JPH07127432A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】装置構成の複雑化を回避しつつディーゼルエン
ジンの青白煙、排気臭及びパティキュレ−トを除去可能
な排気ガス浄化装置を提供する。 【構成】フィルタはパティキュレ−ト燃焼促進用の触媒
粒子を担持している。ヒータはフィルタ再生時に通電さ
れて発熱し、フィルタの上流側端面のパティキュレ−ト
に着火する。ディーゼルエンジンの冷間始動時に、この
パティキュレ−ト着火用のヒータに通電し（２０８）、
これによりフィルタの触媒粒子を活性化して排気ガス中
の青白煙及び排気臭を酸化、分解する。本発明によれ
ば、パティキュレ−ト捕集用のフィルタ及びそれに着火
するヒータが青白煙及び排気臭を分解機能を兼用してい
るので、装置構成を簡単化しつつ冷間始動時の青白煙及
び排気臭を除去することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼルエンジンの
排気中に含まれる微粒子成分（パティキュレ−ト）を捕
集し、再生する排気ガス浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば特開平４−２００６１８号公報
は、ディーゼルエンジンを冷間始動する際に排出される
炭化水素化合物などからなる青白煙及び独特の排気臭を
除去するために、その排気経路に触媒ヒータを配設する
ことを提案している。この触媒ヒータは、触媒を担持す
る導電性担体にディーゼルエンジンの冷間始動後の所定
時間だけ通電して触媒を活性化させ、この触媒により排
気ガス中の青白煙及び排気臭を分解する。

【０００３】また、ディーゼルエンジンの排気ガスに含
まれるパティキュレ−トをハニカム状のセラミックフィ
ルタ（以下、フィルタともいう）で捕集し、捕集量があ
るレベルに達したらヒータでフィルタを加熱してパティ
キュレ−トを燃焼させてフィルタを再生することが知ら
れている。特開平２−２８５１２号公報は、このパティ
キュレ−ト捕集用のフィルタに触媒を担持させることに
より、パティキュレ−トの着火、燃焼を促進し、パティ
キュレ−トの燃え残りを低減することを提案している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記した触媒ヒータ
は、ディーゼルエンジンの冷間始動時に排出される青白
煙及び排気臭を除去でき、また、上記したフィルタは排
気ガスに含まれるパティキュレ−トを捕集するので、こ
れら触媒ヒータ及びフィルタの併用により、ディーゼル
エンジンの排気ガスはＮＯｘを除き充分に清浄化され
る。

【０００５】しかしながら、このような触媒ヒータ及び
フィルタの併用は、装置構成の複雑化、スペース及び重
量の増大、制御の複雑化を招き、信頼性を低下させると
いう欠点があった。本発明は上記問題に鑑みなされたも
のであり、装置構成の複雑化を回避しつつディーゼルエ
ンジンの青白煙、排気臭及びパティキュレ−トを除去可
能な排気ガス浄化装置を提供することをその目的として
いる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の排気ガス浄化装
置は、セラミックスからなる多孔性隔壁を軸方向に貫孔
して形成されるとともに下流側端部と上流側端部とが交
互に盲栓されてなる多数のセルを具備してディ−ゼルエ
ンジンの排気経路に内設されるパティキュレート補集用
のフィルタと、前記フィルタの上流側端面に沿って配設
されて通電により前記パティキュレ−トを燃焼させるヒ
ータと、前記ヒータの上流側の前記排気経路にパティキ
ュレ−ト燃焼用の空気を導入する給気手段と、前記ヒー
タへの通電を制御する制御手段とを備える排気ガス浄化
装置において、前記フィルタは酸化促進用の触媒粒子を
担持しており、前記制御手段はエンジン始動後所定時間
だけ前記ヒータへの通電を指令するものであることを特
徴としている。

【０００７】好適な態様において、前記ヒータは、前記
フィルタの一部のセルの内奥深く挿入される電熱線を有
する。好適な態様において、前記電熱線は、前記フィル
タとは別体のセラミックハニカムからなるホルダに支持
される電熱線とを有する。

【０００８】

【作用及び発明の効果】フィルタはパティキュレ−ト燃
焼促進用の触媒粒子を担持している。ヒータはフィルタ
再生時に通電されて発熱し、フィルタの上流側端面のパ
ティキュレ−トに着火する。本発明では、ディーゼルエ
ンジンの冷間始動時に、このパティキュレ−ト着火用の
ヒータに通電し、これによりフィルタの触媒粒子を活性
化して排気ガス中の青白煙及び排気臭を酸化、分解す
る。すなわち、パティキュレ−ト捕集用のフィルタ及び
それに着火するヒータが上記した触媒ヒータを兼用して
いるので、装置構成を簡単化しつつ冷間始動時の青白煙
及び排気臭を除去することができる。

【０００９】好適な態様において、このパティキュレ−
ト着火用のヒータはフィルタの一部のセルの内奥深く挿
入されている。このようにすれば、エンジン始動直後で
もフィルタ内部の触媒を急速にその反応温度まで昇温す
ることができるので、ヒータをフィルタ内部に深く挿入
しない場合に比較して青白煙及び排気臭分解可能な有効
触媒面積を格段に拡大することができる。

【００１０】好適な態様において、ヒータはフィルタと
は別体のセラミックハニカムからなるホルダに支持され
る。このようにすれば、ヒータ及びフィルタのどちらか
一方を交換する場合でも他方を一緒に交換する必要がな
い。

【００１１】

【実施例】本発明の排気ガス浄化装置の一実施例を図１
に示す。この排気ガス浄化装置は、ディーゼルエンジン
１９の上流側の排気管３と下流側の排気管４との間に介
設されたフィルタ収容ケース１を有し、フィルタ収容ケ
ース１内にはその上流側から下流側へ、排気圧検出用の
上流側圧力センサ７、温度センサ６、ヒータ９、フィル
タ２、フィルタ下流圧力検出用の下流側圧力センサ１７
が順番に配置されている。排気管３の途中から送気管３
０が分岐されており、送気管３０は電磁弁１４を通じて
給気用のブロワ１３の出口に連結され、給気用のブロワ
１３の入口は空気流量センサ１５を通じて外部に開口し
ている。

【００１２】一方、上記したヒータ９、ブロワ１３のモ
ータＭはコントローラ８により駆動制御され、また、デ
ィーゼルエンジン１９に装着された回転数センサ１８の
出力信号はコントローラ８に出力される。コントローラ
８はＡ／Ｄコンバータ内蔵マイコン（図示せず）を具備
しており、スイッチ５５、５６を開閉制御してヒータ
９、ブロワ１３を制御するともに、異常発生時に異常警
報ランプ８０を点灯する。なお、コントローラ８は、空
気流量センサ１５の信号に基づいてブロワ１３に印加す
る電圧をデューティ比制御（フィードバック制御）する
ことにより、ブロワ１３の給気流量を目標レベルに精密
制御している。８１は再生時期表示用のランプである。

【００１３】５は給電装置であって、商用地上電源（図
示せず）に接続されるプラグ５１、降圧トランス５２、
全波整流器５３からなり、全波整流器５３から出力され
る直流電圧が半導体電力スイッチ５５、５６を通じてヒ
ータ９及びブロワ駆動モータＭに供給される。フィルタ
２はハニカムセラミックフィルタ（日本碍子ｋｋ製、直
径５．６６インチ×長さ６インチ）であって、多孔性コ
−ジェライトを素材として円柱形状に焼成されている。
フィルタ２はその両端面を貫通する多数のセル（通気
孔）を有し、これらセルは、セラミックからなるプラグ
により下流側開口端を封栓された上流側セルと、上記プ
ラグにより上流側開口端を封栓された下流側セルとから
なり、これら上流側セル及び下流側セルは多孔性コ−ジ
ェライトからなる多孔性隔壁を隔てて交互に配置されて
いる。これにより、排気ガスは上流側セルから多孔性隔
壁を通じて隣接する下流側セルに透過し、パティキュレ
−トだけが多孔性隔壁に捕集される。多孔性隔壁には触
媒粒子が固着されている。この実施例では、触媒粒子に
はＰｔを採用しており、フィルタ２の体積１ｌ当たりＰ
ｔ２ｇを多孔性隔壁の表面に直接担持させている。

【００１４】以下、フィルタ２への触媒担持工程を詳細
に説明する。まず上記したフィルタ２に硝酸白金塩水溶
液又は白金アンモニウム塩水溶液を含浸させ、フィルタ
２の体積１ｌ当たりＰｔ２ｇを担持するようにフィルタ
２の吸水量を調整する。次に、１２０℃、２時間乾燥
後、電気炉にて大気雰囲気中で５００℃、１時間焼成し
て白金粒子を多孔性隔壁２３の表面に固相析出させた。
なお、この５００℃での焼成はパティキュレ−ト再生時
の高温を利用すれば省略可能であるが、この場合、排気
経路に溜った水に白金塩が溶解して偏析する問題が生じ
るので、ここでは電気炉による焼成をおこなった。

【００１５】ヒータ３は、後述するようにカンタル線を
素材とする電熱抵抗体からなり、フィルタ２の再生時上
流側に当たる端面に近接配置されている。以下、この装
置の動作を説明する。 （パティキュレ−ト捕集動作）ディ−ゼルエンジン１９
から排出された排気ガスは排気管３を通じてケース１内
に導入され、排気ガス中のパティキュレ−トはフィルタ
２で捕集され、浄化された排気ガスは尾管４から外部に
排出される。

【００１６】（フィルタ再生動作）次に、このフィルタ
２の再生動作を図２のフローチャートに従って説明す
る。なお、この装置ではフィルタ再生動作をエンジン停
止期間に外部電源から受電して手動操作による起動によ
り開始するものとする。再生開始直前に電磁弁１４は開
かれる。

【００１７】まず、エンジン運転中に実施されるフィル
タ再生判別ルーチン（ステップ１００〜１１１）及びエ
ンジン停止中に実施されるフィルタ再生実行ルーチン
（ステップ１１２〜１１６）からなるフィルタ再生ルー
チンを図２に示す。まず、エンジン１９の起動とともに
フィルタ再生判別ルーチンがスタートされ、ステップ１
００にて、圧力センサ７、１７が検出する排気圧力Ｐ
１，Ｐ２と、回転数センサ１８が検出するエンジン回転
数ｎと、温度センサ６が検出する排気ガス温度Ｔに基づ
いて、記憶マップに基づいてパティキュレ−ト捕集量を
算出する。

【００１８】次に、ステップ１０８にて、サーチしたパ
ティキュレ−ト捕集量Ｇが所定のしきい値Ｇｔを超過し
たかどうかを調べ、超過しなければステップ１００にリ
ターンし、超過したらステップ１１１に進む。ステップ
１１１では、フィルタ再生を指令するランプ８１を点灯
して、ルーチンを終了する。

【００１９】その後、運転者がフィルタ再生を指令する
ランプ８１の点灯を視認し、エンジン停止状態にて再生
スイッチ（図示せず）をオンすると、上記フィルタ再生
実行ルーチンが開始される。このルーチンでは、まずス
テップ１１２にてブロワ１３を起動し、次に、内蔵のタ
イマーを起動し（１１４）、タイマー制御サブルーチン
を実行してモータＭ及びヒータ９への通電を所定の順序
で行い（１１６）、再生を終了する。

【００２０】ヒータ９の詳細な構造を図３〜図６を参照
して以下説明する。このヒータ９は、ケース９０を有
し、ケース９０は、排気管３に接続される漏斗管部１ａ
と、フィルタ２を収容する円筒部１ｂとの間に介設され
て、これら漏斗部１ａ及び円筒部１ｂとともに、フィル
タ収容ケース１を構成している。ケース９０は、電熱線
９２を保持するハニカム状のホルダ９１を収容し、ケー
ス９０、ホルダ９１及び電熱線９２がヒータ９の主要構
成要素となっている。

【００２１】ケース９０は、ステンレスからなる両端開
口の円筒９０１と、円筒９０１の両端に溶接された輪板
９０２、９０３とからなる。輪板９０２、９０３の周囲
には貫通孔９０４が開口され、これら貫通孔９０４は漏
斗部１ａの貫通孔９０５と、円筒部１ｂの貫通孔９０６
とを貫通するスルーボルト（図示せず）により締結され
ている。

【００２２】ホルダ９１は、フィルタ２と同一工程、同
一材料で形成された厚肉円盤状のセラミックハニカムか
らなり、両端開口の多数のセル（通気孔）９１２を有し
ている。ホルダ９１は、膨張性セラミックからなるマッ
ト９１１を介して円筒９０１の下流側端部に収容されて
おり、マット９１１（及びホルダ９１の外周部）の下流
側端面は輪板９０３に当接している。一方、円筒９０１
には輪板９０７が固定されており、輪板９０７は輪板９
０２とともにマット９１１及びホルダ９１を挟持してい
る。

【００２３】電熱線９２を図６に示し、その部分拡大図
を図５に示す。電熱線９２は、下流側へＵ字状に延設さ
れた多数の屈曲部９２０を有する裸のカンタル線からな
り、各屈曲部９２０はそれぞれホルダ９１の上流側端面
から各セル９１２に個別に挿入されている。図４にホル
ダ９１の上流側端面を示す。

【００２４】電熱線Ｌ１〜Ｌ１５はホルダ９１の上流側
端面に沿って図中、それぞれ横方向に延設されており、
各電熱線Ｌ１〜Ｌ１５は図５に示すようにそれぞれホル
ダ９１の各セル９１２に個別に収容されるＵ字状の屈曲
部９２０を多数有している。各電熱線Ｌ１〜Ｌ１５を直
列又は並列接続して電熱線９２が構成されている。ま
た、図４に黒点で示すように屈曲部９２０を収容するセ
ル９１２の内の一部のセル９１２ａにはセラミック耐熱
封止材（商品名スミセラム、住友スリーエム株式会社
製）が充填されて、硬化したこのセラミック耐熱封止材
により電熱線９２が固定されている。

【００２５】一方、輪板９０７から所定距離上流側に位
置して保持プレート９０８が放射方向に配設されてお
り、保持プレート９０８の両端は円筒９０１の内周面に
固定されている。また、円筒９０１の開口に碍子を含む
プレート９３が固定されており、碍子９３の一対の螺子
孔（図示せず）には電極バー９４、９５の各一端部を個
別に固定する雄螺子形状の電極端子９６、９６（一方を
図示）が個別に螺入されている。

【００２６】更に、電極バー９４、９５の各他端部は碍
管９７を介して螺子９８により保持プレート９０８に固
定されており、電極バー９４、９５と電熱線９２の両端
とは電線９９、９９により個別に接続されている。電熱
線９２の屈曲部９２０は、フィルタ２の上記上流側セル
内に奥深く挿入されている。

【００２７】このヒータ９は、以下の効果を奏する。第
一に、ヒータ９は、フィルタ２と分離可能に配設される
とともに、フィルタ２の軸方向へＵ字状に形成された多
数の屈曲部９２０を有する裸の電熱線９２を備える。し
たがって、気流の抵抗増加を抑止しつつ電熱線と気流と
の接触面積（伝熱面積）を格段に増加でき、給気流量の
減少や電熱線の温度上昇を回避しつつ加熱電力を増大
し、気流全体を均一に加熱することができる。

【００２８】また、ヒータ９はフィルタ２と分離して構
成されているので、フィルタ２の交換に際し同時に廃棄
しなくてもよい。また、電熱線９２の各屈曲部９２０
は、ホルダ９１の両端開口の多数のセル９１２に個別に
収容されているので、隣接する屈曲部９２０同士が接触
したり、振動したりすることなく、安定に保持すること
ができる。このホルダ９１のセル９１２は両端開口短軸
形状を有し、その流体抵抗はフィルタ２のセルよりも格
段に小さい。なおこの実施例ではホルダ９１を多孔性の
コージェライトで形成したが密実なセラミックで構成し
てもよい。

【００２９】次に、本実施例の特徴をなすディーゼルエ
ンジン１９の冷間始動時の青白煙及び排気臭除去動作に
ついて図７のフローチャートを参照して説明する。な
お、このディーゼルエンジンは、通常の車両用のものと
同様に、給気経路中に給気加熱ヒータを有し、また燃焼
室内にグロープラグを有している。そして、この給気加
熱ヒータは冷却水温が０℃以下の場合に始動から数十秒
程度通電されて給気予熱を行う。またグロープラグも同
様に冷却水温が０℃以下の場合に始動から数十秒程度通
電されて爆発を助勢する。

【００３０】そこで、この実施例では、低温始動時には
始動から数十秒間だけ後述するヒータ９への通電を遮断
してバッテリ（図示せず）の負担を軽減している。ま
ず、エンジン始動とともにルーチンをスタートし、回転
数センサ１８から出力されるエンジン回転数Ｎｅを読み
取り、それがアイドル回転域かどうかを調べる（２０
０）。すなわち、エンジン回転数Ｎｅがアイドル回転域
より高ければ排気温度も高く、排気ガス中の青白煙や排
気臭も少なく処理不要と判定する。

【００３１】一方、アイドル中であれば、不図示の冷却
水温センサの出力により冷却水が４０℃以下かどうかを
調べ（２０１）、以下でなければ冷間始動でないとして
ステップ２００にリターンし、以下であれば冷間始動で
あるとして内蔵のタイマをスタートさせ（２０２）、エ
ンジン回転数Ｎｅがアイドル回転域かどうかを調べる
（２０４）。そして、ステップ２００、２０４でアイド
ル回転域でなければステップ２００にリターンする。

【００３２】ステップ２０４でアイドル回転域であれ
ば、タイマが６０秒に達したかどうかを調べ（２０
６）、達していなければステップ２０４にリターンし、
達したら上記した給気加熱ヒータ及びグロープラグへの
通電は終了したものとして、ヒータ９へ２ｋＷで通電し
（２０８）、これによりフィルタ２の触媒を急速加熱す
る。その結果、触媒は排気ガスに含まれる青白煙や排気
臭を分解し、更にＨＣ、ＣＯ、ホルムアルデヒドも無害
化する。

【００３３】次のステップ２１０では、再びアイドル回
転域かどうかを調べ（２１０）、そうでなければステッ
プ２１４に進んでヒータ９をオフしてルーチンを終了
し、アイドル回転域であれば上記タイマがカウント開始
から１２０秒経過したかどうかを調べ（２１２）、経過
していなければステップ２１０にリターンし、経過すれ
ばヒータ９を遮断して（２１４）、ステップ２００にリ
ターンする。

【００３４】すなわち、本実施例によれば、ヒータ９へ
の触媒加熱通電をエンジン始動から１分間、遅延させて
いるので、給気加熱ヒータ及びグロープラグとの並列運
転が回避でき、また、フィルタ２の熱衝撃も軽減され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排気ガス浄化装置の一実施例を示すブ
ロック図、

【図２】その再生動作を示すフローチャート、

【図３】ヒータの一実施例断面図、

【図４】ヒータの一部であるホルダの正面図、

【図５】ヒータの一部拡大側面図、

【図６】ヒータの一部拡大側面図、

【図７】触媒加熱ルーチンを示すフローチャート。

【符号の説明】

２はフィルタ、６は温度センサ、７、１７は圧力セン
サ、８はコントローラ（制御手段）、９はヒータ、１３
はブロワ（給気手段）、９１はヒータ９のホルダ、９２
はヒータ９の電熱線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｎ 3/20 ＺＡＢ Ｋ 3/22 ＺＡＢ ３１１ Ｚ 3/24 ＺＡＢ Ｅ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミックスからなる多孔性隔壁を軸方向
   に貫孔して形成されるとともに下流側端部と上流側端部
   とが交互に盲栓されてなる多数のセルを具備してディ−
   ゼルエンジンの排気経路に内設されるパティキュレート
   補集用のフィルタと、前記フィルタの上流側端面に沿っ
   て配設されて通電により前記パティキュレ−トを燃焼さ
   せるヒータと、前記ヒータの上流側の前記排気経路にパ
   ティキュレ−ト燃焼用の空気を導入する給気手段と、前
   記ヒータへの通電を制御する制御手段とを備える排気ガ
   ス浄化装置において、 前記フィルタは酸化促進用の触媒粒子を担持しており、
   前記制御手段はエンジン始動後所定時間だけ前記ヒータ
   への通電を指令するものであることを特徴とする排気ガ
   ス浄化装置。
2. 【請求項２】前記ヒータは、前記フィルタの一部のセル
   の内奥深く挿入される電熱線を有する請求項１記載の排
   気ガス浄化装置。
3. 【請求項３】前記電熱線は、前記フィルタとは別体のセ
   ラミックハニカムからなるホルダに支持される電熱線と
   を有する請求項２記載の排気ガス浄化装置。