(57)【要約】【課題】  排気流路に、並列に配置された複数のフィルターを有する排気浄化装置であって、各フィルターの再生処理において捕集されたＰＭの燃焼除去を促進する排気浄化装置及びその制御方法を提供する。【解決手段】  排気流路の一部に複数の分岐流路１１及び１２が設けられ、各分岐流路内にパティキュレート捕集用のフィルター１３及び１４が内蔵され、再生時には再生するフィルター１４を排気流路から切り離し、再生ガスを供給して再生を行う排気浄化装置であって、排気を放電によって活性化して再生ガスとして供給する放電リアクターを有する、排気浄化装置とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気流路の一部に複数の分岐流路が設けられ、各分岐流路内にパティキュレート捕集用のフィルターが内蔵され、再生時には再生するフィルターを排気流路から切り離し、このフィルターに再生ガスを供給することによって、捕集されたパティキュレートを燃焼除去してフィルターの再生を行う排気浄化装置であって、排気の少なくとも一部を放電によって活性化し、前記再生されるフィルターに、前記再生ガスとして供給する放電リアクターを有する、排気浄化装置。
【請求項２】
前記再生されるフィルターにおける再生ガス温度が所定温度範囲のときに、前記放電リアクターが、排気の少なくとも一部を放電によって活性化し、前記再生されるフィルターに、再生ガスとして供給する、請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記所定温度範囲が２５０℃〜４５０℃である、請求項２に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関等からの排気を浄化する排気浄化装置に関する。また本発明は特に、排気中に含まれるパティキュレートを捕集除去する複数のフィルターを有し、このフィルターに捕集されたパティキュレートを燃焼させてフィルターを再生する排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の内燃機関、特にディーゼル機関の排気中には、カーボンを主成分とするパティキュレート（以下では「ＰＭ（Particulate Matter）」という）が含まれており、排気黒煙の原因となっている。環境汚染の観点からはこのＰＭは捕集除去することが望ましい。この目的のために、ディーゼル機関の排気流路にセラミック製のフィルターを配置し、ＰＭをこのフィルターによって捕集除去し、このフィルターに捕集されたＰＭを間欠的に燃焼させてフィルターを再生する排気浄化装置が提案されている。
【０００３】
このような従来の排気浄化装置が図２で示されている。ここでこの従来の排気浄化装置は、排気流路の一部の複数の分岐流路１１及び１２、これらの分岐流路を切り替える切替弁１７及び１８、各分岐流路内のパティキュレート捕集用のフィルター(以下では単に「フィルター」という)１３及び１４、このフィルター１３及び１４にそれぞれ隣接する電気ヒーター１５及び１６、フィルターの再生時に、図示しないポンプから２次空気のような再生ガスを矢印２３及び２４で示すようにしてフィルターに供給する再生ガス流路１９及び２０を有する。
【０００４】
この図２の排気浄化装置のフィルター１４を再生する場合、切替弁１７及び１８を図２に示す位置に動かして、フィルター１４を排気流路から切り離し、このフィルター１４に隣接する電気ヒーター１６を通電加熱し、図示しないポンプから２次空気のような再生ガスを矢印２３及び２４で示すようにして流す。ここでは、この再生ガスを電気ヒーター１６で加熱してフィルター１４に捕集されたＰＭを燃焼させ、それによってフィルター１４を再生する。この間、ＰＭを含有する排気は、矢印２１及び２２で示すようにしてフィルター１３を通過させて、この排気中のＰＭを捕集除去する。
【０００５】
尚、フィルター１３を再生する場合には、切替弁１７及び１８を動かして、フィルター１３を排気流路から切り離し、このフィルター１３を再生ガスによって再生しつつ、フィルター１４によって排気中のＰＭを捕集除去する。
【０００６】
この再生処理は一般に、フィルター前後の圧力損失を圧力センサを用いて検出し、検出された圧力損失が所定値以上になった時に、片方のフィルター毎に個別に実行される。しかしながら、この再生においてフィルターに過剰のＰＭが捕集されていると、フィルターの燃焼温度が上がり過ぎて溶損したり、クラックが発生する恐れがあった。
【０００７】
これに関して特許文献１では、排気流路の一部に複数の分岐流路が設けられ、各分岐流路内にパティキュレート捕集用のフィルターが内蔵された排気浄化装置であって、各フィルターでのＰＭの捕集量を均一にする排気浄化装置を提供している。この特許文献１の排気浄化装置によれば、フィルター再生処理でのＰＭ燃焼による各フィルターの過熱を防止し、フィルターの破損を防止できるとしている。
【０００８】
この特許文献１の排気浄化装置は、各フィルターの捕集量を個別に検出する捕集量検出手段と、捕集量の最も多いフィルターを検出する最多捕集フィルター検出手段と、この最多捕集フィルターの捕集量に合わせるように、その他のフィルターの捕集量を、排気流路の分岐部に設けられた制御弁の調整によって行う制御弁位置調整手段と、各フィルターの捕集量がほぼ等しくなって予め定められた再生基準値に達したときに、フィルターの再生動作を開始させる再生動作開始手段とを有する。
【０００９】
また特許文献２では、ディーゼルエンジンから放出される排気中のＰＭをフィルターで捕集し、このフィルターの上流側の触媒でＮＯ2を生成し、このＮＯ2によってＰＭを酸化除去する排気浄化装置が開示されている。ここでは、ＰＭを捕集したフィルターにＮＯ2を供給すると、２５０℃といった比較的低温から、ＰＭの燃焼除去が達成されることを開示している。
【００１０】
【特許文献１】特開平５−２２２９２２号公報
【特許文献２】特許３０１２２４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明では、排気流路の一部に複数の分岐流路が設けられ、各分岐流路内にパティキュレート捕集用のフィルターが内蔵された排気浄化装置であって、各フィルターの再生処理において、捕集されたＰＭの燃焼除去を促進する排気浄化装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の排気浄化装置は、排気流路の一部に複数の分岐流路が設けられ、各分岐流路内にパティキュレート捕集用のフィルターが内蔵され、再生時には再生するフィルターを排気流路から切り離し、このフィルターに再生ガスを供給することによって、捕集されたパティキュレートを燃焼除去してフィルターの再生を行う排気浄化装置であって、排気、特にリーン状態（すなわちＯ2等の酸化性成分に対して炭化水素等の還元性成分が少ない状態）の排気の少なくとも一部を放電によって活性化し、再生されるフィルターに、再生ガスとして供給する放電リアクターを有する。
【００１３】
本発明の排気浄化装置によれば、排気の少なくとも一部を放電によって活性化して、ＮＯ2及びＯ3のような酸化力の強い成分を発生させ、これを再生ガスとしてフィルターに供給できるので、比較的低温においても、フィルターに捕集されたＰＭの燃焼除去を促進できる。比較的低温においてフィルターの再生が可能であることは、フィルターの劣化を防止するためにも好ましい。
【００１４】
本発明の排気浄化装置の１つの態様では、再生されるフィルターにおける再生ガス温度が所定温度範囲、特に２５０℃〜４５０℃、より特に２５０℃〜４００℃のときに、放電リアクターが、排気の少なくとも一部を放電によって活性化し、再生されるフィルターに、再生ガスとして供給する。
【００１５】
ＮＯ2によるＰＭの燃焼（酸化）除去は２５０℃のような比較的低温から達成できる。しかしながら、再生ガス温度が比較的高いとき、４５０℃以上のときには、ＮＯ2が不安定化してＮＯ、Ｎ2、Ｏ2等に転化し、ＮＯ2によるＰＭの酸化除去が効果的に行われないことがある。また、再生ガス温度が充分に高いときには、ＮＯ2の存在がなくても、再生ガス中のＯ2によってＰＭの酸化除去が達成される。これらについては、図４で概略を示している。
【００１６】
よってこの排気浄化装置によれば、排気の活性化によって得られるＮＯ2が重要であり、また特に有効に機能するときに、放電リアクターによる排気の活性化を行ってＮＯ２を発生させ、放電による排気の活性化を有効に利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下では本発明を図に示した実施形態に基づいて具体的に説明するが、これらの図は本発明を構成する排気浄化装置の概略を示す図であり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００１８】
本発明の排気浄化装置の１つの実施形態について図１を用いて説明する。
【００１９】
図１で示されているように、本発明の排気浄化装置の１つの実施形態では、排気流路の一部の複数の分岐流路１１及び１２、これらの分岐流路を切り替えるバタフライ弁のような切替弁１７、各分岐流路内のフィルター１３及び１４、フィルターの再生時に、排気の一部を放電リアクター３１に経由させて矢印３４、２３及び２４で示すようにしてフィルターに供給する再生ガス流路を有する。
【００２０】
この本発明の排気浄化装置のフィルター１４を再生する場合、切替弁１７を図１に示す位置に動かして、フィルター１４を排気流路から切り離し、このフィルター１４に、再生ガスを矢印２３及び２４で示すようにして流して、フィルター１４に捕集されたＰＭを燃焼させ、それによってフィルター１４を再生する。ここでフィルター１４に供給される再生ガスは、矢印３４で示すようにして排気流路から排気の一部を取り出し、放電リアクター３１に供給し、放電リアクター３１において排気中で放電を発生させて活性化することによって得られる。尚、この間、ＰＭを含有する排気は、矢印２１及び２２で示すようにしてフィルター１３を通過させて、この排気中のＰＭをフィルター１３で捕集除去している。
【００２１】
この図１の態様においては、矢印２３及び２４で示すように、再生ガスを、ＰＭの捕集の際と同じ向きにフィルター１４に通しているが、これとは反対向きで、すなわちＰＭの捕集の際と反対向きで再生ガスをフィルター１４に通して、フィルター１４を再生することもできる。
【００２２】
このフィルター１４の再生においては、フィルター１４に隣接する随意の電気ヒーターを通電加熱し、フィルター１４に供給される再生ガスを加熱することもできる。フィルターに供給される再生ガスの温度が高いことは一般に、フィルターに捕集されたＰＭの燃焼除去を促進する。
【００２３】
本発明の排ガス浄化装置において、排気の一部に放電処理を行ってＮＯ2及びＯ3を含有する再生ガスを得、この再生ガスによってＰＭの燃焼を行う場合、一般にフィルターを流通する再生ガスが２５０℃以上の温度であればＰＭの良好な酸化除去速度が得られる。従って例えばこの温度が２５０℃に達しない場合には、フィルターに隣接して配置されるヒーターを通電加熱し、このヒーターで再生ガスを加熱することができる。
【００２４】
本発明の排気浄化装置の使用においては、フィルターの再生を行うときに常に、放電リアクターによって排気を活性化して再生ガスとしてフィルターに供給することができる。しかしながら、フィルターの再生に使用する再生ガスとして、放電リアクターによって活性化された排気以外の再生ガスを用いることもできる。この活性化された排気以外の再生ガスとしては、外気から得られる空気、放電リアクターによって活性化されていないそのままの排気を挙げることができる。フィルターの再生のために、外気から得られる空気を利用する場合には、本発明の排気浄化装置は、この空気流れのための流路を更に有する必要がある。
【００２５】
従って例えば、再生されるフィルターの温度、得られる排気の温度等に基づいて、再生されるフィルターに供給される再生ガスを変更することができる。例えば本発明の排気浄化装置は、再生されるフィルターを流通する再生ガスの温度を検知し、この温度が所定温度以下のときに、排気を放電によって活性化して再生ガスとして供給するように制御する。ここで再生されるフィルターを流通する再生ガスの温度は、フィルター内に温度センサーを直接に取り付けて測定することができる。またこの温度は、フィルターに流入する再生ガス及び／又はフィルターから流出する再生ガスの温度を測定する温度センサー５及び６をフィルターの流入側及び／又は流出側に取り付け、この温度センサーで得られる温度から求めること、またエンジンの回転数、エンジン始動からの時間等に基づいてＰＭ捕集部における排気の温度を決定することもできる。
【００２６】
本発明の排気浄化装置に関して使用されるフィルターは、コーディライト、ＳｉＣのような材料で作られるセラミックハニカムであってよい。またこのフィルターは、随意にＮＯx浄化触媒等の触媒成分を担持することもでき、またフィルターの排気流れ下流にＮＯx浄化触媒を配置することもできる。
【００２７】
本発明の排気浄化装置では、ＰＭを燃焼除去するために使用された排気中のＮＯxが大気中に放出されることを防ぐために、フィルターを出た排気を、ＮＯx浄化触媒によって浄化してから排出することもできる。また本発明の排気浄化装置によって排気を処理する前に、予め三元触媒によって排気を処理することもできる。
【００２８】
本発明の排気浄化装置のために排気の少なくとも一部を放電によって活性化できる放電リアクターは、放電、特に放電で発生する放電プラズマによって排気中の成分を活性化させ、ＮＯ2及びＯ3のような酸化力の強い成分を生成することができる任意の放電リアクターでよい。例えばこの放電リアクターは、排気の浄化を意図した用途で知られる任意の放電リアクター、特にディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置として知られる放電リアクター、より特に放電プラズマリアクターであってよい。
【００２９】
この放電リアクターでは、運転状態、フィルター温度、エンジン状態、排気の空燃比（Ａ／Ｆ比）、放電リアクターのガス流量等に基づいて、印加する電圧及び電流を制御し、それによってフィルターの再生に適した再生ガスを得ることができる。
【００３０】
またこの放電リアクターとしては、図３に示すようなものを挙げることができる。この図３で示す放電リアクターでは、中心電極５２を囲むようにして筒状電極５４が配置されており、これらの中心電極５２と筒状電極５４とはそれぞれ電源５６に接続及び接地されている。この放電リアクター５０において活性化される排気は、矢印で示すようにして、図３の左側から右側に筒状電極５４が取り囲む空間内を通過する。この放電リアクターの使用においては、電源５６によって中心電極５２と筒状電極５４との間に電圧を印加し、それによってこれらの電源間で放電を起こさせる。尚、ここでは中心電極５２が電源５６に接続され、筒状電極５４が接地されているが、これは反対にすることもでき、またいずれをカソードとすることも、またアノードとすることもできる。
【００３１】
中心電極５２及び筒状電極５４は、これらの間に電圧を印加して、これらを放電電極として使用できる材料で製造することができる。そのような材料として、導電性材料や半導体性材料を用いることができるが、金属材料、例えば銅、タングステン、ステンレス、鉄、アルミニウム等が好ましい。また、バリア放電を使用するために、これらの導電性又は半導体性材料上に絶縁性材料を配置することもできる。
【００３２】
コロナ放電を用いてこのこの放電リアクターでプラズマを発生させる場合、電源５６は、パルス状の直流又は交流電圧を供給するものでよく、その印加電圧としては、一般的には１ｋＶ〜１００ｋＶ、例えば４０ｋＶ〜６０ｋＶの電圧を使用することができる。また印加電圧のパルス周期は、１０ｍｓ〜０．１μｓ、特に０．１〜１０μｓにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の排気浄化装置を示す断面図である。
【図２】従来の排気浄化装置を示す断面図である
【図３】本発明の排気浄化装置のために使用できる放電リアクターの斜視図である。
【図４】ＮＯ2及びＯ2によるＰＭ酸化速度を表す図である。
【符号の説明】
【００３４】
５、６…温度センサー
１１、１２…分岐流路
１３、１４…フィルター
１５、１６…電気ヒーター
１７、１８…切替弁
２１、２２…ＰＭを含有する排気の流れを示す矢印
２３、２４、３４…再生ガスの流れを示す矢印
３１…放電リアクター
５２…中心電極
５４…筒状電極
５６…電源
【図１】
2006029132.tif 000003
【図２】
2006029132.tif 000004
【図３】
2006029132.tif 000005
【図４】
2006029132.tif 000006