルター内最高温度が４５０℃〜７００℃の範囲内に於
いて、温度上昇率を２０℃／分以下とする事が好まし
い。更に好ましいのは１５℃／分以下である。

【００５１】Ｓ１２では、フィルター１０８ａ内の最大
温度勾配について算出し、フィルター１０８ａ内最大温
度勾配が２０℃／ｍｍ以上であれば、Ｓ１３に飛んで制
御部１１６はヒーター駆動部２０２に信号を出して電気
ヒーター１１７ａにかかる電圧を制御し、再びＳ１２に
戻る。Ｓ１４では、フィルター１０８ａ最高温度が７０
０℃以上かどうか判断し、７００℃以上の場合はＳ１５
にジャンプし、電気ヒーター１１７ａ、及びエアブロア
１１３をＯＦＦ状態にする。Ｓ１４で温度が７００℃以
下の時はＳ１６へ移行する。

【００５２】Ｓ１６では目標温度より実際の温度が低い
かどうか判定し、低かったらＳ１７へ進み電気ヒーター
１１７ａにかける電圧を増加させ、その後にＳ１１へ戻
り新たな目標温度を設定する。Ｓ１６で目標温度より高
かったらＳ１８に進んで、電気ヒーター１１７ａにかけ
る電圧を低減させてＳ８へ戻り、新たな目標温度を設定
する。

【００５３】尚、フィルター収納容器１０７ｂを再生す
る場合にも上記と同様に行う。この時、差圧検出部３０
１、ヒーター駆動部３０２、温度検出部３０４は、それ
ぞれ差圧検出部２０１、ヒーター駆動部２０２、温度検
出部２０４と同じ働きをする。

【００５４】更に、本実施例では、フィルター収納容器
１０７ａ内の温度調整を電気ヒーター１１７ａの発熱量
を変化させることによって行ったが、エアブロア１１３
の風量を変化させることによって調整しても良い。更に
電気ヒーター１１７ａの発熱量、及びエアブロア１１３
の両方を変化させることによって行っても良い。しかし
ながら制御が簡単で、低コストな方法としては本実施例
の様に電気ヒーター１１７ａを制御することが最も好ま
しい。

【００５５】本実施例では、フィルター収納容器１０７
ａ、１０７ｂの一方で排ガスの浄化を行い、前記一方の
フィルター収納容器が排ガスで目詰まりした場合に、他
方のフィルター収納容器で排ガスの浄化を行い、前記一
方のフィルター収納容器内のフィルターの再生を行う装
置について説明したが、一つのフィルター収納容器をも
つ装置の場合には、フィルターが目詰まりを起こした場
合には一旦エンジンを停止させてからフィルターの再生
を行うようにすれば良い。更にフィルター収納容器を３
つ以上配置したものでも同様の効果を得ることができ
る。

【００５６】更に、本実施例では、フィルター１０８ａ
内最高温度が７００℃になるかどうかを検知したけれど
も、７００℃を超えない様な時間を予め設定しておき、
その時間まで、所定の上昇温度でフィルターを加熱する
ようにしても良い。

【００５７】本実施例では、熱風によってフィルター１
０８ａを加熱したが、排ガスや酸化剤を添加した加熱流
体等でフィルター１０８ａを加熱しても同様の効果を得
ることができる。これらの加熱流体の中でも、空気を加
熱したものは非常に用いやすく、装置の構成が簡単にな
り、コスト等を低減することができる。

【００５８】フィルターのパティキュレートの捕集量は
１５ｇ／リットルである。空気加熱手段としては電気ヒ
ーターを使用し構造は金属パイプ内に発熱体を有し、そ
の中を空気が通過するもので、発熱体はカンタル線を使
用した。送風手段としてはエアブロアを使用し、空気流
量としては、１分間あたり６００リットルで、前記に定
義した平均流速Ｖとしては０．６２ｍ／ｓとした。その
他の構成は図１に示した構成とした。

【００５９】本実施例では、空気流量として、１分間あ
たり６００リットルで、前記に定義した平均流速Ｖとし
て表すと０．６２ｍ／ｓとしたが、平均流速Ｖはフィル
ター１０８ａ内のパティキュレートの捕集量に関連して
おり、フィルター１０８ａ内の均一加熱を図り、フィル
ターの破損（クラック）を防止し、再生効率１００％を
実現するためには、図１０に示すように、パティキュレ
ートの捕集量が増加するにしたがい平均流速Ｖを増加し
たほうが好ましい。

【００６０】例えば、パティキュレートの捕集量が５ｇ
／リットル時、平均流速Ｖは０．２ｍ／ｓ以上、捕集量
が１０ｇ／リットル時、平均流速Ｖは０．４ｍ／ｓ以
上、捕集量が１５ｇ／リットル時、平均流速Ｖは０．６
ｍ／ｓ以上、捕集量が２０ｇ／リットル時、平均流速Ｖ
は０．８ｍ／ｓ以上が各々好ましい。平均流速Ｖとして
は大きければ大きい程良いが、送風手段の能率から１．
５ｍ／ｓ以下が適当である。又、捕集量が比較的少ない
０〜５ｇ／リットルの範囲内に於いても、フィルター１
０８ａ内の均一加熱を図り、フィルターの破損（クラッ
ク）を防止し、再生効率１００％を実現するためには平
均流速Ｖは０．０５ｍ／ｓ以上が好ましい。本実施例で
はフィルター寸法として、径５．６６インチを使用し捕
集量と本平均流速の関係を導き出しているが、フィルタ
ーの径が変わった場合、本平均流速Ｖ（０．０５〜１．
５ｍ／ｓ）を参照して、捕集量に対する空気流量の最適
化を図れば良い。又、捕集量に対して、平均流速を変更
した際でも、本実施例に示したフィルター内温度履歴を
参照して加熱制御する。

【００６１】本実施例のように、フィルター１０８ａ内
最高温度が７００℃以上にならないように制御すること
によって、パティキュレートの異常燃焼が発生し温度上
昇が生じてもフィルター１０８ａ内最高到達温度を１５
００℃以下に抑える事ができる。この際、フィルター内
の最高温度が４５０℃〜７００℃の範囲内に於いて、フ
ィルター内温度上昇率が２０℃／分以下になるよう前記
フィルターを加熱制御する（ここで、フィルター自体の
耐久性を考慮すると、フィルター内温度上昇率は好まし
くは１５℃／分以内、更に好ましくは１０℃／分以内で
加熱する。）。図８に、本実施例の主成分としてチタン
酸アルミニウムから成るフィルターに於けるフィルター
１０８ａ内の温度勾配とフィルターの破損（クラック）
の関係を示した。フィルター１０８ａ内の温度勾配が２
０℃／ｍｍ以内とすることにより、フィルターの破損
（クラック）がない。フィルター１０８ａ内の温度勾配
が２０℃／ｍｍ以内がフィルターの破損（クラック）の
発生要因となる熱応力に拘わる許容限界温度と考えられ
る。又、今回、温度勾配２０℃／ｍｍ以内としたが、フ
ィルター自体の耐久性を考慮すると、好ましくは１０℃
／ｍｍ以内、更に好ましくは５℃／ｍｍ以内としたほう
が良い。

【００６２】ちなみに、フィルター１０８ａ内の温度勾
配を２０℃／ｍｍ以内とした場合、再生繰り返し回数２
５０回保証、フィルター１０８ａ内の温度勾配を１０℃
／ｍｍ以内とした場合、再生繰り返し回数５００回保
証、更に、フィルター１０８ａ内の温度勾配を５℃／ｍ
ｍ以内とした場合、再生繰り返し回数１０００回を保証
できる。又、図９に、従来のコージェライトから成るフ
ィルターに於けるフィルター内の温度勾配とフィルター
の破損（クラック）の関係を示した。コージェライトの
場合は温度勾配が１２℃／ｍｍ以内とすることにより、
フィルターの破損（クラック）がない。フィルター内の
温度勾配を１２℃／ｍｍ以内とした場合、再生繰り返し
回数２５０回保証、フィルター内の温度勾配を８℃／ｍ
ｍ以内とした場合、再生繰り返し回数５００回保証、更
に、フィルターの温度勾配を５℃／ｍｍ以内とした場
合、再生繰り返し回数１０００回を保証できる。これか
ら判るように、チタン酸アルミニウムから成るフィルタ
ーはコージェライトから成るフィルターに比べて、フィ
ルター内の温度勾配を大きくしても耐熱衝撃性、及び耐
熱応力に優れている。

【００６３】（実施例２）次に、本発明の電気ヒーター
の火炎伝播による一実施例に於ける排ガス浄化装置につ
いて図面を参照しながら説明する。図１５はディーゼル
機関の排ガス浄化装置を示す概略図である。２０２はデ
ィーゼル機関、２０３はディーゼル機関の各排気孔に各
上流部が各々連接された排気マニホールド、２０４はマ
ニホールド２０３の下流端部に上流端部が連接された排
気管（以下、上流排気管と称す）、２０５ａ、２０５ｂ
は上流側排気管２０４から各々分岐された分岐管、２１
０ａ、２１０ｂは分岐管２０５ａ、２０５ｂを連接する
連接管、２０６、２０９ａ、２０９ｂは流路を切り換え
る切り換えバルブ、２０７ａ、２０７ｂは各々分岐管２
０５ａ、２０５ｂに連接された容器、２０８ａ、２０８
ｂは主成分がチタン酸アルミニウムのフィルター（直径
５．６６インチ×長さ６インチ）、２１９ａ、２１９ｂ
は各々容器２０７ａ、２０７ｂの下流側に連接された下
流側排気管、２２０ａ〜２２２ａ、及び２２０ｂ〜２２
２ｂは各々の容器２０７ａ、２０７ｂ内に設けられたシ
ースタイプの電気ヒーター、２１３は連接管２１０ａ、
２１０ｂに取り付けられたパティキュレートの燃焼制御
の為のエア供給源であるブロア、Ｔ１〜Ｔ９はフィルタ
ー２０８ａ、２０８ｂ内に収納された温度センサー、２
１６は電気ヒーター２２０ａ〜２２２ａ、及び２２０ｂ
〜２２２ｂのオンオフ制御や温度センサーＴ１〜Ｔ９か
らの情報を基にブロア２１３の出力の制御、及び切り換
えバルブ２０６、２０９ａ、２０９ｂの開閉を制御する
コントローラーである。以上のように構成された本発明
の一実施例に於ける内燃機関の排ガス浄化方法を適用し
た排ガス浄化装置について以下、その動作を図１５、及
び図１６を参照しながら説明する。図１５は本発明の
（実施例２）に於ける内燃機関の排ガス浄化方法を適用
したディーゼル機関の排ガス浄化装置を示す概略図、図
１６は本発明の（実施例２）における排ガス浄化装置の
動作を示すフローチャートである。

【００６４】いま排ガス浄化装置はディーゼル機関２０
２から排出された排ガスをフィルター２０８ａで浄化し
ているものとする。まず、コントローラー２１６にある
タイマーで予め設定されて値に達するとコントローラー
２１６によりフィルター２０８ａの再生開始時期と判断
する。この再生時期の判断はフィルター２０８ａ前後の
差圧等による方法で構わない。次にコントローラー２１
６からの信号により、切り換えバルブ２０６を分岐管２
０５ａ側に閉塞すると同時に切り換えバルブ２１１を連
接管２１０ａ側が開になるように駆動させる（Ｓ１）。

【００６５】これにより、ディーゼル機関２０２からの
排ガスは排気マニホールド２０３、上流側排気管２０
４、分岐管２０５ｂを順次介して容器２０８ｂ内に導入
され、フィルター２０９ｂで排ガス中のパティキュレー
トが除去された浄化ガスが下流側排気管２１９ｂから大
気中に放出されると同時に、フィルター２０８ａの再生
開始となる。次にコントローラー２１６は予め設定され
た電流／電圧を電気ヒーター２２０ａに電圧印加する
（Ｓ２）。次にコントローラー２１６は予め設定された
電流／電圧をエアブロア２１３に印加する（Ｓ３）。以
上により、フィルター２０８ａの外周部が加熱され、そ
の部位の温度が上昇する。そこで、外周部の温度センサ
ーＴ３によりその部位の温度を測定し、設定温度２００
℃以上になると（Ｓ４）、他の電気ヒーター２２１ａ、
２２２ａに予め設定された電流／電圧が印加される（Ｓ
５）。そして温度センサーＴ１、Ｔ２、Ｔ３の何れかが
予め設定された温度上昇率が１５℃／ｓｅｃ．を越える
と（Ｓ６）、全ての電気ヒーター２２０ａ〜２２０ｂを
オフにする（Ｓ７）。その後はフィルター２０８ａ内の
最高温度、及び温度勾配の２つのパラメーターによりブ
ロア２１３の再生用エア流量を制御する再生ルーチンに
入る（Ｓ８）。ここで、最高温度。及び温度勾配につい
ては（実施例１）に記述した算出方法に基ずく。そして
温度センサーＴ７、Ｔ８、及びＴ９全てマイナスの温度
上昇率となり温度が４００℃以下の条件になると（Ｓ
９）、再生行程の動作を完了する。本実施例ではフィル
ター２０８ａを再生したが、フィルター２０８ｂを再生
する場合は本説明のａとｂを入れ換えたルーチンにすれ
ば良い。以上のように動作される本発明の一実施例に於
ける内燃機関の排ガス浄化方法を適用した排ガス浄化装
置についてフィルター再生試験を行った。以下、その結
果について説明する。

【００６６】（実験例１）本発明の一実施例に於ける内
燃機関の排ガス浄化方法を適用した排ガス浄化装置を用
いて、それを３トンクラスのディーゼルエンジンのフォ
ークリフトに搭載し、排ガス中のパティキュレートを捕
集させた後、再生を行いフィルター２０８ａのクラッ
ク、溶損の有無を観察した。捕集の条件はフォークリフ
トを約８時間稼働させた後、パティキュレートの捕集量
を測定し、再生し、そのサイクルを１３回行った。以上
の結果を（表１）、及び１０回目のフィルター内温度分
布を図１４に示す。本実験に関しては、あえて温度勾配
が２０℃／ｍｍ以上になるものも実施した。

【００６７】

【表１】

【００６８】この結果から明らかなように、最高温度１
５００℃以下を実現し、最大温度勾配２０℃／ｍｍ以下
にコントロールすることにより、フィルターのクラッ
ク、及び溶損が発生せず実用性の高いレベルにある。こ
こで、最大温度勾配が２０℃／ｍｍ迄の領域に於いて、
主成分がチタン酸アルミニウムであるフィルターがコー
ジェライト質フィルターに対して、耐熱衝撃性、及び耐
熱応力性が優れている事は（実施例１）に記述したとう
りである。従来は単に電気ヒーターに一定の電力を供給
してフィルター内のパティキュレートを燃焼させていた
ので、異常燃焼を抑える事ができなかったが、本実施例
のようにフィルター内の温度、及び温度勾配を目安に電
気ヒーター、及びブロアを制御することで、異常燃焼発
生時でもフィルター内最高温度を１５００℃以下に抑え
る事ができる。

【００６９】

【発明の効果】本発明は、主成分がチタン酸アルミニウ
ムのハニカム成形体で、押出し方向とその垂直な方向の
熱膨張係数が正負反対の値を有すとともに、熱膨張係数
の絶対値がそれぞれ２．４×１０ ^-6 （１／℃）以下のフ
ィルターを使い、フィルター内最高到達温度が１５００
℃以下になるよう加熱制御する。従って、熱膨張・熱収
縮時に粒子間が受ける応力は大きくならない。空気を加
熱媒体として加熱する際はフィルター内温度が４５０℃
〜７００℃の範囲内に於いて、フィルター内温度上昇率
が２０℃／分以下になるように、又、フィルターのクラ
ックを防止する為に、火炎伝播による燃焼再生、及び空
気を加熱媒体として加熱する場合、両者共前記フィルタ
ー内の最大温度勾配を２０℃／ｍｍ以内、フィルター内
温度が４５０℃〜７００℃の範囲内に於いて、フィルタ
ー内温度上昇率が２０℃／分以下になるよう前記フィル
ターを加熱することにより、任意の箇所に於けるパティ
キュレートの燃焼反応による単位時間当たりの発熱量の
バラツキ を抑制し、いわゆる着火と呼ばれる急激な温
度上昇の発生がなく、任意の箇所に於けるフィルター内
の温度差を小さくし、異常高温も防止できる。このた
め、フィルターのクラック、及び溶損の発生を完全に防
止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の（実施例１）における排ガス浄化装置
を示す概略図

【図２】（ａ）本発明の（実施例１）に於ける排ガス浄
化装置に用いられる排ガスフィルターの斜視図 （ｂ）本発明の（実施例１）に於ける排ガス浄化装置に
用いられる排ガスフィルターのセルの拡大断面図

【図３】本発明の（実施例１）における排ガス浄化装置
を示すブロック図

【図４】本発明の（実施例１）に於ける排ガス浄化装置
の動作を示すフローチャート

【図５】温度センサーの検知温度とフィルター内温度の
関係を示すグラフ

【図６】温度センサーの検知最高温度とフィルター内最
高温度の関係を示すグラフ

【図７】温度センサーの検知温度差とフィルター内温度
勾配の関係を示すグラフ

【図８】フィルター内の温度勾配とフィルタークラック
との関係を示すグラフ

【図９】フィルター内の温度勾配とフィルタークラック
との関係を示すグラフ

【図１０】パティキュレート捕集量に対する平均流速と
の関係を示すグラフ

【図１１】フィルター温度上昇率とフィルター内の最高
到達温度との関係を示すグラフ

【図１２】フィルター温度上昇率とフィルター内の最高
到達温度との関係を示すグラフ

【図１３】従来の電気ヒーター方式によるフィルター内
の温度変化を示すグラフ

【図１４】本発明の（実施例１）における排ガス浄化装
置によるフィルター内の温度変化を示すグラフ

【図１５】本発明の（実施例２）における排ガス浄化装
置を示す概略図

【図１６】本発明の（実施例２）における排ガス浄化装
置の動作を示すフローチャート

【図１７】フィルター内の温度を求める際の測定ポイン
トを示す図

【図１８】捕集したパティキュレートの熱分析による温
度と燃焼重量の関係を示す摸式図

【図１９】従来のディーゼルエンジン機関の排ガス浄化
装置の概略構成を示す摸式図

【符号の説明】

２，１０２，２０２ ディーゼルエンジン ３，１０３，２０３ マニホールド ５ａ，５ｂ，１０５ａ，１０５ｂ，２０６ａ，２０６ｂ
分枝配管 ８ａ，８ｂ，１０８ａ，１０８ｂ，２０８ａ，２０８ｂ
フィルター １８ａ，１８ｂ，１１８ａ，１１８ｂ 放出弁 １１，１１１，２１１ 分枝弁 １３，１１３，２１３ エアブロア １６，１１６，２１６ 制御部 １１４ａ，１１４ｂ 温度センサー ２０ａ，２０ｂ，１１７ａ，１１７ｂ，２２０ａ〜２２
２ａ，２２０ｂ〜２２２ｂ 電気ヒーター １２１ａ，１２１ｂ 差圧センサー １Ａ ハニカム柱状体 １Ｂ セル １Ｃ 目封止材 ２Ａ 排ガス流入面 ２Ｂ 排ガス流出面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｆ０１Ｎ 9/00 ＺＡＢ Ｆ０１Ｎ 9/00 ＺＡＢＺ (72)発明者 藤原 康弘 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭64−69712（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−221135（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−34856（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−102937（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−240025（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−57311（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 3/02 F01N 9/00

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チタン酸アルミニウムを主成分とするハ
   ニカム成形体から構成され、押出し方向とその垂直な方
   向の熱膨張係数が正負反対の値を有するとともに熱膨張
   係数の絶対値がそれぞれ２．４×１０ ^-6 （１／℃）以下
   のフィルターに排ガスを通過させた後、前記フィルター
   を加熱して、前記フィルターに付着したパティキュレー
   ト等を燃焼させる排ガスフィルター浄化方法であって、
   フィルター内最高温度が６００〜１５００℃の範囲にな
   るよう前記フィルターを加熱制御することを特徴とする
   排ガスフィルター浄化方法。
2. 【請求項２】 チタン酸アルミニウムを主成分とするハ
   ニカム成形体から構成され、押出し方向とその垂直な方
   向の熱膨張係数が正負反対の値を有するとともに熱膨張
   係数の絶対値がそれぞれ２．４×１０ ^-6 （１／℃）以下
   のフィルターに排ガスを通過させた後、前記フィルター
   を加熱して、前記フィルターに付着したパティキュレー
   ト等を燃焼させる排ガスフィルター浄化方法であって、
   フィルターを加熱する場合、前記フィルター内の最大温
   度勾配を２０℃／ｍｍ以下になるよう前記フィルターを
   加熱制御することを特徴とする排ガスフィルター浄化方
   法。
3. 【請求項３】 チタン酸アルミニウムを主成分とするハ
   ニカム成形体から構成され、押出し方向とその垂直な方
   向の熱膨張係数が正負反対の値を有するとともに熱膨張
   係数の絶対値がそれぞれ２．４×１０ ^-6 （１／℃）以下
   のフィルターに排ガスを通過させた後、前記フィルター
   を加熱して、前記フィルターに付着したパティキュレー
   ト等を燃焼させる排ガスフィルター浄化方法であって、
   フィルターを加熱する場合、前記フィルター内最高温度
   が４５０℃〜７００℃の範囲内に於いて、フィルター内
   温度上昇率が２０℃／分以下になるよう前記フィルター
   を加熱制御することを特徴とする請求項１記載の排ガス
   フィルター浄化方法。
4. 【請求項４】 フィルターを加熱流体を吹き付けて加熱
   することを特徴とする請求項１、２、３いずれか１記載
   の排ガスフィルター浄化方法。
5. 【請求項５】 フィルターを電気ヒーターで加熱するこ
   とを特徴とする請求項１、２いずれか１記載の排ガスフ
   ィルター浄化方法。
6. 【請求項６】 排ガスを通過させて前記排ガス中のパテ
   ィキュレート等を捕集 するとともに、チタン酸アルミニ
   ウムを主成分とするハニカム成形体から構成され、押出
   し方向とその垂直な方向の熱膨張係数が正負反対の値を
   有し、且つ熱膨張係数の絶対値がそれぞれ２．４×１０
   ^-6 （１／℃）以下のフィルターと、前記フィルターを収
   納するフィルター収納容器と、前記フィルター収納容器
   内に排ガスを供給する第一の配管と、前記フィルター収
   納容器から浄化された排ガスを放出する第二の配管と、
   前記フィルターの加熱手段と、前記フィルターに送り込
   まれる加熱流体温度を検知する温度検知手段と、前記フ
   ィルターを加熱する時、前記フィルター内最高温度が６
   ００〜１５００℃の範囲とするように前記温度検知手段
   からの情報を基に前記加熱手段に供給するエネルギーを
   制御する制御部を備えたことを特徴とする排ガスフィル
   ター浄化装置。
7. 【請求項７】 排ガスを通過させて前記排ガス中のパテ
   ィキュレート等を捕集するとともに、チタン酸アルミニ
   ウムを主成分とするハニカム成形体から構成され、押出
   し方向とその垂直な方向の熱膨張係数が正負反対の値を
   有し、且つ熱膨張係数の絶対値がそれぞれ２．４×１０
   ^-6 （１／℃）以下のフィルターと、前記フィルターを収
   納するフィルター収納容器と、前記フィルター収納容器
   内に排ガスを供給する第一の配管と、前記フィルター収
   納容器から浄化された排ガスを放出する第二の配管と、
   前記フィルターの加熱手段と、前記フィルターに送り込
   まれる加熱流体温度を検知する温度検知手段と、前記フ
   ィルターを加熱する時、前記フィルター内の最大温度勾
   配を２０℃／ｍｍ以下になるように前記温度検知手段か
   らの情報を基に前記加熱手段に供給するエネルギーを制
   御する制御部を備えたことを特徴とする排ガスフィルタ
   ー浄化装置。
8. 【請求項８】 排ガスを通過させて前記排ガス中のパテ
   ィキュレート等を捕集するとともに、チタン酸アルミニ
   ウムを主成分とするハニカム成形体から構成され、押出
   し方向とその垂直な方向の熱膨張係数が正負反対の値を
   有し、且つ熱膨張係数の絶対値がそれぞれ２．４×１０
   ^-6 （１／℃）以下のフィルターと、前記フィルターを収
   納するフィルター収納容器と、前記フィルター収納容器
   内に排ガスを供給する第一の配管と、前記フィルター収
   納容器から浄化された排ガスを放出する第二の配管と、
   前記フィルターの加熱手段と、前記フィルターに送り込
   まれる加熱流体温度を検知する温度検知手段と、前記フ
   ィルターを加熱する時、前記フィルター内の最高温度が
   ４５０℃〜７００℃の範囲内に於いて、フィルター内温
   度上昇率が２０℃／分以下になるように前記温度検知手
   段からの情報を基に前記加熱手段に供給するエネルギー
   を制御する制御部を備えたことを特徴とする排ガスフィ
   ルター浄化装置。