JP2000042327A - 排気ガス浄化装置の再生システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多くのセンサ等を必要とせず、安価な装置を
用いて容易に再生を行うことができる排気ガス浄化装置
の再生システムを提供する。 【解決手段】 多孔質炭化珪素焼結体よりなる排気ガス
浄化用ハニカムフィルタが内燃機関の排気通路に設置さ
れた排気ガス浄化装置と、前記フィルタに堆積したパテ
ィキュレートの量を測定するための背圧センサと、前記
フィルタを再生するために該フィルタのガス流入側の前
方に配置されたヒータと、前記フィルタ再生時にエアー
を供給するためのエアー供給源とを備えた排気ガス浄化
装置の再生システム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ン等の内燃機関から排出される排気ガス中のパティキュ
レート等を除去する排気ガス浄化装置の再生システムに
関する。

【０００２】

【従来の技術】バス、トラック等の車両や建設機械等の
内燃機関から排出される排気ガス中に含有されるパティ
キュレートが環境や人体に害を及ぼすことが最近問題と
なっている。この排気ガスを多孔質セラミックを通過さ
せ、排気ガス中のパティキュレートを捕集して、排気ガ
スを浄化することができるセラミックフィルタとして、
コージェライトからなるハニカムフィルタ（以下、コー
ジェライトフィルタという）を用いた排気ガス浄化装置
が提案されている。

【０００３】この排気ガス浄化装置では、コージェライ
トフィルタが内燃機関の排気通路に設置され、内燃機関
より排出された排気ガス中のパティキュレートは、コー
ジェライトフィルタの隔壁に捕捉され、排気ガスが浄化
される。

【０００４】このようなコージェライトフィルタを長時
間使用すると、フィルタには、黒鉛（スス）を主成分と
するパティキュレートが堆積し、圧力損失が上昇し、エ
ンジンに負荷がかかることになる。そこで、電気ヒータ
等を用いてコージェライトフィルタを高温に加熱し、堆
積したパティキュレートを燃焼させて除去することによ
り、コージェライトフィルタを再生する処理が一般に行
われている。

【０００５】しかし、コージェライトフィルタは、融点
が１２００〜１３００℃程度のコージェライトセラミッ
クにより構成されているため、堆積したパティキュレー
トの量が多いと、パティキュレートに着火した際に、コ
ージェライトフィルタの温度が上昇しすぎ、そのためコ
ージェライトが溶融、破損し、フィルタとして用いるこ
とが不可能になってしまう。

【０００６】また、堆積したパティキュレートの量が余
り多くなくても、急激に多量の空気を供給してパティキ
ュレートを燃焼させると、局部的に温度が上昇し、やは
りコージェライトの一部が溶融してしまう。

【０００７】そこで、コージェライトフィルタを用いた
排気ガス浄化装置では、図６に示したようなコージェラ
イトフィルタ用再生システムを用い、再生を行ってい
た。この再生システムは、エンジン４０の排気通路に配
設されたコージェライトフィルタ３０を加熱するための
ヒータ３９と、コージェライトフィルタ３０の温度を測
定するための温度センサ３８と、エンジン４０とコージ
ェライトフィルタ３０との間の背圧を測定するための背
圧センサ３６と、エンジン回転信号検出素子３２と、再
生時にエアーを送るためのバルブ３５、流量センサ３４
及びブロアー３３と、温度センサ３８、背圧センサ３
６、エンジン回転信号検出素子３２、流量センサ３４等
からの信号を入力して種々の演算を行い、ヒータ３９の
温度を調節するために、ヒータ３９に連結されたヒータ
リレー３７の開閉を制御し、ブロアー３３の流量を制御
するマイクロコンピュータを備えた制御装置３１とから
構成されている。

【０００８】この排気ガス浄化装置の再生システムで
は、制御装置３１を用い、エンジン回転信号検出素子３
２からエンジン回転信号を読み込んでエンジン４０の稼
働時間を積算し、また、背圧センサ３６から圧力信号を
読み込み、これらの値からコージェライトフィルタ３０
内のパティキュレートの堆積量を計算し、パティキュレ
ートの堆積量が一定以上になると、再生システムを稼働
させるように、運転席等に信号を送っていた。

【０００９】また、再生を行う際には、温度センサー３
８によりコージェライトフィルタ３０の温度を常に測定
するとともに、流量センサ３４及び背圧センサ３６を用
いて、流入するエアーの量及びコージェライトフィルタ
３０にかかる圧力を測定していた。

【００１０】そして、これらの値に基づき、制御装置３
１によりブロア３３から流入するエアーの量をバルブ３
５でコントロールするとともに、ヒータリレー３７によ
りヒータ３９の温度をコントロールし、コージェライト
フィルタ３０の温度が一定値よりも上昇しないように細
心の注意を払いつつ、パティキュレートを燃焼させてい
た。

【００１１】しかし、このような再生システムは、種々
のセンサを備えた制御装置を使用しなければならず、再
生システム自体が極めて高価になるという問題点があっ
た。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、これらの問
題を解決するためになされたもので、多くのセンサ等を
必要とせず、安価な装置を用いて容易に再生を行うこと
ができる排気ガス浄化装置の再生システムを提供するこ
とを目的とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、多孔質炭化珪
素焼結体よりなる排気ガス浄化用ハニカムフィルタが内
燃機関の排気通路に設置された排気ガス浄化装置と、前
記フィルタに堆積したパティキュレートの量を測定する
ための背圧センサと、前記フィルタを再生するために該
フィルタのガス流入側の前方に配置されたヒータと、前
記フィルタ再生時にエアーを供給するためのエアー供給
源とを備えたことを特徴とする排気ガス浄化装置の再生
システムである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の排気ガス浄化装置
の再生システムの実施形態について、図面に基づいて説
明する。

【００１５】図１は、本発明の排気ガス浄化装置の再生
システムの一実施形態を示したブロック図である。図１
に示したように、本発明の排気ガス浄化装置の再生シス
テム１０は、多孔質炭化珪素焼結体よりなる排気ガス浄
化用ハニカムフィルタ（以下、ハニカムフィルタとい
う）１１が内燃機関の排気通路に設置された排気ガス浄
化装置１２と、ハニカムフィルタ１１に堆積したパティ
キュレートの量を測定するための背圧センサ１４と、ハ
ニカムフィルタ１１を再生するためにハニカムフィルタ
１１のガス流入側の前方に配置されたヒータ１７と、ハ
ニカムフィルタ再生時にエアーを供給するためのエアー
供給源としての定量ポンプ１６とを備えている。

【００１６】また、エンジン４０とハニカムフィルタ１
１との背圧を測定できるよう、配管の機密性を保持する
ためのバルブ１５、及び、背圧センサ１４の信号を入力
し、また、バルブ１５の開閉等を制御する制御装置１３
を備えている。

【００１７】図２は、多孔質炭化珪素焼結体よりなるハ
ニカムフィルタ１１を模式的に示した斜視図であり、図
３は、ハニカムフィルタ１１を構成する多孔質炭化珪素
焼結体を模式的に示した斜視図である。

【００１８】図３に示したように、ハニカムフィルタ１
１を構成する多孔質炭化珪素焼結体２５には、多数の貫
通孔２６が形成されており、これら貫通孔２６を有する
多孔質炭化珪素焼結体２５の一端部は、市松模様に充填
材２７が充填されている。また、図示しない他の端部に
おいては、一端部に充填材が充填されていない貫通孔２
６に充填材が充填されている。

【００１９】図２は、図３に示した多孔質炭化珪素焼結
体２５を複数個結束させたハニカムフィルタ１１を示し
ている。なお、図２においては、多孔質炭化珪素焼結体
２５に形成された貫通孔２６を省略している。

【００２０】このハニカムフィルタ１１では、多孔質炭
化珪素焼結体２５が耐熱性の接着層２１を介して複数個
結束され、円柱形状に加工されており、外周部にはシー
ル材２３がコーティングされている。

【００２１】このハニカムフィルタ１１を構成する多数
の貫通孔２６は、図３に示したように、いずれか一端部
のみに充填材２７が充填されているため、開口している
一の貫通孔２６の一端部より流入した排気ガスは、隣接
する貫通孔２６との間を隔てる多孔質の隔壁２８を必ず
通過し、他の貫通孔２６を通って流出する。そして、排
気ガスが隔壁２８部分を通過する際に、排気ガス中のパ
ティキュレートが捕捉されることになる。

【００２２】図１についてさらに詳しく説明すると、上
記のように構成されたハニカムフィルタ１１は、排気通
路となる配管に連結された排気ガス浄化装置１２の内部
に断熱材等を介して収納されており、排気ガス浄化装置
１２の内部には、ハニカムフィルタ１１を再生するため
に、６００℃以上の温度に加熱が可能なヒータ１７がハ
ニカムフィルタ１１のガス流入側の前方に配置されてい
る。

【００２３】排気ガス浄化装置１２のガス流入側の端部
には、別の配管が連結され、この配管には、ハニカムフ
ィルタ１１に堆積したパティキュレートの量を測定する
ための背圧センサ１４と、背圧測定を可能にするために
上記配管部分の機密性を保持するためのバルブ１５と、
ハニカムフィルタ再生時にエアーを供給するためのエア
ー供給源としての定量ポンプ１６とが結合されている。

【００２４】ヒータ１７、背圧センサ１４及びバルブ１
５としては、従来から用いられているものと同様のもの
を使用することができる。また、図１には、定量ポンプ
１６が配設されているが、定量ポンプ１６は、エアー供
給源としての役割を果たせばよく、再生時に、厳密に一
定流量のエアーを送り込む必要はない。これは、ハニカ
ムフィルタ１１が多孔質炭化珪素焼結体２５により構成
されているため、極めて耐熱性に優れ、再生時のハニカ
ムフィルタ１１の温度が、例えば、１２００℃程度と、
通常の燃焼温度より高くなっても、全く問題がないから
である。従って、定量ポンプ１６の代わりに、エアーコ
ンプレッサーやブロアー等の他のエアー供給手段が設け
られていてもよい。

【００２５】次に、上記本発明の排気ガス浄化装置の再
生システムを用いた再生方法について説明する。まず、
背圧センサ１４を用いて、エンジン４０が稼働している
際のエンジン４０とハニカムフィルタ１１との間の背圧
を測定する。黒鉛（スス）等のパティキュレートの堆積
量が増加するに従って、背圧は上昇するため、背圧とパ
ティキュレート堆積量との関係を把握しておけば、背圧
からパティキュレートの堆積量を掴むことができる。

【００２６】このパティキュレートの堆積量に関するデ
ータは、従来の場合のように、エンジンの回転数等のデ
ータから堆積量を計算した場合に比べ、その精度は低い
が後述するように、およその堆積量を把握できればよい
ので、問題はない。通常は、背圧センサー１４により背
圧が所定の圧力に達したことを検知すると、運転席のパ
ネルに再生を行う必要があることを知らせる警告ランプ
が点灯するようになっている。

【００２７】図４は、多孔質炭化珪素焼結体２５から構
成されるハニカムフィルタ１１（図１）、及び、多孔質
コージェライトから構成される従来のハニカムフィルタ
３０（図６）におけるパティキュレートの堆積量と再生
率との関係を示すグラフである。

【００２８】本発明のハニカムフィルタ１１の場合に
は、パティキュレートの堆積量がａ〜ｂの範囲にあると
き、再生率がほぼ１００％に近くなる。このようなａ〜
ｂの範囲（Ａ）を再生ウインドウという。堆積量がａよ
りも少ないと、ススの燃え残りが生じ、堆積量がｂより
も多くなると、隔壁にパティキュレートが溜まりすぎる
ため、エアーがハニカムフィルタ１１の内部を通りにく
くなり、ススが燃焼しにくくなり、やはり燃え残りが生
じる。

【００２９】一方、従来のハニカムフィルタ３０の場合
には、再生ウインドウの幅Ｂがｃ〜ｄと狭く、堆積量が
ｃよりも少ないと、ススの燃え残りが生じ、堆積量がｄ
よりも多くなると、ススの燃焼の際に温度が上がりす
ぎ、溶融現象が生じ、ハニカムフィルタ３０が破損して
しまう。このような理由から、従来のハニカムフィルタ
３０では、正確にパティキュレートの堆積量を把握する
必要があるのである。

【００３０】本発明の排気ガス浄化装置の再生システム
１０では、多孔質炭化珪素焼結体２５を用いているた
め、再生ウインドウの幅が広く、多孔質炭化珪素焼結体
２５が溶融する等の現象は全く発生しない。そのため背
圧センサ１４のみを用いて背圧を監視していればよく、
再生を行う時期も広く設定することができる。

【００３１】そのため、従来の場合のように、再生の時
期を外さないように、いつも気を付ける必要がなく、無
理なく適当な時期に再生を行うことができる。また、従
来の場合のように、再生の時期を正確に把握するため、
エンジンの稼働状態を測定するためのセンサー等を備え
ておく必要がなく、再生の際も、流量センサや温度セン
サ等で、ハニカムフィルタ３０の温度を常に監視しなが
ら、エアーの流量を制御して、パティキュレートの燃焼
を行う必要がない。

【００３２】すなわち、本発明では、ヒータ１７に通電
しながら、定量ボンプ等を用い、単に１０〜１００リッ
トル／分程度の流量でエアーを流し込めばよいので、再
生システム自体の価格を低く抑えることができ、再生も
容易に行うことができる。

【００３３】図５は、本発明の排気ガス浄化装置の再生
システムの他の実施形態を示したブロック図である。図
５に示した排気ガス浄化装置の再生システム２０は、温
度センサ１８がさらに設けられているほかは、図１に示
した再生システムと同様に構成されている。

【００３４】温度センサ１８が設けられているのは、ヒ
ータ１７に印加する電圧が周囲の環境に起因して通常の
場合よりも低くなったり、外気の温度が低い等の外部の
環境に起因してヒータ１７の温度が所定の温度まで上昇
しない場合等を考慮して設けられたものである。従っ
て、ヒータ１７の温度を測定し、ヒータ１７の温度が通
常よりも低い場合には、ヒータ１７に印加する電圧を制
御することによりヒータ１７の温度を６００℃以上にな
るようにする。

【００３５】このように、本発明の排気ガス浄化装置の
再生システムでは、ヒータ１７に印加する電圧を制御す
ることにより、ヒータ１７の温度を制御する等の必要が
有る場合には、ハニカムフィルタを備えた排気ガス浄化
装置１２と背圧センサ１４とヒータ１７とエアー供給源
のほかに、温度センサ１８を備えていてもよい。

【００３６】

【実施例】以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説
明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるもの
ではない。

【００３７】実施例１ 炭化珪素粉末に有機バインダー、水等を加えて混練した
後、押し出し成形を行い、ハニカム形状の生成形体を作
製し、続いて、乾燥、脱脂、焼成を行うことにより、図
２に示すような平均気孔径が５〜２０μｍで、１平方イ
ンチ当たりのセル数が２００個で、隔壁の厚さが０．３
ｍｍ、の多孔質炭化珪素焼結体２５を作製した。

【００３８】次に、この多孔質炭化珪素焼結体２５を、
セラミックファイバー等の無機繊維や炭化珪素等の無機
粒子等を含む耐熱性の接着剤を用いて多数結束させ、続
いて、ダイヤモンドカッターを用いて切断することによ
り、図２に示したような直径が１６５ｍｍでその長さが
１５０ｍｍのハニカムフィルタ１１を作製し、外周部
に、耐熱性の接着剤と同様の組成のシール材２３の層を
形成した。

【００３９】上記方法により製造したハニカムフィルタ
１１を用いてフォークリフトの排気ガス浄化装置を作製
し、続いて、定量ポンプ等を取り付けることにより、こ
のフォークリフトに、図１に示したものと同様に構成さ
れた排気ガス浄化装置の再生システム１０を設けた。

【００４０】次に、このフォークリフトを無負荷状態
で、エンジンを最高の回転数にして８時間運転し、背圧
センサ１４により背圧を測定したところ、５０００ｍｍ
Ａｑ．の値を示した。このとき、ハニカムフィルタ１１
には、パティキュレートが６０ｇ堆積していた。

【００４１】そこで、ヒータ１７に電圧を印加して、ヒ
ータ１７の温度を８５０℃に設定し、定量ポンプを用い
て４０リットル／分の流量で４５分間エアーを流したと
ころ、スス等のパティキュレートを完全に燃焼させるこ
とができ、背圧も初期の値である７００ｍｍＡｑ．に戻
っていた。また、ハニカムフィルタ１１を点検したとこ
ろ、クラックや破損等は全く観察されなかった。

【００４２】比較例１ ハニカムフィルタ１１の代わりに、同形状のコージェラ
イト製ハニカムフィルタ３０（１平方インチ当たりのセ
ル数が１００個で、隔壁の厚さが０．４３ｍｍ）を設置
し、さらに温度センサ１８を設置したほかは、実施例１
と同様に排気ガス浄化装置の再生システムを構成し、実
施例と同様の条件でパティキュレートを堆積させた。

【００４３】その後、実施例１の場合と同様に、ヒータ
１７に電圧を印加して、ヒータ１７の温度を８５０℃に
設定し、定量ポンプを用いて４０リットル／分の流量で
４５分間エアーを流したところ、ハニカムフィルタ１１
の温度が１２００℃に上昇し、そのためコージェライト
が溶融し、破損してしまった。

【００４４】

【発明の効果】本発明の排気ガス浄化装置の再生システ
ムは、上述の通りであるので、多くのセンサ等を必要と
せず、安価な装置を用いて容易に再生を行うことができ
る排気ガス浄化装置の再生システムを提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排気ガス浄化装置の再生システムの一
実施形態を模式的に示したブロック図である。

【図２】本発明の排気ガス浄化装置の再生システムにお
いて、排気ガス浄化装置を構成するハニカムフィルタを
模式的に示した斜視図である。

【図３】図２に示したハニカムフィルタを構成する多孔
質炭化珪素焼結体をを模式的に示した斜視図である。

【図４】排気ガス浄化装置を構成するハニカムフィルタ
に堆積するパティキュレートの量と再生率との関係を示
したグラフである。

【図５】本発明の排気ガス浄化装置の再生システムの別
の実施形態を模式的に示したブロック図である。

【図６】従来の排気ガス浄化装置の再生システムの一実
施形態を模式的に示したブロック図である。

【符号の説明】

１０、２０ 排気ガス浄化装置の再生システム １１ ハニカムフィルタ １２ 排気ガス浄化装置 １３ 制御装置 １４ 背圧センサ １５ バルブ １６ 定量ポンプ １７ ヒータ １８ 温度センサ ２５ 多孔質炭化珪素焼結体

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G090 AA02 BA04 CA01 CB18 DA03 DA13 4D019 AA01 BA01 BA05 BB06 BC12 BD01 CA01 CB03 CB04 CB09 4D058 JA32 JB02 JB06 JB22 JB41 KA12 KB02 KC04 KC33 KC62 KC68 MA42 MA52 PA04 PA11 SA08

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多孔質炭化珪素焼結体よりなる排気ガス
   浄化用ハニカムフィルタが内燃機関の排気通路に設置さ
   れた排気ガス浄化装置と、前記フィルタに堆積したパテ
   ィキュレートの量を測定するための背圧センサと、前記
   フィルタを再生するために該フィルタのガス流入側の前
   方に配置されたヒータと、前記フィルタ再生時にエアー
   を供給するためのエアー供給源とを備えたことを特徴と
   する排気ガス浄化装置の再生システム。