JPH06221134A

JPH06221134A - 排気ガス処理装置

Info

Publication number: JPH06221134A
Application number: JP5029694A
Authority: JP
Inventors: Hideo Kawamura; 英男河村
Original assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Current assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Priority date: 1993-01-27
Filing date: 1993-01-27
Publication date: 1994-08-09

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、加熱したフィルタで排気ガス中の
パティキュレートを捕集して焼却処理する排気ガス処理
装置を提供する。【構成】本発明は、ケーシング２０内の上流側に気孔
の粗い導電性セラミックスから成る上流側フィルタ４
Ｒ、下流側に気孔の細かい導電性セラミックスから成る
下流側フィルタ４Ｆ、両者間に非導電性多孔質セラミッ
クスから成る中間フィルタ４Ｃを配置する。フィルタ４
Ｒ，４Ｆに通電して加熱し、フィルタ４Ｒ及び中間フィ
ルタ４Ｃで大きいサイズのパティキュレートを捕集し、
フィルタ４Ｆで細かいサイズのパティキュレートを捕集
し、フィルタ４で捕集されたパティキュレートを焼却処
理する。フィルタ４Ｒ，４Ｆへ供給する電力は排気ガス
エネルギーで駆動するターボチャージャ５の発電機６か
ら供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、エンジン、燃焼炉、
焼却炉等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、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・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。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（Ｄ）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（Ｐ）
をフィルタ（Ｆ）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】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、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の上流側に粗い目を持つ
導電性セラミックスから成る上流側フィルタを且つ下流
側に細かい目を持つ導電性セラミックスから成る下流側
フィルタを分離配置し、中間に非導電性セラミックスか
ら成る中間フィルタを配置し、特に、ディーゼルエンジ
ンから排出される排気ガス中のカーボン、煤、ＨＣ等の
パティキュレートを焼却処理する排気ガス処理装置に最
適であり、上流側フィルタで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捕集して焼却し、
下流側フィルタで粒子の小さいパティキュレートを捕集
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、上記の目的
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、排気系に配置されたケーシング内の上流側
に排気ガスの流れに交差する方向で長手方向に互いに非
接触状態に隔置状態に配置され且つ端部が接続部材で直
列に接続されている粗い目の導電性セラミックスから成
る上流側フィルタ、下流側に排気ガスの流れに交差する
方向で長手方向に互いに非接触状態に隔置状態に配置さ
れ且つ端部が接続部材で直列に接続されている細かい目
の導電性セラミックスから成る下流側フィルタ、前記上
流側フィルタと前記下流側フィルタとの間に配置された
非導電性多孔質セラミックスから成る中間フィルタ、及
び前記上流側フィルタと前記下流側フィルタに電力を供
給する電力供給手段、を有することを特徴とする排気ガ
ス処理装置に関する。

【００１１】また、この排気ガス処理装置において、前
記上流側フィルタと前記下流側フィルタとの温度を検出
する各温度センサー、及び該各温度センサーの検出信号
に応答して前記上流側フィルタと前記下流側フィルタへ
供給する電気量を制御するコントローラを有するもので
ある。

【００１２】また、この排気ガス処理装置において、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、前記下流側フィルタ及び前記中間フィ
ルタをそれぞれ配置した一対の処理室、並びに該各処理
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
有するものである。

【００１３】また、この排気ガス処理装置において、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上流側フィルタと前記下
流側フィル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。

【００１４】また、この排気ガス処理装置において、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。

【００１５】また、この排気ガス処理装置において、前
記電力供給手段は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したもの
である。

【００１６】また、この排気ガス処理装置において、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。

【００１７】

【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、排気系に配置されたケーシング内
に、粗い目の導電性セラミックスから成る上流側フィル
タ、下流側に細かい目の導電性セラミックスから成る下
流側フィルタ、及び前記上流側フィルタと前記下流側フ
ィルタとの間の非導電性セラミックスから成る中間フィ
ルタが配置されているので、前記各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を
焼却でき、細かい粒子のパティキュレートは下流側で焼
却できる。従って、前記上流側フィルタと前記下流側フ
ィルタは電流を流して加熱でき、前記各フィルタで捕集
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、特に上流側と下流側
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。

【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、各処理室に上流側フィルタ、中間フィルタ及び下流
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各フィルタは通電すること
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。

【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。

【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、前記上流側フ
ィルタと前記下流側フィルタに通電するため多量の電力
が必要であるが、前記フィル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、前記フィルタには常時電力を供給でき、前記フ
ィルタを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。

【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上流側
フィルタと前記下流側フィル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。

【００２２】

【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内に排気ガスを浄化するこ
とができる分割した３種の多孔質セラミックスをフィル
タとして配置したものであり、上流側に導電性セラミッ
クスから作製した粗い目の上流側フィルタ４Ｒ、下流側
に導電性セラミックスから作製した細かい目の下流側フ
ィルタ４Ｆ、及び中間に非導電性セラミックスから作製
した中間フィルタ４Ｃ（フィルタの総称は、符号４で示
す）を収容したものである。この排気ガス処理装置１に
おいて、ケーシング２０内には上流側フィルタ４Ｒと下
流側フィルタ４Ｆと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と下流側フィルタ
４Ｆとは、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。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、アルミナファイバー等の断熱材１９が配置され、
外部に対して遮熱されている。

【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、上流側フィルタ４Ｒと下流側
フィルタ４Ｆと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。このターボチ
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及び該タービン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。
このような発電機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。

【００２４】この排気ガス処理装置１において、上流側
フィルタ４Ｒと下流側フィルタ４Ｆは、例えば、炭化ケ
イ素ＳｉＣ、酸化チタンＴｉＯ₂−窒化ケイ素Ｓｉ₃Ｎ
₄、炭化ケイ素ＳｉＣ−ホウ化ジルコニウムＺｒＢ₂等
の導電性セラミックスから作製されている。即ち、導電
性セラミックスを基にして多孔質に固体化させて平板状
に形成したものであり、上流側フィルタ４Ｒと下流側フ
ィルタ４Ｆは、上記平板状セラミックスが排気ガス流れ
方向にショートしないように隔置状態に配置して構成さ
れている。そして、上流側フィルタ４Ｒは気孔の粗い目
に形成され、下流側フィルタ４Ｆは気孔の細かい目に形
成されており、下流側フィルタ４Ｆの方が上流側フィル
タ４Ｒに比較して電気抵抗が小さくなる。そこで、フィ
ルタ４の温度を、例えば、６００℃〜８００℃になるよ
うに、電圧制御、チョッパー等で制御することができ
る。また、中間フィルタ４Ｃは、例えば、酸化アルミニ
ウムＡｌ₂Ｏ₃、チタン酸アルミニウムＡｌ₂Ｔｉ
Ｏ₅、窒化ケイ素Ｓｉ₃Ｎ₄、炭化ケイ素ＳｉＣ等の非
導電性の多孔質セラミックスから作製され、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。

【００２５】上記のような各種のフィルタ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、中間フ
ィルタ４Ｃ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。

【００２６】上流側フィルタ４Ｒと下流側フィルタ４Ｆ
とを接続する接続部材１５は、フィルタと同一の導電性
セラミックスで作製してもよいが、インコロイ等のＮｉ
−Ｃｒ系の耐熱金属で作製することができる。また、上
流側フィルタ４Ｒと下流側フィルタ４Ｆとの端部を接続
部材１５で接続すると、上流側フィルタ４Ｒは電気的に
直列に接続され、また下流側フィルタ４Ｆも電気的に直
列に接続される。

【００２７】この排気ガス処理装置１において、上流側
フィルタ４Ｒの温度を検出するための温度センサー２８
と下流側フィルタ４Ｆの温度を検出するための温度セン
サー２９が設けられている。上流側フィルタ４Ｒと下流
側フィルタ４Ｆには、発電機６からの電力を供給するた
め、ライン１４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２の符号２４）を設けることもできる。

【００２８】この排気ガス処理装置１では、上流側フィ
ルタ４Ｒと下流側フィルタ４Ｆとを通電し、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上流側フィルタ４Ｒで捕
集され、中間フィルタ４Ｃで上流側フィルタ４Ｒで捕集
できなかった粒子の大きいパティキュレートが捕集さ
れ、次いで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で捕集される。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。

【００２９】この排気ガス処理装置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。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。フィルタ４
の上流側の開口２５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、Ｈ
Ｃ等のパティキュレートは、上流側フィルタ４Ｒと下流
側フィルタ４Ｆとにコントローラ１０の指令で電流を流
すと、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を通過して出口１８から外部へ放出され
る。しかも、上流側フィルタ４Ｒと下流側フィルタ４Ｆ
は、コントローラ１０の指令で制御され、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。

【００３０】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フィルタ４Ｒ，４Ｃ，４
Ｆを収容したデュアルタイプのものである。各処理室２
５，２６の入口通路１２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、この
排気ガス処理装置１において、各処理室２５，２６内の
上流側フィルタ４Ｒ及び下流側フィルタ４Ｆは排気ガス
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。

【００３１】この実施例では、電力供給手段、上流側フ
ィルタ４Ｒ、中間フィルタ４Ｃ、下流側フィルタ４Ｆ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上流側フィルタ４Ｒと各
下流側フィルタ４Ｆ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。

【００３２】この排気ガス処理装置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の指令で上流側フィルタ４Ｒと下流側フィル
タ４Ｆ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。

【００３３】処理室２５内のフィルタ４は、上流側フィ
ルタ４Ｒと下流側フィルタ４Ｆとの加熱によって温度上
昇できる状態であるが、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、この排気ガス処理装置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。

【００３４】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。こ
の排気ガス処理装置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
気ガスを排気通路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上記３種の
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。

【００３５】この排気ガス処理装置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。上流側フィルタ４Ｒ
と下流側フィルタ４Ｆ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。

【００３６】この排気ガス処理装置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１３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、上流側フィルタ４Ｒと下流側フ
ィルタ４Ｆの温度を監視しながら、上流側フィルタ４Ｒ
と下流側フィルタ４Ｆ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
号に応答して上流側フィルタ４Ｒと下流側フィルタ４Ｆ
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。

【００３７】

【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、上流側に粗い目の導電
性セラミックスから成る上流側フィルタを配置し、下流
側に細かい目の導電性セラミックスから成る下流側フィ
ルタを配置し、両者の中間に非導電性多孔質セラミック
スから成る中間フィルタ４Ｃを配置したので、上流側フ
ィルタと下流側フィルタとに通電して各フィルタを常に
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
されて焼却され、フィルタに目詰まりが発生することが
ない。そして、上流側フィルタと下流側フィルタに電流
を流すことによってフィルタは加熱され、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。

【００３８】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
タは上流側フィルタと下流側フィルタに通電することに
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。

【００３９】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（排気系）３ディーゼルエンジン（エンジン）４フィルタ４Ｃ中間フィルタ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２５，２６処理室２８，２９温度センサー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気系に配置されたケーシング内の上流
側に排気ガスの流れに交差する方向で長手方向に互いに
非接触状態に隔置状態に配置され且つ端部が接続部材で
直列に接続されている粗い目の導電性セラミックスから
成る上流側フィルタ、下流側に排気ガスの流れに交差す
る方向で長手方向に互いに非接触状態に隔置状態に配置
され且つ端部が接続部材で直列に接続されている細かい
目の導電性セラミックスから成る下流側フィルタ、前記
上流側フィルタと前記下流側フィルタとの間に配置され
た非導電性セラミックスから成る中間フィルタ、及び前
記上流側フィルタと前記下流側フィルタに電力を供給す
る電力供給手段、を有することを特徴とする排気ガス処
理装置。
【請求項２】前記上流側フィルタと前記下流側フィル
タとの温度を検出する各温度センサー、及び該各温度セ
ンサーの検出信号に応答して前記上流側フィルタと前記
下流側フィルタへ供給する電気量を制御するコントロー
ラを有す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、前記下流側フィルタ
及び前記中間フィルタをそれぞれ配置した一対の処理
室、並びに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す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上流側
フィルタと前記下流側フィル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を特徴とする請求項３に記
載の排気ガス処理装置。
【請求項５】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を特徴とする請求
項３に記載の排気ガス処理装置。
【請求項６】前記電力供給手段は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
機で構成したことを特徴とする請求項１又は３に記載の
排気ガス処理装置。
【請求項７】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を特徴とする請求項１又
は３に記載の排気ガス処理装置。