JPH10299458A - 排ガスフィルタ浄化装置及び排ガスフィルタ浄化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フィルタに付着しているパティキュレートの
状況を事前に把握することによって、最適使用電力量に
よってフィルタの燃焼再生を可能とするとともに再生が
不可能な程度の堆積量の場合には燃焼再生を自動的に中
断してフィルタの溶損等を防止することを目的とする。 【解決手段】 一定流量の再生空気を送るエアブロア７
と電気ヒータ４との間の領域または電気ヒータ４とフィ
ルタ３との間の領域の少なくとも１か所以上に圧力セン
サ１ａ，１ｂを備え、この圧力センサ１ａ，１ｂの少な
くとも１か所の値を基にフィルタ３に付着したパティキ
ュレートの捕集量を推定し、この推定値に応じて電気ヒ
ータ４への通電時間及びエアブロア７の送風時間を制御
する。また、過度にフィルタ３内にパティキュレートが
付着があると判断したときに、再生を中断して異常燃焼
によるフィルタ３のクラック及び溶損を未然に防止す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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）等をフィルタによって捕集し、捕集したものを燃焼
させることによってフィルタを再生する排ガスフィルタ
浄化装置及び排ガスフィルタ浄化方法に関する。

【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）が環境保護や健康上の理由から規制
され始めている。このパティキュレートを取り除き、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を取り付
け、このフィルタによってパティキュレートを濾過する
方法がある。このようなセラミック製のフィルタを備え
るものでは、ある程度パティキュレートがフィルタに堆
積したとき、これに火をつけて燃焼させて炭酸ガスに変
えて大気に放出し、セラミックフィルタをクリーンに再
生し、繰り返し使用することである。この操作は、一般
に燃焼再生（リジェネレーション）と呼ばれている。

【０００３】ディーゼルエンジンの排ガスは、一般的に
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、フィルタに堆積するだ
けで、これによって排気圧力が過度に上昇することにな
り、エンジン及びエミッション性能を低下させる。した
がって、燃焼再生には何らかの方法によって排ガス温度
を上げるか、又はフィルタ温度を上げることが必要とさ
れている。

【０００４】これに対し、排気系に２個のフィルタを別
途に備え、これらのフィルタによって排ガス浄化を交互
に行う方式が既に提案されいる。この方式では、燃焼再
生は排ガス濾過中ではなくてある程度パティキュレート
が堆積した後、排ガス浄化をもう一方のフィルタで行っ
ているときに、他方のフィルタにおいて燃焼再生が実施
される。なお、燃焼のための昇温手段としては、電気ヒ
ータ、バーナ、マイクロ波等が用いられる。

【０００５】また、屋内作業用のディーゼルエンジン駆
動のフォークリフト等では、フィルタにパティキュレー
トが堆積したら、エンジンを停止した後に外部電源やバ
ッテリから電力を供給してフィルタを加熱することによ
って、再生する排ガスフィルタ浄化装置が適用されてい
る。

【０００６】図１３は従来例におけるディーゼル機関の
排ガス浄化装置の概略構成を示す模式図である。

【０００７】図において、１０８ａ，１０８ｂはセラミ
ックハニカム製のフィルタ、１２０ａ，１２０ｂはフィ
ルタ１０８ａ，１０８ｂそれぞれを加熱するための電気
ヒータ、１０６はエンジン排ガス流路を制御する弁、１
１１は燃焼再生のための二次空気の導入弁、１１８ａ，
１１８ｂは燃焼再生のための再生用空気の排気弁、１１
３は再生用空気供給のためのエアポンプ、１０４，１０
５ａ，１０５ｂ，１０９ａ，１０９ｂはそれぞれエンジ
ン排ガスの流路配管、１１０ａ，１１０ｂ，１１９ａ，
１１９ｂ，１１２は燃焼再生の再生用空気及びその排気
の流路配管、１１６はエアポンプ１１３や弁１０６，導
入弁１１１，排気弁１１８ａ，１１８ｂや電気ヒータ１
２０ａ，１２０ｂを制御するコントローラ、１０２はデ
ィーゼルエンジン、１０３はマニホールド、１０７ａ，
１０７ｂはフィルタ１０８ａ，１０８ｂを収納する容器
である。

【０００８】以上のような構成の排ガス浄化装置のフィ
ルタ再生についての動作は次のとおりである。

【０００９】一方のフィルタ１０８ａが排ガス浄化に使
用されている期間において、フィルタ前後の差圧または
フィルタ上流側の圧力を測定する圧力センサ（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。
この時期まで配管１０４から配管１０５ａに流れていた
排ガスは、弁１０６及び導入弁１１１の作動切り替えに
より、配管１０４から配管１０５ｂに流れてフィルタ１
０８ｂを通過して浄化された後に配管１０９ｂから流出
する。

【００１０】一方、再生開始時期と判断されたフィルタ
１０８ａは、電気ヒータ１２０ａに通電されて加熱され
ると同時に、導入弁１１１が開いてエアポンプ１１３か
ら配管１１０ａを経由して再生用空気がフィルタ１０８
ａに供給される。ある時間経過すると、電気ヒータ１２
０ａの加熱によってフィルタ１０８ａ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
始し、このとき発生する燃焼排ガスは配管１１９ａから
流出する。そして、ある時間経過後には電気ヒータ１２
０ａへの通電が終了し、再生用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。

【００１１】更にある時間経過すると、燃焼再生が完了
したと判断して、エアポンプ１１３が停止して排気弁１
１８ａが閉じることにより再生用空気の供給も終了し、
フィルタ１０８ａは浄化待機の状態になる。

【００１２】その後、圧力センサ等の捕集量検知装置で
フィルタ１０８ｂが再生開始時期に達したと判断される
と、フィルタ１０８ａの再生処理の要領で、上記の各部
材に付した符号のうち上記の記号ａとｂを入れ換えた記
載に相当する動作が継続し、２個のフィルタ１０８ａ，
１０８ｂのそれぞれについて交互に排ガス浄化及び燃焼
再生を繰り返す。

【００１３】ここで、上記のフィルタ１０８ａ，１０８
ｂのそれぞれの浄化及び再生のサイクルにおいて不可欠
なフィルタの捕集量の推定の操作のための構成例として
は次のようなものがある。

【００１４】たとえば、特開昭５８−４８８３１号公報
には、エンジン稼働時にフィルタで排ガス濾過中に、フ
ィルタ上流に設置した排気管圧を検知し、この検知信号
をフィルタ再生の開始時期の信号として受け入れる構成
が記載されている。これは、エンジン運転中に背圧を継
続して検知するようにし、フィルタはその吸着能力が飽
和に至ると背圧が上昇するので、圧力センサがこの背圧
上昇を検知し、このときの検知信号をフィルタの再生開
始信号として利用しようとするものである。

【００１５】すなわち、背圧はエンジンの回転数やアク
セルの開度等の運転条件と対応しているので、排気系統
のコンピュータのメモリ内にエンジンの回転数及びアク
セル開度等の運転状態に応じた上限の背圧値を予め入力
しておけば、運転中にエンジンの回転数とアクセル開度
を計測することでその回転数に応じた所定背圧を計算す
ることができる。したがって、この計算値と実測背圧と
を比較することにより、フィルタ内に付着したパティキ
ュレート等の捕集量の推定が可能である。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】図１３に示した従来の
排ガス浄化装置では、再生用空気の一定流量が０．０５
〜２０００リットル／分の範囲で必要とされる。そし
て、異常燃焼が発生することがない安定した燃焼条件の
確保及び送風手段の能力から、好ましくは３００〜９０
０リットル／分の再生用空気の一定流量が要求されてい
る。また、再生用空気の温度としては、フィルタ内温度
が６００℃前後（好ましくは、６００℃以上）であるこ
とが燃焼再生のためには必須であり、この温度を維持で
きる電気ヒータ発熱体表面の温度は７００〜８００℃と
なる。このため、電気ヒータの仕様としては、７〜９ｋ
Ｗの容量が必要であり、外部電源としては商用電源ＡＣ
２００Ｖ３相となる。

【００１７】先に挙げた、屋内作業用のディーゼルエン
ジン駆動のフォークリフトでは、フィルタにパティキュ
レート等が堆積したら、作業を中断させてエンジンを停
止し、外部電源（ＡＣ２００Ｖ３相）から電力を供給し
てフィルタを再生する。この場合、フィルタに付着した
パティキュレート等の量に拘わらず、再生時間は最大１
時間を目安とすることが一般的である。このような時間
の設定の理由は、作業者の休憩時間（例えば、昼休み時
間）が約１時間程度であり、この休憩時間内に再生作業
を完了させれば、作業を中断する支障がないからであ
る。ところが、作業の中断による実稼働で支障がないも
のの、加熱に必要な使用電力量が多大となる傾向にあ
り、たとえば容量が７〜９ｋＷの電気ヒータを約１時間
使用して対応するような場合では消費電力量が膨大なも
のとなる。

【００１８】また、フィルタに付着したパティキュレー
ト等の量については、先に述べたように、排気管圧の検
知信号を利用して検出することが可能である。

【００１９】しかしながら、この従来方式では、たとえ
ばアクセルペダルの踏み込まれる加減速運転時等の過渡
状態やフィルタの再生時期に誤検知が生じやすい。すな
わち、加減速運転時にはエンジンの回転数やアクセル開
度は時間的に変化しているので検知系の遅れ要因の発生
が避けられず、その結果、実測されるエンジンの回転数
とアクセル開度とから計算される設定背圧値がフィルタ
の吸着能力の飽和度との対応に誤差が生じてくる。この
とき、フィルタ内に付着したパティキュレート等の量が
過大になりすぎる場合がある。したがって、電気ヒータ
による火炎伝播で燃焼させる排ガスフィルタ浄化装置で
は、部分的にパティキュレートの燃え残りが発生するこ
とになり、排ガス浄化のための捕集と燃焼再生とが繰り
返し行われると、パティキュレートの燃え残りによって
異常燃焼を招くことがある。このため、フィルタ自身が
高温になってクラックを発生したり溶損を引き起こすこ
とになる。このようなクラック及び溶損は、フィルタの
機能を大きく損なうので、フィルタの新品への交換また
は損傷していないフィルタへの交換を余儀なくされ、実
用化に向けての大きな障害となっている。

【００２０】本発明は、フィルタに付着しているパティ
キュレートの状況を事前に把握することによって、最適
使用電力量によってフィルタの燃焼再生を可能とすると
ともに再生が不可能な程度の堆積量の場合には燃焼再生
を自動的に中断してフィルタの溶損等を防止する排ガス
フィルタ浄化装置及び排ガスフィルタ浄化方法を提供す
ることを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は、通過する排ガ
ス中からパティキュレート等を捕集するフィルタと、こ
のフィルタを収納するフィルタ収納容器と、このフィル
タ収納容器内に排ガスを供給する第１の配管と、フィル
タ収納容器から浄化された排ガスを放出する第２の配管
と、フィルタを加熱する電気ヒータと、一定流量の再生
用空気を送る送風手段とを備えた排ガスフィルタ浄化装
置であって、送風手段と電気ヒータの間の領域または電
気ヒータとフィルタの間の領域の少なくとも１か所以上
に配置した圧力センサと、フィルタを加熱して付着した
パティキュレートを燃焼させるとき少なくとも一つの圧
力センサによる圧力検知値に基づきフィルタに付着した
パティキュレートの捕集量を推定する捕集量推定手段と
を備えたものである。

【００２２】これにより、フィルタに付着したパティキ
ュレート等の量を精度良く推定することが可能で、その
精度良く推定した量に応じ、電気ヒータの通電時間、及
び送風手段の送風時間を制御することにより、使用電力
の削減を可能にする排ガスフィルタ浄化装置が得られ
る。又、過度にフィルタ内にパティキュレート等が付着
していると判断した場合においては、その判断した時点
で、再生を中断することにより、事前に異常燃焼により
フィルタのクラック及び溶損を発生させないようにする
ことができる。

【００２３】より具体的には、パティキュレート等の量
が比較的少ない場合、再生時間が１時間必要とせず、再
生時間が３０分以内で終了するというように、再生時間
を短縮できるように制御することで使用電力量の削減に
つながり好都合である。

【００２４】また、過度にフィルタ内にパティキュレー
ト等が付着していると判断した場合においては、その判
断した時点で、再生を中断することにより、事前に異常
燃焼によりフィルタのクラック及び溶損を発生させない
ようにすることができる。そして、フィルタを排ガスフ
ィルタ浄化装置から取り外し、電気炉内等でフィルタ内
に付着したパティキュレート等を燃焼させフィルタを再
生しさえすれば、再度排ガスフィルタ浄化装置に取り付
けることにより使用できる。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、通過する排ガス中からパティキュレート等を捕集す
るフィルタと、このフィルタを収納するフィルタ収納容
器と、このフィルタ収納容器内に排ガスを供給する第１
の配管と、フィルタ収納容器から浄化された排ガスを放
出する第２の配管と、フィルタを加熱する電気ヒータ
と、一定流量の再生用空気を送る送風手段とを備えた排
ガスフィルタ浄化装置であって、送風手段と電気ヒータ
の間の領域または電気ヒータとフィルタの間の領域の少
なくとも１か所以上の圧力を検知する圧力センサと、フ
ィルタを加熱して付着したパティキュレートを燃焼させ
るとき少なくとも一つの圧力センサによる圧力検知値に
基づきフィルタに付着したパティキュレートの捕集量を
推定する捕集量推定手段とを備えたものであり、パティ
キュレートを燃焼させる際、フィルタ内に付着したパテ
ィキュレート等の量を推定可能であるという作用を有す
る。

【００２６】請求項２に記載の発明は、電気ヒータとフ
ィルタの間に温度センサを備えたものであり、温度セン
サの値に基づいて再生用空気の温度を検知できるという
作用を有する。

【００２７】請求項３に記載の発明は、フィルタを加熱
してパティキュレートを燃焼させるとき、電気ヒータ通
電中において、温度センサの値を基に電気ヒータの出力
を制御する手段を備えたものであり、再生用空気の温度
を検知し、電気ヒータの出力を制御することにより、そ
の再生用空気の温度を制御できるという作用を有する。

【００２８】請求項４に記載の発明は、圧力センサの少
なくとも１か所の値及び温度センサの値を基に、フィル
タに付着したパティキュレートの捕集量を推定する捕集
量推定手段と、推定したパティキュレートの捕集量に応
じてフィルタを加熱する電気ヒータ通電時間及び送風時
間を制御する制御手段を備えたものであり、再生用空気
の温度を検知し、圧力センサの値を基にパティキュレー
ト等の量を推定し、その推定したパティキュレート等の
量に応じ、フィルタを加熱する電気ヒータ通電時間、及
び一定流量の再生用空気を供給する送風手段による送風
時間を制御できるという作用を有する。

【００２９】請求項５に記載の発明は、推定したパティ
キュレートの捕集量に応じ、フィルタを加熱する電気ヒ
ータの通電停止及び送風を停止させる制御手段を備えた
ものであり、特に過度にパティキュレート等が付着して
いると判断した場合、フィルタを加熱する電気ヒータの
通電停止、及び送風手段による送風を停止でき、異常燃
焼によるフィルタのクラック及び溶損を回避できるとい
う作用を有する。

【００３０】請求項６に記載の発明は、通過する排ガス
の中からパティキュレート等を除去するフィルタを一定
流量の再生用空気で加熱して、フィルタに付着したパテ
ィキュレート等を燃焼させる排ガスフィルタ浄化方法で
あって、フィルタに付着したパティキュレート等の量に
応じ、フィルタを加熱する時間及び一定流量の再生用空
気を供給する時間をそれぞれ制御するものであり、フィ
ルタの加熱時間及び再生用空気の供給を最適化した操作
が可能になるという作用を有する。

【００３１】請求項７に記載の発明は、フィルタに付着
したパティキュレートを燃焼させるとき、再生用空気の
温度が５００℃以下の期間では、フィルタ手前の圧力値
を検出し、この検出値に基づいてフィルタに付着したパ
ティキュレートの量を推定するものであり、パティキュ
レート等の成分が燃焼開始しない温度域において精度良
くパティキュレート等の量を推定できるという作用を有
する。

【００３２】以下、本発明の実施の形態について、図１
ないし図５を用いて説明する。図１は本発明の実施の形
態における排ガスフィルタ浄化装置を示す概略図であ
る。

【００３３】図１の（ａ）に示す例は、フィルタ３を内
蔵したフィルタ収納容器５の中に、一定流量の再生用空
気を供給するための手段として、エアブロア７と電気ヒ
ータ４の間の領域及び電気ヒータ４とフィルタ３の間の
領域のそれぞれ２カ所に圧力センサ１ａ，１ｂを配置し
たものである。これらの圧力センサ１ａ，１ｂによって
それぞれ対応している領域の圧力を測定し、その圧力差
が一定の目標差圧値になるようにエアブロア７の出力を
制御し、再生用空気流量が一定になるように構成してい
る。そして、フィルタ収納容器５には、エアブロア７と
の間に再生用空気導入配管１１を接続するとともにフィ
ルタ３の下流には排ガス排出配管１０を連結し、更にデ
ィーゼルエンジンのマニホールドに連通する排ガス導入
配管９を接続している。なお、８は再生用空気導入配管
１１に組み込んだ開閉用のバルブである。

【００３４】圧力センサ１ａ，１ｂは、再生用空気の流
路内圧力を測定するものであり、これらはダイアフラム
に金属線歪みゲージを接着した電気抵抗形の圧力変換器
と圧力をダイアフラムまで導く導圧管とを備えた従来周
知のものである。

【００３５】フィルタ収納容器５に取り付けた圧力セン
サ１ｂは、電気ヒータ４とフィルタ３との間には位置し
ていないが、フィルタ収納容器５内に含まれていて電気
ヒータ４とフィルタ３との間からの圧力伝播に際しての
圧力降下等がないので、圧力検出に際しては何ら問題は
ない。また、圧力センサ１ｂの導圧管を電気ヒータ４と
フィルタ３の間まで延ばしてもよいが、導圧管の途中や
圧力センサ固定部分等に空気の漏れる箇所があれば、正
確な圧力測定ができないので配慮する必要がある。

【００３６】なお、圧力センサ１ａ，１ｂの種類として
は、受圧ダイアフラムの変位を感知して圧力へ変換する
ものが殆どで、その変位を金属線歪みゲージや結晶格子
の変形による電気抵抗が変化する半導体を用いたものが
ある。その他に、ピエゾ圧電形，電磁誘導形，静電容量
形，振動形圧力変換器などの圧力センサの種類がある。

【００３７】電気ヒータ４とフィルタ３との間には、フ
ィルタ３に入る直前の加熱された再生用空気の温度を測
定するため、熱電対を利用した温度センサ２を配置す
る。

【００３８】パティキュレートを捕集するフィルタ３
は、ウォールスルータイプのハニカム構造で、材質とし
てはコージェライトやムライト及びチタン酸アルミニュ
ーム等の熱膨張係数が小さくて耐熱衝撃性及び耐熱溶融
性に優れた材料が用いられる。

【００３９】フィルタ３の形状は、円筒形のものが殆ど
であるが楕円筒形や方形でもよく、まが大きさは、直径
４〜１３インチ，長さ５〜１４インチで、セル数は１イ
ンチ平方あたり５０〜４００個であり、酸化触媒を設け
るようにしてもよい。フィルタ３に捕集されるパティキ
ュレートの捕集量は、フィルタの単位体積（１リット
ル）あたりの重量（グラム）で表して１〜３０ｇ／リッ
トル程度である。

【００４０】再生用空気を加熱する手段として備える電
気ヒータ４は、発熱体と空気が接触する構造としたもの
で、発熱体としてはニクロム線，カンタル線，セラミッ
クヒータ等がある。加熱する空気量に応じてヒータ容量
を決めるのは当然であり、また電気ヒータ４の圧力損失
が大きいほど熱交換時間が長くなるので熱変換効率が向
上することも無論である。

【００４１】フィルタ収納容器５は、耐熱性のある金属
を使用したもので、フィルタ３との間には蛭石等を含有
して熱によって膨張する材質のシール材６を介在させる
ことによって、パティキュレートの漏れを防止する。な
お、このフィルタ収納容器５の放熱によってフィルタの
内外周の温度差が発生するので、セラミックウールなど
の断熱材で包み込んだり真空断熱容器にする等の断熱構
造を持たせることが好ましい。

【００４２】エアブロア７は、ダイアフラム式のエアポ
ンプと比較して静圧を低くして使えるようにした軸流送
風機であり、排ガスのエアブロア７への流入を防止する
ために再生用空気導入配管１１の中途にはバルブ８を組
み込んでいる。

【００４３】また、排ガス導入配管９及び排ガス排出配
管１０は耐熱性及び耐食性を有する金属を素材としたも
ので、特にステンレス鋼を用いるほうが好ましい。な
お、これらの排ガス導入配管９及び排ガス排出配管１０
の内径は、エンジンの排気量によって変更することは当
然である。

【００４４】再生用空気の流量としては、０．０５〜２
ｍ³／分であって多ければ多い程よいが、送風手段の能
力から１ｍ³／分程度以下が適当である。また、１ｍ³／
分程度の空気を加熱するには多大な電力が必要となるた
め、加熱空気の循環やエンジン排ガス利用等の電力削減
手段を設けることが好ましい。

【００４５】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３に捕集されても、再
生中に燃焼しないままで蒸発して大気中に放出されるの
で、フィルタ３の前または後に貴金属等を担持したＳＯ
Ｆ酸化触媒を設けることが好ましい。

【００４６】温度センサ２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、排ガスに曝されるので耐食性が良いものが好まし
く、放射伝熱による指示温度の低下を防ぐように温度セ
ンサの配置を考慮することが好ましい。その他のサーミ
スタについても同様に実施可能である。

【００４７】なお、排ガス導入から排出の流路を図示の
単一のものとするのに代えて、その他の排ガス流路が二
つ以上に分岐してフィルタが交互に捕集再生を実施する
自動再生システムについても同様に実施可能である。

【００４８】更に、以上の図１の（ａ）の構成に代え
て、一定流量の再生用空気を供給するために図１の
（ｂ）に示すように、例えば流量計１２を圧力センサ１
ａの箇所に配置し、流量計１２の値に基づいてエアブロ
ア７の出力を制御することによって、再生用空気流量が
一定になるような構成としてもよい。そして、圧力セン
サ１ａ，１ｂはエアブロア７と電気ヒータ４の間の領域
または電気ヒータ４とフィルタ３の間の領域の少なくと
も１か所でもよく、図１の（ｂ）の例では圧力センサ１
ｂだけを備えている。

【００４９】図２は本発明の実施の形態における排ガス
フィルタ浄化のフローチャートであり、その作動を順に
説明する。

【００５０】まず、ステップ１において、フィルタ３の
目詰まりまたはエンジンの運転時間等により、再生を実
施すべきかどうかの判断を実施する。ここで、Ｎｏであ
れば、目詰まりの監視あるいはエンジンの運転時間の積
算を継続する。

【００５１】ステップ１で再生時期と判断すると、ステ
ップ２に移行して再生のための準備を実施する。この準
備段階では、フィルタを２個以上有する装置において
は、排ガスの流路を切り替える操作を行い、フィルタが
１個のシステムにおいては、エンジンを停止して排ガス
のフィルタ３への流入を遮断すればよい。

【００５２】次に、再生操作のスタートとして、電気ヒ
ータ４とエアブロア７に電圧を印加し、ステップ４にお
いて圧力センサ１ａと１ｂの圧力差と目標差圧を比較す
る。

【００５３】この圧力差と目標差圧が一致していないと
きには、ステップ５においてその差に応じて演算して、
エアブロア７に対する印加電圧を増減する。ステップ６
において、再生操作がスタートしてからの時間に応じて
目標温度を設定し、実際に測定する温度センサ２の温度
と比較する。この実測温度と目標温度が一致していない
ときは、ステップ７へ移行し、その温度差に応じて演算
を実施し、電気ヒータ４のオン／オフ時間比を変更す
る。次いでステップ８に移行し、圧力センサ１ａ，１ｂ
の何れか一カ所の圧力値及び温度センサ２の温度値を基
にして捕集量を推定し、推定した捕集量に応じ再生パタ
ーン（再生時間）を決定するとともに目標温度の設定を
行う。

【００５４】更にステップ９に移行して圧力センサ１
ａ，１ｂの圧力差と目標差圧を比較し、これらが一致し
ていないときには、ステップ１０においてその差に応じ
て演算し、エアブロア７に対する印加電圧を増減する。
一致しているときはステップ１１に移行し、再生パター
ンを決定した時点からの時間に応じて、目標温度を設定
し、実際に測定する温度センサ２の温度と比較する。こ
れらの温度が一致していない場合は、ステップ１２へ移
行してその温度差に応じて演算を実施し、電気ヒータ４
のオン／オフ時間比を変更する。

【００５５】最後に、ステップ１３に移行して再生終了
判断を実施し、再生終了でなければステップ９に戻って
同じ動作を繰り返し、再生終了と判断すればステップ１
４に移行して、電気ヒータ４とエアブロア７の電源を切
る。

【００５６】以上の例は、一定流量の再生用空気を供給
するための手段として、送風手段であるエアブロア７と
電気ヒータ４の間の領域と電気ヒータ４とフィルタ３の
間の領域の２か所に圧力センサ１ａ，１ｂを配置し、各
々の圧力を測定し、その圧力差が一定の目標差圧値にな
るように送風手段エアブロア７の出力を制御し、再生用
空気流量を一定になるように構成したものである。これ
に代えて、一定流量の再生用空気を供給するための手段
として、図１の（ｂ）で示したように、圧力センサ１ａ
の箇所に配置した流量計１２の値を基にして、エアブロ
ア７の出力を制御して再生用空気流量が一定になるよう
に制御してもよい。このような操作では、図３のフロー
チャートに示すように、ステップ４及びステップ９にお
いては流量計１２から得られる流量値と目標流量を比較
することになり、その他については同様な動作となる。

【００５７】次に図２のフローチャートにしたがった制
御ブロック図を図４を用いて説明する。

【００５８】この制御ブロックにおいては、制御信号の
入力系は圧力センサ１ａ，１ｂ及び温度センサ２であ
り、圧力センサ１ａ，１ｂから発生する電圧信号を圧力
演算部においてそれぞれ圧力値に換算する。そして、差
圧演算部において、圧力値の差を演算し、目標差圧設定
部に規定されている差圧と先に演算した圧力値の差を比
較演算部で実施する。この比較演算内容により調節部で
調整度合いを決定し、パワーコントローラに出力し、エ
アブロア７を制御する。また、圧力センサ１ａ，１ｂの
何れか一か所の圧力センサ（図示の例では圧力センサ１
ａ側）において捕集量設定部に規定されている捕集量推
定値と先に演算した圧力値を比較演算部で実施する。そ
の比較演算内容により、捕集量推定部においてフィルタ
内に付着したパティキュレート等の捕集量を推定する。

【００５９】一方、温度センサ２の入力は、熱電対の起
電力を温度演算部において温度に換算することによって
行い、再生スタートしてからと捕集量を推定した時点か
らの時間に応じて、目標温度設定部において目標温度を
設定する。このようにして演算した温度と目標温度を比
較演算部において比較し、比較演算内容により調節部で
調整度合いを決定し、ソリッドステートリレーに出力し
て電気ヒータ４を制御する。

【００６０】以上の例では、一定流量の再生用空気を供
給するための手段として、エアブロア７と電気ヒータ４
の間の領域と電気ヒータ４とフィルタ３の間の領域の２
か所に圧力センサ１ａ，１ｂを配置し、各々の圧力を測
定してその圧力差が一定の目標差圧値になるようにエア
ブロア７の出力を制御し、再生用空気流量が一定になる
ような構成としている。これに代えて、一定流量の再生
用空気を供給するための手段として、図１の（ｂ）に示
すように圧力センサ１ａの箇所に配置した流量計１２の
値を基にエアブロア７の出力を制御することによって、
再生用空気流量が一定になるようにしてもよい。この場
合は、図５に示すように、図３のフローチャートにした
がった制御ブロック図となり、このブロック図において
は流量計から発生する電圧信号を流量演算部に於いて流
量値に換算する。そして、目標流量設定部に規定されて
いる流量と先に演算した流量値を比較演算部で比較し、
その比較演算内容により調節部で調整度合いを決定し、
パワーコントローラに出力してエアブロア７を制御す
る。なお、捕集量推定は前記と同様な動作で実施される
もので、図５のブロック図においては、圧力センサ１ｂ
を使用するものとし圧力センサ１ａは設置しない場合を
示す。

【００６１】

【実施例】次に、本発明の具体例を説明する。

【００６２】（実施例１）空気加熱用の電気ヒータ４は
トーチ型のヒータを用いることができ、このようなタイ
プのヒータではその形状によって圧力損失の値が異なる
のは無論である。

【００６３】本実施例におけるトーチ型の電気ヒータ
は、径が１００ｍｍで長さが１５０ｍｍの円筒形内に径
３０ｍｍの貫通孔を３個等配に設け、その中にコイル状
の電気ヒータを備え、熱交換率が向上するようにコイル
の中心にはセラミック製の棒をセットしたものであり、
その容量は８ｋＷである。

【００６４】フィルタ３は、ウォールスルータイプのハ
ニカム構造のコージェライト製であり、大きさは直径
５．６６インチ、長さ６インチで、セル数は１インチ平
方あたり２００個のものを使用した。

【００６５】ここで、先に説明した図１の（ａ）の例
は、圧力センサ１ａ，１ｂを２か所に設置してそれぞれ
により各部位の圧力を測定し、これらの圧力差が一定の
目標差圧値になるようにエアブロア７の出力を制御する
ことによって、再生用空気流量が一定になるように構成
したものである。このような構成において、電気ヒータ
４を用いたときには、図６に示すように、５００リット
ル／分の再生用空気を２００〜６５０℃に加熱すると、
２か所に設置した圧力センサの間に約１２０ｍｍＡｑの
圧力差が発生した。

【００６６】図７に圧力センサ１ａ，１ｂの差圧が１２
０ｍｍＡｑになるようにエアブロア７をＰＩＤ制御した
ときの、横軸を時間軸とし再生用空気量の履歴を示す。
なお、温度センサ２で測定した加熱空気の温度とフィル
タ３の前後の差圧を測定したデータと、圧力センサ１
ａ，１ｂによる検出圧力の差圧もプロットした。

【００６７】ここで、注意すべきは、図８に示すよう
に、この差圧値は再生用空気量に依存して異なるので、
必要となる再生用空気量に応じて、圧力センサ１ａ，１
ｂの差圧目標値を変更してＰＩＤ制御しなくてはならな
いことである。また、図７に示すように、同じ再生用空
気量でもその空気の加熱温度によって、差圧値は異なっ
てくるので、必要となる加熱温度に応じて圧力センサ１
ａ，１ｂの差圧目標値は変更しＰＩＤ制御しなくてはな
らない。

【００６８】図７及び図８に示す再生用空気流量値は、
エアブロア７と電気ヒータ４の間にマスフロー流量計を
セットして空気流量を測定した結果である。

【００６９】図６で重要なことは、圧力センサ１ａ，１
ｂのそれぞれについて、差圧値は時間の経過とともに同
一であるが、時間経過が７５０秒に達するまでの期間で
は圧力絶対値が膨らみを持った曲線になっていることで
ある。このような特性が、本発明に至る重要な発見であ
り、後述するように、この膨らみとして表される特性は
フィルタに付着したパティキュレート等の捕集量に依存
するものである。

【００７０】なお、一定流量の再生用空気を供給するた
めの手段として、図１の（ｂ）に示すように圧力センサ
１ａの箇所に配置した流量計１２の値を基に、エアブロ
ア７の出力を制御して再生用空気流量が一定になるよう
にしてもよい。

【００７１】（実施例２）図９にフィルタ内に付着した
パティキュレート等の捕集量と圧力センサ１ｂの圧力値
との関係を示す。

【００７２】これは、再生用空気量を５００リットル／
分の一定量とし、温度制御として温度センサ２の値に基
づいて、再生スタートしてからの時間により目標温度を
設定し、電気ヒータ出力に対してＰＩＤ制御して得たも
のである。なお、この制御においては、再生スタートか
ら３００秒後に、再生用空気の温度が４００℃になるよ
うにＰＩＤ制御した。

【００７３】図９から明らかなように、再生用空気量が
一定の５００リットル／分であり、再生用空気の温度が
４００℃のときには、圧力センサ１ｂの圧力値が捕集量
に依存していることが判る。なお、図には圧力センサ１
ｂの値のみプロットしているが、圧力センサ１ｂの代わ
りに、圧力センサ１ａを使用した際も同様な傾向であ
り、圧力値の絶対値が１２０ｍｍＡｑ分だけプラス側に
シフトするのみである。

【００７４】すなわち、空気温度が４００℃になった時
点で、圧力センサの圧力値を認識することにより、フィ
ルタ内に付着したパティキュレート等の捕集量の推定が
可能である。なお、圧力値は圧力センサ１ａ，１ｂのど
ちらで検出したものでもよい。

【００７５】また、圧力値を基に捕集量を推定する際の
再生用空気の温度域に関し、フィルタ内に付着したパテ
ィキュレート等の成分が燃焼し始める５００℃以上にな
ると、図９に示す関係に誤差が生じてくるので、好まし
くは再生用空気の温度が５００℃以下の領域で実施した
方がよい。

【００７６】（実施例３）実施例２において、一定流量
の再生用空気を加熱し、圧力センサの少なくとも１か所
の値及び温度センサの値を基に、フィルタに付着したパ
ティキュレートの捕集量を推定することを示した。ここ
では、推定したパティキュレートの捕集量に応じ、フィ
ルタ３を加熱する電気ヒータ４への通電時間、及び一定
流量の再生用空気を供給する送風手段による送風時間を
制御することについて説明する。

【００７７】図１０はフィルタ内に付着したパティキュ
レート等を燃焼させる際の捕集量とフィルタ加熱温度
（昇温条件）との関係を示したものである。これは、本
発明者らがフィルタを再生した際、再生後の再生率１０
０％を確保するとともに、異常燃焼によりフィルタのク
ラック及び溶損を発生させないように安全域でフィルタ
を昇温させる昇温条件を示したものである。

【００７８】再生率（％）は、再生率（％）＝｛１−
（再生後のフィルタ重量−捕集前のフィルタ初期重量）
／捕集前のフィルタ初期重量｝×１００として定義され
るものである。そして、この再生率の値が大きい程、フ
ィルタ内に付着したパティキュレート等の燃焼残りが少
なく良好であることを示し、たとえば再生率が１００％
とは、フィルタ内にパティキュレート等の燃焼残りが無
いことを意味する。

【００７９】図１０が示すことは、捕集量が比較的少な
い場合では早い時期にフィルタを加熱することが可能
で、再生時間が短く設定できるということである。これ
は、捕集量が比較的少ないときには、パティキュレート
等が燃焼するときに発生する発熱量が捕集量が多い場合
と比較して比較的少ないことから、フィルタの昇温速度
を高めに設定しても、フィルタ内の異常発熱により異常
燃焼が発生せず、その結果フィルタのクラックや溶損が
発生しないためと考えられる。

【００８０】本発明者らが確認したこの捕集量に応じた
安全域であるフィルタ昇温条件を適用して、捕集量に応
じて再生時間を変更した実施例について説明する。

【００８１】捕集量のカテゴリーとしては３種類に分
け、第一に捕集量７ｇ／リットル以下、第二に捕集量７
〜１０ｇ／リットル、第三に捕集量１０〜１５ｇ／リッ
トルの３種類である。

【００８２】図１１は再生開始スタートから、再生用空
気量を一定の５００リットル／分を供給し、５分後に温
度センサが目標温度４００℃になった時点で、圧力セン
サ１ｂの圧力信号値と捕集量の関係をプロットしたもの
である。この図から、４００℃になった時点で圧力セン
サ１ｂの圧力信号値を検知して捕集量を推定し、その推
定した捕集量に応じて、再生パターンを３パターンから
十分に選定できることが判る。

【００８３】図１２の（ａ）及び（ｂ）に実際にフィル
タを再生させた際のフィルタ内の温度履歴を示す。フィ
ルタ内の温度を測定するにあたってはフィルタ内の任意
の箇所に熱電対を設けて測定した。

【００８４】図１２の（ａ）は捕集量が７ｇ／リットル
であり、図１１に示すように、再生開始スタートから再
生用空気量を一定の５００リットル／分を供給し、５分
後に温度センサが目標温度４００℃になった時点で、圧
力センサ１ｂの圧力信号値が５．２Ｖ（＝２６０／５０
Ｖ）であって圧力換算すると２００ｍｍＡｑとなり（使
用した圧力センサは５〜１０Ｖ出力電圧で、圧力換算す
ると０〜５０００ｍｍＡｑに相当する）、フィルタの再
生パターンとして再生パターン（１）を選定し、フィル
タを再生時間２５分を費やして再生した場合である。

【００８５】図１２の（ｂ）は捕集量が１５ｇ／リット
ルであり、同様に圧力センサ１ｂの圧力信号値が５．３
８Ｖ（＝２６９／５０Ｖ）であって圧力換算すると３８
０ｍｍＡｑのフィルタの再生パターンとして再生パター
ン（３）を選定し、フィルタを再生時間６０分を費やし
て再生した場合である。

【００８６】両者の使用電力量を比較すると、再生パタ
ーン（１）の場合が２．２ｋＷｈであり、再生パターン
（３）の場合が８．８ｋＷｈである。ちなみに、再生パ
ターン（２）は再生時間が３５分を要するので、使用電
力量は５．１ｋＷｈとなる。

【００８７】なお、この使用電力量の計算にあたって
は、電気ヒータ及びエアブロアの容量をそれぞれ８ｋＷ
及び８００Ｗとして算出した。

【００８８】このように、パティキュレート等の量に応
じてフィルタを加熱する電気ヒータ通電時間及びエアブ
ロアの送風時間を制御することにより、特にパティキュ
レート等の量が比較的少ない場合には使用電力量を削減
できることが判る。

【００８９】（実施例４）実施例３では、フィルタ内に
付着したパティキュレート等の量に応じて、フィルタを
加熱する電気ヒータ通電時間及び一定流量の再生用空気
を供給するエアブロアの送風時間を変更できることを説
明した。本発明者らが確認した再生パターン３種類は、
フィルタ内に付着したパティキュレート等の量が１５ｇ
／リットル迄の条件であり、それ以上の捕集量において
は、異常燃焼によりフィルタのクラック及び溶損を発生
する領域に至る。この場合、実施例３で示したように、
再生用空気量を一定の５００リットル／分を供給し、５
分後に温度センサ２が目標温度４００℃になった時点
で、圧力センサ１ｂの圧力信号値が５．３８Ｖ（＝２６
９／５０Ｖ）以上すなわち圧力換算すると３８０ｍｍＡ
ｑ以上のとき、フィルタを加熱する電気ヒータ４の通電
停止、及びエアブロアによる送風を停止することによ
り、事前に異常燃焼によりフィルタのクラック、及び溶
損を発生させないようにすることができる。この際、フ
ィルタを排ガス浄化装置から取り外し、電気炉内等でフ
ィルタ内に付着したパティキュレート等を燃焼させフィ
ルタを再生し、再度、排ガス浄化装置に取り付けること
により使用できる。

【００９０】以上、実施例１〜４において、本発明者ら
が確認済みの安全域での昇温パターン、及びフィルタ内
最大捕集量に対応させて説明したが、これらの絶対値及
び項目については、他の燃焼条件においても本発明に準
じて対応できることは無論である。

【００９１】

【発明の効果】本発明によれば、フィルタに付着したパ
ティキュレート等の量を精度良く推定してそのパティキ
ュレート等の量に応じ、フィルタを加熱する電気ヒータ
通電時間、及び一定流量の再生用空気を供給する送風時
間を制御することにより、使用電力量を従来構造に比べ
て大幅に削減できる。より具体的には、パティキュレー
ト等の量が比較的少ない場合には、フィルタの再生時間
が３０分以内で終了するというように、再生時間を短縮
できるように制御可能なので、使用電力量が削減され
る。

【００９２】また、過度にフィルタ内にパティキュレー
ト等が付着していると判断されたときには、その判断時
点で再生を中断することによって、事前に異常燃焼によ
るフィルタのクラック及び溶損の発生をなくすことがで
きる。したがって、電気炉内等でフィルタ内に付着した
パティキュレート等を燃焼させてフィルタを再生し、再
度排ガス浄化装置に取り付けることにより、フィルタを
無駄に消費してしまうこともない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における排ガスフィルタ浄
化装置を示す概略図

【図２】本発明の実施の形態における排ガスフィルタ浄
化のフローチャート

【図３】本発明の他の実施の形態における排ガスフィル
タ浄化のフローチャート

【図４】図２のフローチャートにしたがった制御ブロッ
ク図

【図５】図３のフローチャートにしたがった制御ブロッ
ク図

【図６】２か所に設置した圧力センサの圧力差を示す図

【図７】目標差圧を設定しエアブロアを制御したときの
再生用空気量を示す図

【図８】再生空気量と圧力センサの差圧との関係を示す
図

【図９】パティキュレート等の捕集量と圧力センサの圧
力値との関係を示す図

【図１０】パティキュレート等の捕集量とフィルタ加熱
温度（昇温条件）との関係を示す図

【図１１】パティキュレート等の捕集量と圧力センサの
圧力値との関係を示す図

【図１２】実際にフィルタを再生させた際のフィルタ内
の温度履歴を示す図

【図１３】従来例におけるディーゼル機関の排ガス浄化
装置の概略構成を示す模式図

【符号の説明】

１ａ，１ｂ 圧力センサ ２ 温度センサ ３ フィルタ ４ 電気ヒータ ５ フィルタ収納容器 ６ シール材 ７ エアブロア ８ バルブ ９ 排ガス導入配管 １０ 排ガス排出配管 １１ 再生用空気導入配管 １２ 流量計 １０２ ディーゼルエンジン １０３ マニホールド １０４，１０５ａ，１０５ｂ エンジン排ガスの導入配
管 １０６ 排ガス流路切替弁 １０７ａ，１０７ｂ フィルタ収納容器 １０８ａ，１０８ｂ フィルタ １０９ａ，１０９ｂ エンジン排ガスの排出配管 １１０ａ，１１０ｂ，１１２ 再生用空気導入配管 １１１ 再生用空気流路切替弁 １１３ エアポンプ １１６ コントローラー １１８ａ，１１８ｂ 再生用空気排出弁 １１９ａ，１１９ｂ 再生用空気排出配管 １２０ａ，１２０ｂ 電気ヒータ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】通過する排ガス中からパティキュレート等
   を捕集するフィルタと、このフィルタを収納するフィル
   タ収納容器と、このフィルタ収納容器内に排ガスを供給
   する第１の配管と、フィルタ収納容器から浄化された排
   ガスを放出する第２の配管と、フィルタを加熱する電気
   ヒータと、一定流量の再生用空気を送る送風手段とを備
   えた排ガスフィルタ浄化装置であって、送風手段と電気
   ヒータの間の領域または電気ヒータとフィルタの間の領
   域の少なくとも１か所以上の圧力を検知する圧力センサ
   と、フィルタを加熱して付着したパティキュレートを燃
   焼させるとき少なくとも一つの圧力センサによる圧力検
   知値に基づきフィルタに付着したパティキュレートの捕
   集量を推定する捕集量推定手段とを備えたことを特徴と
   する排ガスフィルタ浄化装置。
2. 【請求項２】電気ヒータとフィルタの間に温度センサを
   備えたことを特徴とする請求項１記載の排ガスフィルタ
   浄化装置。
3. 【請求項３】フィルタを加熱してパティキュレートを燃
   焼させるとき、電気ヒータ通電中において、温度センサ
   の値を基に電気ヒータの出力を制御する手段を備えたこ
   とを特徴とする請求項２に記載の排ガスフィルタ浄化装
   置。
4. 【請求項４】圧力センサの少なくとも１か所の値及び温
   度センサの値を基に、フィルタに付着したパティキュレ
   ートの捕集量を推定する捕集量推定手段と、推定したパ
   ティキュレートの捕集量に応じてフィルタを加熱する電
   気ヒータ通電時間及び送風時間を制御する制御手段を備
   えたことを特徴とする請求項２または３記載の排ガスフ
   ィルタ浄化装置。
5. 【請求項５】推定したパティキュレートの捕集量に応
   じ、フィルタを加熱する電気ヒータの通電停止及び送風
   を停止させる制御手段を備えたことを特徴とする請求項
   ４に記載の排ガスフィルタ浄化装置。
6. 【請求項６】通過する排ガスの中からパティキュレート
   等を除去するフィルタを一定流量の再生用空気で加熱し
   て、フィルタに付着したパティキュレート等を燃焼させ
   る排ガスフィルタ浄化方法であって、フィルタに付着し
   たパティキュレート等の量に応じ、フィルタを加熱する
   時間及び一定流量の再生用空気を供給する時間をそれぞ
   れ制御することを特徴とする排ガスフィルタ浄化方法。
7. 【請求項７】フィルタに付着したパティキュレートを燃
   焼させるとき、再生用空気の温度が５００℃以下の期間
   では、フィルタ手前の圧力値を検出し、この検出値に基
   づいてフィルタに付着したパティキュレートの量を推定
   することを特徴とする請求項６記載の排ガスフィルタ浄
   化方法。