(57)【要約】【課題】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に含まれる粒子状物質であるパティキュレート（ＰＭ）を除去する排気浄化装置に関し、フィルターに捕獲されたパティキュレートを容易，確実に除去することを目的とする。【解決手段】フィルター手段の上流側に配置され排気通路の開閉を行う上流側排気シャッターと、フィルター手段の下流側に配置され排気通路の開閉を行う下流側排気シャッターと、フィルター手段の逆洗時に排気通路のフィルター手段と下流側排気シャッターとの間に高圧気体を供給する高圧気体供給手段と、排気通路の上流側排気シャッターとフィルター手段との間に配置されフィルター手段の逆洗によりフィルター手段から上流側に移動したパティキュレートを捕集するパティキュレート捕集手段とを有することを特徴とする。【選択図】　　　図１
2004108194.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に配置され排気ガス中のパティキュレートを捕獲するフィルター手段と、
前記フィルター手段の上流側に配置され前記排気通路の開閉を行う上流側排気シャッターと、
前記フィルター手段の下流側に配置され前記排気通路の開閉を行う下流側排気シャッターと、
前記フィルター手段の逆洗時に前記排気通路の前記フィルター手段と前記下流側排気シャッターとの間に高圧気体を供給する高圧気体供給手段と、
前記排気通路の前記上流側排気シャッターと前記フィルター手段との間に配置され前記フィルター手段の逆洗により前記フィルター手段から上流側に移動した前記パティキュレートを捕集するパティキュレート捕集手段と、
を有することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
請求項１記載の排気浄化装置において、
前記フィルター手段は、フィルターに捕集されたパティキュレートを連続的に酸化してフィルター再生する連続再生型のパティキュレートフィルターであることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の排気浄化装置において、
前記高圧気体供給手段は、
高圧エアタンクを前記排気通路の前記フィルター手段と前記下流側排気シャッターとの間に接続する供給管路と、
前記供給管路に配置され供給管路の開閉を行う開閉弁と、
を有してなることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の排気浄化装置において、
前記パティキュレート捕集手段は、
前記排気通路に配置される取込部と、
前記取込部の下方に着脱自在に配置される捕集容器と、
を有してなることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項５】
請求項４記載の排気浄化装置において、
前記取込部は、前記排気通路から上方に突出する空間部を有してなることを特徴とする排気浄化装置。
【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に含まれる粒子状物質であるパティキュレート（ＰＭ）を除去する排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスに含まれるパティキュレートの大気への排出を防止する装置としてディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）が多用されている。
このディーゼルパティキュレートフィルターは、一般的には、フィルターを外部から定期的に加熱し、捕集したパティキュレートを酸化して再生するように構成されている。
【０００３】
従来、このようなディーゼルパティキュレートフィルターとして、例えば、電気ヒーターによって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再生するものが知られている。
これに対して、特開平１０−１５９５５２号公報に開示されているように、フィルターの前段に配設された酸化触媒によって排気ガス中のＮＯを酸化してＮ０２を生成し、排気ガスの熱とＮ０２によってフィルターに捕集されたパティキュレートを連続的に酸化して再生する連続再生型（ＣＲＴ）と呼ばれるディーゼルパティキュレートフィルターが最近注目されている。
【０００４】
すなわち、前者の一般的なディーゼルパティキュレートフィルターにおいては、フィルターを並列に２系統配設し順次再生と捕集を行うものが知られているが、捕集されたパティキュレートを燃焼させてディーゼルパティキュレートフィルターを再生させるための装置が必要となり、コストが高く搭載性にも難があるためあまり普及していないのが現状である。
【０００５】
これに対して後者の連続再生型は、フィルターの前段に排気ガス中のＮＯを酸化してＮ０２を生成するための酸化触媒を配設するだけであるため、ディーゼルパティキュレートフィルターを再生するための特別な装置を必要とせず、連続的に再生するので触媒とフィルターの１系統の構成で実用的に成立する。
従って、前者の一般的なディーゼルパティキュレートフィルターに対し低コストで搭載性にも優れている。
【０００６】
この連続再生型と呼ばれるディーゼルパティキュレートフィルターにおいて捕集されたパティキュレートが燃焼する仕組みを述べる。
前述のように、このディーゼルパティキュレートフィルターは、パティキュレートを捕集するフィルターの前段に酸化触媒が配設される。
この酸化触媒においては、
２ＮＯ＋Ｏ２→２ＮＯ２
の酸化反応が起き、さらにフィルターにおいて捕集されたパティキュレートが、Ｃ＋２ＮＯ２→ＣＯ２＋２ＮＯ
の酸化反応によって燃焼しディーゼルパティキュレートフィルターが再生される。
【０００７】
なお、フィルターの雰囲気温度が約６００℃以上になると直接パティキュレートが酸素と反応し燃焼する。
しかしながら、上記の酸化反応はある温度以下になると起こりにくくなり、その温度は約２５０〜３００℃である。
従って、この温度以下になると酸化反応は起きにくくなり、フィルターに捕集されたパティキュレートは、あまり燃焼しないで溜まり続ける。
【０００８】
従って、連続再生型のディーゼルパティキュレートフィルターを搭載した車両が、市街地のみの走行等、排気ガスの温度が常に低い条件で走行した場合には、パティキュレートは燃焼せずにフィルターに堆積し、排圧が上昇して出力の低下および燃費の悪化が生じる。
また、このようにパティキュレートが相当量堆積した後に高速走行を行う等して、排気ガスの温度が上がり再生が開始された時には、堆積したパティキュレートが急激に燃焼してフィルター内の温度が急上昇し、異常な発熱によるフィルターの亀裂，破損等が起こり、フィルターの耐久性が著しく低下するという問題がある。
【０００９】
そこで、従来、このような問題を解決するための対策手段として、連続再生型のディーゼルパティキュレートフィルターに、ヒータやバーナを付加し、パティキュレートを燃焼させる方式、あるいは、ポストインジェクションによる排気ガス温度の上昇によりパティキュレートの連続再生反応を促進する方法が検討されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１０−１５９５５２号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、連続再生型のディーゼルパティキュレートフィルターに、ヒータやバーナを付加し、パティキュレートを燃焼させる方式、あるいは、ポストインジェクションによる排気ガス温度の上昇によりパティキュレートの連続再生反応を促進する方法では、システムが複雑になり、また、コストが増大するという問題がある。
【００１２】
また、これ等の対策手段は、システムが複雑であり、さらに、エンジン側の制御と組み合わせる必要があるため、既に市販された自動車に装備することが困難である。
本発明は、かかる従来の問題を解決するためになされたもので、フィルターに捕獲されたパティキュレートを容易，確実に除去することができる排気浄化装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の排気浄化装置は、エンジンの排気通路に配置され排気ガス中のパティキュレートを捕獲するフィルター手段と、前記フィルター手段の上流側に配置され前記排気通路の開閉を行う上流側排気シャッターと、前記フィルター手段の下流側に配置され前記排気通路の開閉を行う下流側排気シャッターと、前記フィルター手段の逆洗時に前記排気通路の前記フィルター手段と前記下流側排気シャッターとの間に高圧気体を供給する高圧気体供給手段と、前記排気通路の前記上流側排気シャッターと前記フィルター手段との間に配置され前記フィルター手段の逆洗により前記フィルター手段から上流側に移動した前記パティキュレートを捕集するパティキュレート捕集手段とを有することを特徴とする。
【００１４】
請求項２の排気浄化装置は、請求項１記載の排気浄化装置において、前記フィルター手段は、フィルターに捕集されたパティキュレートを連続的に酸化してフィルター再生する連続再生型のパティキュレートフィルターであることを特徴とする。
請求項３の排気浄化装置は、請求項１または請求項２記載の排気浄化装置において、前記高圧気体供給手段は、高圧エアタンクを前記排気通路の前記フィルター手段と前記下流側排気シャッターとの間に接続する供給管路と、前記供給管路に配置され供給管路の開閉を行う開閉弁とを有してなることを特徴とする。
【００１５】
請求項４の排気浄化装置は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の排気浄化装置において、前記パティキュレート捕集手段は、前記排気通路に配置される取込部と、前記取込部の下方に着脱自在に配置される捕集容器とを有してなることを特徴とする。
請求項５の排気浄化装置は、請求項４記載の排気浄化装置において、前記取込部は、前記排気通路から上方に突出する空間部を有してなることを特徴とする。
【００１６】
（作用）
請求項１の排気浄化装置では、先ず、排気通路のフィルター手段の上流および下流に配置される上流側排気シャッターおよび下流側排気シャッターが閉じられる。
次に、高圧気体供給手段が作動され、排気通路のフィルター手段と下流側排気シャッターとの間に高圧気体が供給され、高圧気体によりフィルター手段が逆洗される。
【００１７】
そして、フィルター手段の逆洗により上流側に移動したパティキュレートが、パティキュレート捕集手段に捕集される。
請求項２の排気浄化装置では、フィルター手段が、フィルターに捕集されたパティキュレートを連続的に酸化してフィルター再生する連続再生型のパティキュレートフィルターとされ、連続再生型のパティキュレートフィルターに堆積したパティキュレートが除去される。
【００１８】
請求項３の排気浄化装置では、供給管路に配置される開閉弁を開くと、高圧エアタンク内の高圧空気が供給管路を通り、排気通路のフィルター手段と下流側排気シャッターとの間に供給される。
請求項４の排気浄化装置では、パティキュレート捕集手段が、排気通路に配置される取込部と、取込部の下方に着脱自在に配置される捕集容器とを有している。
【００１９】
そして、取込部から捕集容器を取り外すことにより、捕集容器内に捕集されたパティキュレートが廃棄され、廃棄後に、捕集容器が取込部に装着される。
請求項５の排気浄化装置では、取込部が、排気通路から上方に突出する空間部を有しており、逆洗によりフィルター手段から取込部に移動したパティキュレートが一時的に空間部に滞留した後、重力の作用により捕集容器内に落下し、捕集容器に捕集される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の排気浄化装置の一実施形態を示すもので、この実施形態では、本発明が、ディーゼルエンジンを搭載したトラック等の車両に適用される。
図１において、符号１１は、トラック等の車両に配置されるディーゼルエンジンを示している。
【００２１】
このディーゼルエンジン１１の排気マニホールド１３には、排気通路を形成する排気管１５が接続されている。
排気管１５には、排気ガス中のパティキュレートを捕獲するフィルター手段１７が配置されている。
このフィルター手段１７は、フィルター１９に捕集されたパティキュレートを連続的に酸化してフィルター再生する連続再生型（ＣＲＴ）のディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）とされている。
【００２２】
このフィルター手段１７は、筒状のケーシング２１を有しており、ケーシング内には、フィルター１９が収容されている。
フィルター１９は、コージェライト，ムライト，炭化珪素等の多孔性材料からなり、酸化触媒である貴金属酸化触媒成分が担持されている。
この連続再生型のディーゼルパティキュレートフィルターでは、フィルター１９に担持される酸化触媒により、
２ＮＯ＋Ｏ２→２ＮＯ２
の酸化反応が起き、さらにフィルター１９において捕集されたパティキュレートが、
Ｃ＋２ＮＯ２→ＣＯ２＋２ＮＯ
の酸化反応によって燃焼しディーゼルパティキュレートフィルターが再生される。
【００２３】
フィルター手段１７の上流側には、排気管１５の排気通路の開閉を行う上流側排気シャッター２３が配置されている。
この上流側排気シャッター２３は、電気的に開閉可能とされている。
【００２４】
また、フィルター手段１７の下流側には、排気管１５の排気通路の開閉を行う下流側排気シャッター２５が配置されている。
この下流側排気シャッター２５は、電気的に開閉可能とされている。
排気管１５のフィルター手段１７と下流側排気シャッター２５との間には、フィルター手段１７の逆洗時に高圧気体を供給する高圧気体供給手段２７が配置されている。
【００２５】
この高圧気体供給手段２７は、高圧エアタンク２９を排気管１５のフィルター手段１７と下流側排気シャッター２５との間に接続する供給管路が形成される供給管３１を有している。
そして、供給管３１には、供給管路の開閉を行う電磁弁からなる開閉弁３３が配置されている。
【００２６】
排気管１５の上流側排気シャッター２３とフィルター手段１７との間には、フィルター手段１７の逆洗によりフィルター手段１７から上流側に移動したパティキュレートを捕集するパティキュレート捕集手段３５が配置されている。
このパティキュレート捕集手段３５は、図２に示すように、排気管１５の排気通路に配置されるパティキュレートの取込部３７と、取込部３７の下方に着脱自在に配置されるパティキュレートの捕集容器３９とを有している。
【００２７】
取込部３７は、排気管１５に溶接Ｗ等により連結されている。
取込部３７の上部には、排気管１５から上方に突出する空間部３７ａが形成されている。
取込部３７の下端には、フランジ部３７ｂが形成されている。
このフランジ部３７ｂには、捕集容器３９の上端に形成されるフランジ部３９ａが、ボルト４１とナット４３からなる締結手段により着脱自在に固定されている。
【００２８】
上述した排気浄化装置の作動は、ディーゼルエンジン１１が搭載されるトラック等の車両からの警報により、ディーゼルエンジン１１を停止した状態で行われる。
すなわち、車両には、例えば、フィルター手段１７の入口側と出口側との差圧を検出して、差圧が所定の値を超えたときに警報を発する図示しない警報手段が装備されている。
【００２９】
そして、フィルター手段１７のフィルター１９に燃焼しないパティキュレートが所定量堆積すると、フィルター手段１７の入口側と出口側との差圧が、所定の値を超え警報が運転者に発せられる。
運転者は、この警報により、車両を適切な場所に停車し、ディーゼルエンジン１１を停止し、排気浄化装置によるパティキュレートの除去を行う。
【００３０】
すなわち、先ず、排気管１５のフィルター手段１７の上流および下流に配置される上流側排気シャッター２３および下流側排気シャッター２５が閉じられる。次に、高圧気体供給手段２７の供給管３１に配置される開閉弁３３が開かれ、高圧エアタンク２９内の高圧空気が供給管３１を通り、排気管１５のフィルター手段１７と下流側排気シャッター２５との間に供給される。
【００３１】
供給された高圧空気は、フィルター手段１７のフィルター１９を通過し、フィルター１９が逆洗される。
このフィルター１９の逆洗は、供給管３１に配置される開閉弁３３を、所定時間を置いて複数回開閉することにより行われる。
そして、フィルター手段１７の逆洗により上流側に移動したパティキュレートが、パティキュレート捕集手段３５に捕集される。
【００３２】
すなわち、フィルター１９の逆洗により上流側に移動したパティキュレートＰＭは、パティキュレート捕集手段３５の取込部３７に達し、取込部３７から、捕集容器３９に自然落下する。
【００３３】
また、パティキュレートＰＭの一部は、排気管１５から上方に突出する空間部３７ａに滞留した後、捕集容器３９に自然落下する。
そして、所定時間後に、取込部３７から捕集容器３９を取り外し、捕集容器３９内に捕獲されたパティキュレートＰＭが、所定の場所に廃棄され、廃棄後に、捕集容器３９が取込部３７に再度装着される。
【００３４】
上述した排気浄化装置では、上流側排気シャッター２３および下流側排気シャッター２５を閉じ、高圧気体供給手段２７により、排気管１５のフィルター手段１７と下流側排気シャッター２５との間に高圧気体を供給し、高圧気体によりフィルター手段１７を逆洗し、フィルター手段１７の逆洗により上流側に移動したパティキュレートを、パティキュレート捕集手段３５に捕集するようにしたので、フィルター１９に捕集されたパティキュレートを容易，確実に除去することができる。
【００３５】
そして、連続再生型のディーゼルパティキュレートフィルターに、ヒータやバーナを付加し、パティキュレートを燃焼させる方式、あるいは、ポストインジェクションによる排気ガス温度の上昇によりパティキュレートの連続再生反応を促進する方法に比較して、システムを簡易な構成にすることができる。
また、システムが簡易であるため、既に市販された自動車に容易かつ安価に装備することができる。
【００３６】
また、上述した排気浄化装置では、供給管３１に配置される開閉弁３３を開くと、高圧エアタンク２９内の高圧空気が供給管３１を通り、排気管１５のフィルター手段１７と下流側排気シャッター２５との間に供給されるため、高圧気体供給手段２７を容易，確実に構成することができる。
さらに、上述した排気浄化装置では、取込部３７から捕集容器３９を取り外すことにより、捕集容器３９内に捕集されたパティキュレートを容易，確実に廃棄することができる。
【００３７】
また、上述した排気浄化装置では、逆洗によりフィルター手段１７から取込部３７に移動したパティキュレートが一時的に空間部３７ａに滞在した後、重力の作用により捕集容器３９内に落下するため、逆洗されたパティキュレートを確実に捕集することができる。
そして、上述した排気浄化装置では、フィルター手段１７の前後に上流側排気シャッター２３および下流側排気シャッター２５を設けたので、高圧エアタンク２７からの少ない空気を有効に使用することができる。
【００３８】
なお、上述した実施形態では、フィルター手段１７を、多孔性材料に酸化触媒である貴金属酸化触媒成分を担持して構成した例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、例えば、フィルター手段１７を酸化触媒を担持する部材と、パティキュレートを捕獲する部材とに分離して構成しても良い。
【００３９】
また、上述した実施形態では、上流側排気シャッター２３および下流側排気シャッター２５を排気管１５に別途設置した例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、例えば、上流側排気シャッター２３または下流側排気シャッター２５のいずれか一方に、車両に搭載される排気ブレーキ用バルブを流用することが可能であり、流用する場合には、コストの低減を図ることができる。
【００４０】
さらに、上述した実施形態では、フィルター１９に捕集されたパティキュレートを連続的に酸化してフィルター再生する連続再生型のパティキュレートフィルターに本発明を適用した例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、電気ヒーター等によってフィルター１９に捕集されたパティキュレートを燃焼させて再生する従来からのパティキュレートフィルターにも適用することができる。
【００４１】
また、上述した実施形態では、ディーゼルエンジン１１の排気の浄化に本発明を適用した例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、例えば、ガソリンエンジン等の排気の浄化に広く適用することができる。
さらに、上述した実施形態では、フィルター手段１７の前後の差圧が所定の値を越えた時に、逆洗を行う例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、例えば、ディーゼルエンジンの排圧から判断しても良く、また、定期的に行うようにしても良い。
【００４２】
【発明の効果】
以上述べたように、請求項１の排気浄化装置では、上流側排気シャッターおよび下流側排気シャッターを閉じ、高圧気体供給手段により、排気通路のフィルター手段と下流側排気シャッターとの間に高圧気体を供給し、高圧気体によりフィルター手段を逆洗し、フィルター手段の逆洗により上流側に移動したパティキュレートを、パティキュレート捕集手段に捕集するようにしたので、フィルターに捕集されたパティキュレートを容易，確実に除去することができる。
【００４３】
請求項２の排気浄化装置では、連続再生型のパティキュレートフィルターに堆積したパティキュレートを、容易，確実に除去することができる。
請求項３の排気浄化装置では、供給管路に配置される開閉弁を開くと、高圧エアタンク内の高圧空気が供給管路を通り、排気通路のフィルター手段と下流側排気シャッターとの間に供給されるため、高圧気体供給手段を容易，確実に構成することができる。
【００４４】
請求項４の排気浄化装置では、取込部から捕集容器を取り外すことにより、捕集容器内に捕集されたパティキュレートを容易，確実に廃棄することができる。請求項５の排気浄化装置では、逆洗によりフィルター手段から取込部に移動したパティキュレートが一時的に空間部に滞在した後、重力の作用により捕集容器内に落下するため、逆洗されたパティキュレートを確実に捕集することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気浄化装置の一実施形態を示す説明図である。
【図２】図１のパティキュレート捕集手段の詳細を示す説明図である。
【符号の説明】
１１　ディーゼルエンジン
１５　排気管
１７　フィルター手段
１９　フィルター
２３　上流側排気シャッター
２５　下流側排気シャッター
２７　高圧気体供給手段
２９　高圧エアタンク
３１　供給管
３３　開閉弁
３５　パティキュレート捕集手段
３７　取込部
３７ａ　空間部
３９　捕集容器
ＰＭ　パティキュレート
【図１】
2004108194.tif 000003
【図２】
2004108194.tif 000004