(57)【要約】【課題】  排気温度が低い運転状態においても良好にディーゼルパティキュレートフィルタを再生できる排気処理装置を提供する。【解決手段】  ＰＭ捕集の際は、排気通路側開閉弁９を開弁し、排気バイパス通路側開閉弁１１を閉弁する。これにより、排気は排気通路２を介してディーゼルパティキュレートフィルタ３に流入され、ＰＭの大気中への放出が防止される。一方、ディーゼルパティキュレートフィルタ３の再生を行う際は、排気通路側開閉弁９を閉弁し、排気バイパス通路側開閉弁１１を開弁して、排気通路２側を流れる排気流量を所定に制限する。電気ヒータ４への通電を開始し、ディーゼルパティキュレートフィルタ３が所定温度まで昇温したら、燃料添加ノズル５から燃料を供給し、ディーゼルパティキュレートフィルタ３の再生を行う。排気による熱の持ち去り量を減少させることができるため、効率良くディーゼルパティキュレートフィルタ３を再生できる。【選択図】図１
2008101497.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼装置から排気通路を介して排出される排気を処理する排気処理装置であって、
前記排気通路に介装され、前記燃焼装置から排出されるパティキュレートマターを捕集するディーゼルパティキュレートフィルタと、
触媒の反応熱を利用してディーゼルパティキュレートフィルタを昇温させる触媒手段と、
前記ディーゼルパティキュレートフィルタの排気上流に配設され、排気通路内の排気を加熱する加熱手段と、
前記ディーゼルパティキュレートフィルタの排気上流に配設され、排気通路内に燃料を添加する燃料添加手段と、
を含んで構成され、
前記触媒手段、加熱手段、燃料添加手段を介してディーゼルパティキュレートフィルタを昇温させて再生する際に、
所定の条件で、前記排気通路から分岐し、前記ディーゼルパティキュレートフィルタ、前記触媒手段、前記加熱手段、前記燃料添加手段をバイパスする排気バイパス通路側に排気を導くようにしたことを特徴とする排気処理装置。
【請求項２】
前記触媒手段と、前記ディーゼルパティキュレートフィルタと、が一体的に形成された触媒化ディーゼルパティキュレートフィルタが採用されることを特徴とする請求項１に記載の排気処理装置。
【請求項３】
前記加熱手段が、触媒がコートされた電気ヒータであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の排気処理装置。
【請求項４】
前記所定の条件が、前記触媒の温度が触媒活性化温度以下であることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１つに記載の排気処理装置。
【請求項５】
前記排気バイパス通路に、排気を処理する排気処理装置が介装されることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１つに記載の排気処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼装置から排出され種々の排出物質を含む気体（排気）を処理する排気処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼装置からの排気を浄化して大気汚染の拡大を抑制することは重要な課題であるが、例えば、ディーゼル燃焼機関に関しては、排気中のＰＭ（パティキュレートマター：粒子状物質＝主に黒煙（スス）、ＳＯＦと称される燃え残った燃料や潤滑油の成分、サルフェートと称される軽油燃料中の硫黄分から生成される成分を含む）の大気への排出を抑えるために、例えば、ディーゼルパティキュレートフィルタ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）を排気通路に介装し、排気をディーゼルパティキュレートフィルターを通過させることで排気中のＰＭを捕集する方法がある。
【０００３】
しかしながら、かかる方法はフィルタによる捕集であるため、排圧の上昇が起こり燃焼機関の燃焼効率を下げるおそれがある。
【０００４】
このため、例えば、所定の運転時間が経過した場合や、所定の排圧に至った場合に、捕集したＰＭを燃焼（酸化）除去してディーゼルパティキュレートフィルタを再生する必要がある。
【０００５】
ここで、ディーゼルパティキュレートフィルタを良好に再生するためにはＰＭが自己着火して燃焼するのに適した温度に昇温させる必要があるが、比較的低い排気温度でもパティキュレートを効果的に燃焼除去することができるように、例えば、酸化触媒の反応熱を利用すべく酸化触媒をディーゼルパティキュレートフィルタの排気上流に設けたものや、特許文献１に開示されるような、酸化触媒を一体的に担持させた触媒化ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＣＤＰＦ：Ｃａｔａｌｙｚｅｄ  Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）なども知られている。
【０００６】
更に、アイドル運転など負荷の小さい機関運転領域では排気温度が低ため、酸化触媒の活性温度領域まで触媒温度を上昇或いは維持することができない場合があり、かかる場合においてもパティキュレートフィルタを再生できるようにするための方法として、エンジン側を制御して、いわゆる燃料ポスト噴射（１回の燃焼のうち、メイン噴射後に行う噴射で、筒内で燃焼させずに排気と共に未燃の炭化水素ＨＣをディーゼルパティキュレートフィルタに供給することを狙った燃料噴射）を行わせることで、未燃の炭化水素を排気と共にディーゼルパティキュレートフィルタに供給してディーゼルパティキュレートフィルタに担持されている触媒上で反応させ、その反応熱を利用してＰＭを燃焼（酸化）させる方法などが知られている。
【０００７】
別の再生方法としては、ディーゼルパティキュレートフィルタの排気上流側に、電気ヒータを配設し電気ヒータの熱を利用するものや、燃料添加装置を配設し排気中に燃料を添加して燃焼させることで昇温させるものなどが知られている。
【特許文献１】特開２００３−８３１３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図３に示すように、電気ヒータ２００や燃料添加装置３００を排気通路４００の上流側に配設した場合でも、都市内走行モードのような燃焼機関からの排気温度が十分に上昇しないモードでは、ＰＭを効果的に燃焼させることができず良好な再生を行うことができないため、再生時には走行を停止して強制的に燃焼機関の排気温度を上げるような操作を行いながら再生しなければならない場合もあった。
【０００９】
また、ディーゼルパティキュレートフィルタを所望に昇温させるには、大きな容量の電気ヒータや燃料添加装置等が要求されるため、装置の大型化や、重量・コストの増加といった問題や、消費電力が大きくランニングコストが増大するなどの問題があった。
【００１０】
本発明は、かかる実情に鑑みなされたもので、排気温度が低い運転状態においても良好にディーゼルパティキュレートフィルタを再生処理することができる排気処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る排気処理装置は、
燃焼装置から排気通路を介して排出される排気を処理する排気処理装置であって、
前記排気通路に介装され、前記燃焼装置から排出されるパティキュレートマターを捕集するディーゼルパティキュレートフィルタと、
触媒の反応熱を利用してディーゼルパティキュレートフィルタを昇温させる触媒手段と、
前記ディーゼルパティキュレートフィルタの排気上流に配設され、排気通路内の排気を加熱する加熱手段と、
前記ディーゼルパティキュレートフィルタの排気上流に配設され、排気通路内に燃料を添加する燃料添加手段と、
を含んで構成され、
前記触媒手段、加熱手段、燃料添加手段を介してディーゼルパティキュレートフィルタを昇温させて再生する際に、
所定の条件で、前記排気通路から分岐し、前記ディーゼルパティキュレートフィルタ、前記触媒手段、前記加熱手段、前記燃料添加手段をバイパスする排気バイパス通路側に排気を導くようにする。
【００１２】
本発明は、前記触媒手段と、前記ディーゼルパティキュレートフィルタと、が一体的に形成された触媒化ディーゼルパティキュレートフィルタを採用することができる。
【００１３】
前記加熱手段としては、触媒がコートされた電気ヒータを採用することができる。
【００１４】
なお、前記所定の条件は、前記触媒の温度が触媒活性化温度以下であるという条件とすることができる。
【００１５】
前記排気バイパス通路には、排気を処理する排気処理装置を介装することもできる。また、前記排気バイパス通路を流れる排気の少なくとも一部をＥＧＲシステムに供給することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、排気温度が低い運転状態においても良好にディーゼルパティキュレートフィルタを再生することができる排気処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る一実施の形態を、添付の図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態により、本発明が限定されるものではない。
【００１８】
図１に示すように、本実施の形態の排気処理装置においては、内燃機関１から排出される排気が流れる排気通路２に、本発明に係る触媒手段としての酸化触媒を一体的に担持して成る触媒再生型のディーゼルパティキュレートフィルタ（触媒化ディーゼルパティキュレートフィルタ）３が介装されている。
【００１９】
なお、内燃機関１は、例えばディーゼル燃焼を行うディーゼルエンジンとすることができるが、これに限定されるものではなく、排気を伴う燃焼装置であれば、ガソリンエンジンその他の内燃機関の他、外燃機関とすることもでき、燃焼方式に拘わらず、あらゆる移動式・定置式の燃焼装置とすることができる。ディーゼルパティキュレートフィルタ３としては、例えば、Ｐｔタイプ触媒（アルミナ系）を採用することができる。
【００２０】
そして、ディーゼルパティキュレートフィルタ３の排気上流側の排気通路２には、通電されて発熱する電気ヒータ４が介装されており、図示しない制御装置からの制御信号に基づいて、その通電が制御されるようになっている。
【００２１】
電気ヒータ４としては、例えば、触媒がコートされた消費電力１Ｋｗ（触媒コート  Ｐｔ＝１ｇ／１アルミナ）のものなどを採用することができる。当該電気ヒータ４が、本発明に係る加熱手段に相当する。
【００２２】
また、電気ヒータ４の排気上流側には、燃料添加ノズル５が、排気通路２内に燃料を噴射供給可能に排気通路２に臨んで設けられている。該燃料添加ノズル５は、燃料タンク６に燃料供給通路７を介して接続されており、該燃料供給通路７には燃料タンク６内の燃料を燃料添加ノズル５へ給送するための燃料ポンプ８が介装されている。
【００２３】
前記燃料ポンプ８、燃料添加ノズル５は、本発明に係る燃料添加手段として機能し、ディーゼルパティキュレートフィルタ３の再生の際に、前記制御装置からの制御信号に基づいて駆動制御されるようになっている。
【００２４】
そして、本実施の形態では、燃料添加ノズル５の排気上流側の排気通路２に、排気通路２への排気の流入を制御する排気通路側開閉弁９が介装されると共に、該排気通路側開閉弁９の排気上流側で排気通路２から分岐し、前記パティキュレートフィルタ３の排気下流側で排気通路２に合流する排気バイパス通路１０が配設されている。
【００２５】
排気バイパス通路１０には、排気バイパス通路１０への排気の流入を制御する排気バイパス通路側開閉弁１１が介装されている。
【００２６】
前記排気通路側開閉弁９、排気バイパス通路側開閉弁１１は、ディーゼルパティキュレートフィルタ３の捕集時や再生時に、前記制御装置からの制御信号に基づいて駆動制御されるようになっている。
【００２７】
ここにおいて、本実施の形態に係る排気処理装置では、以下のようにして排気処理を行う。
【００２８】
（１）ＰＭ捕集の際は、前記制御装置は、図２の（１）に示すように、排気通路側開閉弁９を所定に開弁し、排気バイパス通路側開閉弁１１を所定に閉弁する。
【００２９】
これにより、内燃機関１からの排気は、排気通路２を介して、ディーゼルパティキュレートフィルタ３に流入され、これにより排気に含まれるＰＭはディーゼルパティキュレートフィルタ３に捕集され、ＰＭの大気中への放出が防止される。
【００３０】
前記制御装置では、例えば、機関の回転速度を検出する回転センサ（図示せず）や排気通路２に臨んで設けられる圧力センサ（図示せず）等からの検出信号に基づいて、或いは所定の運転時間を経過したことなどに基づいてＰＭの捕集量を推定し、ディーゼルパティキュレートフィルタ３の再生が必要であるか否かを判断し、再生が必要であると判断した場合には、ディーゼルパティキュレートフィルタ３を再生する。
【００３１】
（２）ディーゼルパティキュレートフィルタ３に担持されている酸化触媒の温度が低い場合（例えば、２００°Ｃ以下の場合）においてディーゼルパティキュレートフィルタ３の再生を行う際には、本実施の形態では、前記制御装置は、図２の（２）に示すように、排気通路側開閉弁９を所定に閉弁し、排気バイパス通路側開閉弁１１を所定に開弁することで、ディーゼルパティキュレートフィルタ３などが介装される排気通路２側を流れる排気の流量を所定に減少するよう制限する。
【００３２】
そして、前記制御装置は、触媒がコートされている電気ヒータ４への通電を開始して昇温させる。前記電気ヒータ４が所定温度（例えば、２００°Ｃ）まで昇温したら、燃料ポンプ８、燃料添加ノズル５を駆動して、燃料添加ノズル５から排気通路２の排気下流側の電気ヒータ４へ向けて燃料を噴射供給し、燃料を反応させ昇温させることで電気ヒータ４の排気下流側のディーゼルパティキュレートフィルタ３の再生を行う。
【００３３】
このように、本実施の形態では、ディーゼルパティキュレートフィルタ３に担持されている酸化触媒の温度が低い場合（例えば、２００°Ｃ以下の場合）においてディーゼルパティキュレートフィルタ３の再生を行う際には、内燃機関１からの排気は、排気通路２から分岐した排気バイパス通路１０に流入されることになるため、排気通路２に介装される電気ヒータ４やディーゼルパティキュレートフィルタ３に流入する排気流量は減少されることになる。
【００３４】
排気流量が減少されると、排気による熱の持ち去り量を減少させることができるため、電気ヒータ４の発熱及び燃料の反応熱によるディーゼルパティキュレートフィルタ３の昇温を効果的に行えると共に、酸化触媒の反応熱を効果的にＰＭの燃焼に利用することができる。
【００３５】
従って、本実施の形態によれば、都市内走行モードのような内燃機関１からの排気温度が十分に上昇しないモードであっても、ＰＭを効果的に燃焼させることができ、以ってディーゼルパティキュレートフィルタ３を良好に再生することができるようになる。
【００３６】
このため、従来のように、ディーゼルパティキュレートフィルタ３の再生時に、内燃機関１からの排気温度が十分に上昇しない都市内走行モードでの走行を停止し、強制的に内燃機関１の排気温度を上げるような操作を行なう必要がないため、ディーゼルパティキュレートフィルタ３の再生のための特別な時間が不要となり、以って都市バスなどにおいては稼働時間を最大限有効利用することが可能となる。
【００３７】
また、ディーゼルパティキュレートフィルタ３の再生のための特別な操作が不要となるため、取り扱いも容易なものとすることができる。
【００３８】
更に、電気ヒータや燃料添加装置等の小容量化を図ることができるため、装置の小型・軽量化を促進できると共に、消費電力も低減できるためランニングコスト等の低減も可能となる。
【００３９】
なお、電気ヒータ４への通電量（通電時間など）や電気ヒータ４の容量は、例えば、ディーゼルパティキュレートフィルタ３の酸化触媒の活性化温度（例えば、２００°Ｃ）以上に加熱するのに十分な比較的小さなものとすることができる。
【００４０】
また、パティキュレートフィルタ３の再生の際の排気通路側開閉弁９の開度や、排気バイパス通路側開閉弁１１の開度は、電気ヒータ４の通電時間や、電気ヒータ４や燃料添加ノズル５の容量などに応じて、ディーゼルパティキュレートフィルタ３やその酸化触媒を所望に昇温できるような所定の開度に設定することができるものである。
【００４１】
ここで、上述した実施の形態では、排気バイパス通路１０には何も介装されていないが、例えば、排気バイパス通路１０に、ディーゼルパティキュレートフィルタ３の再生時に排気バイパス通路１０を流れる排気を処理するための小容量の排気処理装置（ディーゼルパティキュレートフィルタ、酸化触媒など）を介装することができる。
【００４２】
また、上記に加え、或いは上記に替えて、例えば、排気の一部を内燃機関１の燃焼室に還流させるＥＧＲシステムを備える場合には、ディーゼルパティキュレートフィルタ３の再生時に、排気バイパス通路１０を流れる排気の少なくとも一部をＥＧＲシステムのために提供するように構成することもできる。
【００４３】
なお、上記実施の形態では、酸化触媒を一体的に担持して成る触媒再生型のディーゼルパティキュレートフィルタ（触媒化ディーゼルパティキュレートフィルタ）３を採用して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ディーゼルパティキュレートフィルタの排気上流側に酸化触媒を配設するなど、酸化触媒と、ディーゼルパティキュレートフィルタと、を別体に構成することもできる。
【００４４】
また、排気通路２に排気通路側開閉弁９を配設し、排気バイパス通路１０に排気バイパス通路側開閉弁１１を配設して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、排気通路２と排気バイパス通路１０の分岐部に、三方弁などを配設して構成することもできるものである。
【００４５】
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施の形態に係る排気処理装置の構成例を示す図である。
【図２】同上実施例に係る排気処理装置の通常時と再生時の処理操作を説明する図である。
【図３】従来の排気処理装置の構成例を説明する図である。
【符号の説明】
【００４７】
１    内燃機関
２    排気通路
３    ディーゼルパティキュレートフィルタ
４    電気ヒータ
５    燃料添加ノズル
９    排気通路側開閉弁
１０  排気バイパス通路
１１  排気バイパス通路側開閉弁
【図１】
2008101497.tif 000003
【図２】
2008101497.tif 000004
【図３】
2008101497.tif 000005