(57)【要約】【課題】  ＤＰＦ、触媒付きＤＰＦ、触媒コンバータ等の排気ガスの後処理装置の浄化ユニットの少なくとも一部に、温度により電気抵抗値が変化する導電性材料を用いて、この浄化ユニットに温度計測用の電流を流して、浄化ユニット本体の温度を正確に、また、時間遅れなく検出できる排気ガス浄化装置を提供する。【解決手段】  内燃機関（２）の排気ガス通路（３）に設けられ、排気ガスを浄化する浄化ユニット（１０）を有する排気ガス浄化装置（１）において、前記浄化ユニット（１０）の少なくとも一部分を温度によって電気抵抗値が変化する導電性材料で形成すると共に、前記導電性材料で形成した部分の電気抵抗値を検出する電気抵抗検出手段と、該電気抵抗検出手段により検出された電気抵抗値から前記浄化ユニット（１０）の温度を算出する浄化ユニット温度算出手段とを備えて構成する。【選択図】  図１
2005194935.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガス通路に設けられ、排気ガスを浄化する浄化ユニットを有する排気ガス浄化装置において、前記浄化ユニットの少なくとも一部分を温度によって電気抵抗値が変化する導電性材料で形成すると共に、前記導電性材料で形成した部分の電気抵抗値を検出する電気抵抗検出手段と、該電気抵抗検出手段により検出された電気抵抗値から前記浄化ユニットの温度を算出する浄化ユニット温度算出手段とを備えたことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記排気ガス浄化装置において、前記浄化ユニットの昇温が必要と判断したときは、前記導電性材料で形成した部分に通電加熱用電力を供給して加熱すると共に、該通電加熱用電力のもとで電気抵抗値を検出し、該検出した電気抵抗値から前記浄化ユニットの温度を算出し、前記浄化ユニットの昇温が必要ないと判断したときは、前記導電性材料で形成した部分に前記通電加熱用電力よりも小さい温度計測用電力を供給し、該温度計測用電力のもとで電気抵抗値を検出し、該検出された電気抵抗値から前記浄化ユニットの温度を算出する温度制御手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
前記浄化ユニットを前記導電性材料を材料として形成した導電性浄化部材を複数個接合して構成すると共に、該導電性浄化部材を接合する接合部材を、該導電性浄化部材の相互間を実質上電気的に絶縁する材料で形成することを特徴とする請求項１又は２記載の前記排気ガス浄化装置。
【請求項４】
前記浄化ユニットの内側部分において、前記導電性浄化部材の代りに、実質上電気を通さない材料で形成した非通電性浄化部材を配置したことを特徴とする請求項３記載の排気ガス浄化装置。
【請求項５】
前記導電性浄化部材に個別的に電極部を設け、前記導電性浄化部材の各々に個別に通電可能に形成したことを特徴とする請求項３又は４記載の排気ガス浄化装置。
【請求項６】
前記排気ガス浄化装置において、前記浄化ユニットの昇温が必要と判断した場合に、前記導電性浄化部材に通電加熱用電力を供給して加熱すると共に、排気温度を上昇する排気昇温制御を行うことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項７】
前記浄化ユニットが、ディーゼルパティキュレートフィルタ又は触媒付きコンバータであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項８】
前記導電性浄化部材が、多孔質の隔壁により仕切られた複数の貫通孔を有し、排気ガス入口端面及び排気ガス出口端面において互い違いに目封じしたウオールフロータイプのハニカム構造体として形成され、前記多孔質の隔壁で排気ガス中の粒子状物質を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタとして構成されることを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項９】
前記導電性浄化部材が、多孔質の隔壁により仕切られた複数の貫通孔を有するハニカム構造体で形成されると共に、前記多孔質の隔壁に触媒を担持した触媒コンバータとして構成されることを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項１０】
前記導電性浄化部材の端部に電極膜を形成すると共に、排気ガス出入口端面にメッシュ状の電極を取り付けたことを特徴とする請求項８又は９に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項１１】
前記導電性浄化部材を、炭化ケイ素を主成分とし、シリコン、アルミニウム、マグネシウム、チタン、ボロン、イットリウム及びこれらの金属間化合物、酸化物、窒化物のいずれか一つ又は幾つかの組み合わせを添加した材料で形成することを特徴とする請求項３〜１０のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガス中のＰＭやＮＯｘ等を浄化する排気ガス浄化装置に関する。より詳細には、排気ガス浄化装置を構成するＤＰＦや触媒コンバータ等の浄化ユニットの温度計測を必要とする排気ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の内燃機関や据置式の内燃機関等の排気ガスから、ＰＭ（パテイキュレート・マター：粒子状物質）やＮＯｘ（窒素酸化物）を除去して排気ガスを浄化するための排気ガス浄化装置について種々の研究や提案がなされており、特に、自動車等の排気ガスを浄化するために、ＰＭに対してはディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦ）が用いられ、また、ＮＯｘに対しては、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒や三元触媒等のＮＯｘ浄化触媒が使用されている。
【０００３】
このＤＰＦには、コーディエライトや炭化ケイ素を主成分とするウオールフロータイプのセラミックハニカム構造体が使用されることが多い。このウオールフロータイプのＤＰＦは、多孔質の隔壁により仕切られた複数のセル（貫通孔）を有すると共に、排気ガス入口側端面及び排気ガス出口側端面において市松模様のように互い違いに目封じされている。そして、排気ガスが上流側が開放され下流側が閉鎖されているセルから隣の上流側が閉鎖され下流側が開放されているセルに移動する際に、セルの多孔質隔壁を通過することにより、この隔壁部分に排気ガス中のＰＭが捕集されて排気ガスが浄化される。
【０００４】
しかしながら、このセルの多孔質隔壁にＰＭが蓄積されると目詰まりを起こし、通気抵抗が増加すると共に、ＰＭの捕集効率も低下する。そのため、このＤＰＦの多孔質隔壁に蓄積されたＰＭを燃焼除去するために、捕集されたＰＭの量が所定の蓄積量を越えたと判断した場合に、ＤＰＦの温度をＰＭの燃焼開始温度以上に昇温して、ＰＭを燃焼除去している。
【０００５】
このＰＭの燃焼除去のためにＤＰＦを昇温する方法には、シリンダ内への燃料噴射制御においてポスト噴射等を行うことによる排気ガス昇温方法や、排気通路内への炭化水素（ＨＣ）の直接噴射を行うことによる排気ガス昇温方法や、ＤＰＦに設けた電気ヒータを用いた通電加熱方法がある。
【０００６】
また、導電性材料でＤＰＦを形成し、ＤＰＦ本体に直接通電してＤＰＦ温度を昇温させてＰＭを燃焼除去する自己発熱型ＤＰＦを使用する方法（例えば、特許文献１参照。）や自己発熱型ＤＰＦとその周囲に配置した電気抵抗発熱体とを直列に接続して、同時に通電して加熱する方法（例えば、特許文献２参照。）もある。
【０００７】
しかしながら、これらのＤＰＦにおいては、ＰＭの燃焼除去即ちＤＰＦの再生時に、ＤＰＦの温度が低過ぎるとＰＭの燃焼が開始されず、また、ＤＰＦの温度が高過ぎるとＰＭの異常燃焼によるＤＰＦの溶損や熱応力割れ等が生じるため、ＤＰＦの温度の管理が重要になっている。
【０００８】
また、一方のＮＯｘに対しては、通常のＮＯｘ浄化触媒は、それぞれの触媒の種類によって触媒作用が活性化している活性温度領域があり、触媒温度がそれ以外の範囲にある場合には、ＮＯｘの浄化率が低下するので、所定の温度範囲内に触媒温度を維持する必要があり、必要に応じて触媒温度を昇温する必要がある。
【０００９】
また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の場合には、排気ガスの空燃比がリーン状態の時に吸蔵したＮＯｘを、ＮＯｘ吸蔵能力が飽和に達する前に、放出させる必要があり、リッチスパイクを行って排気ガスの空燃比をリッチ状態にすると共に触媒温度を昇温して触媒を再生する必要がある。また、燃料中の硫黄が蓄積する硫黄被毒の問題もあり、適宜、排気ガスを低酸素濃度にすると共に、且つ、再生温度以上に触媒温度を上昇して、サルファパージ（硫黄パージ）している。これらのＮＯｘ浄化触媒においても、ＮＯｘ浄化効率の維持や触媒再生やサルファーパージ等の面から触媒温度の管理は重要な事項となっている。
【００１０】
このように、従来技術においては、自動車用排気ガス浄化装置に使用されるＤＰＦや触媒コンバータ等の浄化ユニットの温度は各種の制御に重要な役割を果たす指標であり、その測定は重要であるが、浄化ユニットの内部に温度センサを取り付けるのは非常に困難であるため、その前後に配置した温度センサの検出温度から推定していた。
【００１１】
そのため、浄化ユニットの温度の測定精度や応答性が悪いという問題や、浄化ユニットの各部位相互間の温度のばらつきを測定できない等の問題が生じていた。
【特許文献１】特開２０００−２９７６２５号公報
【特許文献２】特開２００２−２１３２３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、ＤＰＦ、触媒付きＤＰＦ、触媒コンバータ等の排気ガスの後処理装置の浄化ユニットの少なくとも一部に、温度により電気抵抗値が変化する導電性材料を用いて、この浄化ユニットに温度計測用の電流を流して、浄化ユニット本体の温度を正確に、また、時間遅れなく検出できる排気ガス浄化装置を提供することである。
【００１３】
更には、再生時等の浄化ユニットを昇温加熱する際には、通電加熱用電力を供給して通電加熱しながら、電気抵抗値を検出して浄化ユニットの温度を検出し、また、昇温加熱用の通電を行わない場合には温度計測用電力を供給して、電気抵抗値を検出して浄化ユニットの温度を検出し、いつでも正確な温度を時間遅れなく検出できる排気ガス浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
以上のような目的を達成するための排気ガス浄化装置は、次のように構成される。
【００１５】
１）内燃機関の排気ガス通路に設けられ、排気ガスを浄化する浄化ユニットを有する排気ガス浄化装置において、前記浄化ユニットの少なくとも一部分を温度によって電気抵抗値が変化する導電性材料で形成すると共に、前記導電性材料で形成した部分の電気抵抗値を検出する電気抵抗検出手段と、該電気抵抗検出手段により検出された電気抵抗値から前記浄化ユニットの温度を算出する浄化ユニット温度算出手段とを備えて構成される。この構成により、熱電対等の温度センサを別個に設ける必要が無くなると共に、浄化ユニット本体の温度を正確に測定することができるようになる。しかも応答遅れが無くなる。
【００１６】
２）そして、前記排気ガス浄化装置において、前記浄化ユニットの昇温が必要と判断したときは、前記導電性材料で形成した部分に通電加熱用電力を供給して加熱すると共に、該通電加熱用電力のもとで電気抵抗値を検出し、該検出した電気抵抗値から前記浄化ユニットの温度を算出し、前記浄化ユニットの昇温が必要ないと判断したときは、前記導電性材料で形成した部分に前記通電加熱用電力よりも小さい温度計測用電力を供給し、該温度計測用電力のもとで電気抵抗値を検出し、該検出された電気抵抗値から前記浄化ユニットの温度を算出する温度制御手段を備えて構成される。この構成により、浄化ユニットを通電加熱でき、しかも、通電加熱中でも浄化ユニット本体の温度を正確に測定できる。そのため、浄化ユニット本体の昇温温度を正確に行うことができるようになる。
【００１７】
３）上記の排気ガス浄化装置において、前記浄化ユニットを前記導電性材料を材料として形成した導電性浄化部材を複数個接合して構成すると共に、該導電性浄化部材を接合する接合部材を、該導電性浄化部材の相互間を実質上電気的に絶縁する材料で形成する。この実質的に電気的に絶縁するとは、導電性材料に比較して十分に電気抵抗が大きいことを意味し、導電性材料側に流れる電流に比較して殆ど電流が流れなければよい。
【００１８】
この構成により、大きな浄化ユニットも比較的簡単に形成でき、一つ一つの導電性浄化部材の熱容量が小さくなるので均熱化し易く、熱応力の発生少なくなる。また、浄化ユニットの一部に割れ等のダメージを受けても、一部の導電性浄化部材だけでくいとめることができる。
【００１９】
４）また、前記浄化ユニットの内側部分において、前記導電性浄化部材の代りに、実質上電気を通さない材料で形成した非通電性浄化部材を配置して構成する。この構成により、外周部より温度が高くなり易く、自己発熱型フィルタにして通電加熱する必要性が低い内側部分を非通電性浄化部材で形成したので、内周側の通電電極や配線を廃することで、構造をシンプルにできる。また、外周部を加熱することにより、自然に内周側も加熱される。なお、温度の検出は、外周部の温度を検出することで、中央部の温度は推定できる。
【００２０】
５）そして、前記導電性浄化部材に個別的に電極部を設け、前記導電性浄化部材の各々に個別に通電可能に形成する。この構成により、各導電性浄化部材毎に温度測定及び通電加熱ができるようになるので、よりきめ細かく、浄化ユニットの温度分布を測定でき、及び各導電性浄化部材毎に加熱制御できるので、より効率よく加熱して、浄化ユニットの浄化能力の向上や浄化能力の再生を効率よく行うことができる。また、消費電力も少なくできる。
【００２１】
６）更に、前記排気ガス浄化装置において、前記浄化ユニットの昇温が必要と判断した場合に、前記導電性浄化部材に通電加熱用電力を供給して加熱すると共に、排気温度を上昇する排気昇温制御を行うように構成する。この排気昇温制御は、シリンダ内への燃料噴射においてポスト噴射を行ったり、排気管に設けた燃料噴射弁から排気通路内への直接燃料噴射を行ったり、吸気絞りや排気絞りやＥＧＲ制御等の一つ又はこれらの幾つかの組み合わせで行うことができる。この構成によれば通電加熱に必要な電力を少なくできる。
【００２２】
７）そして、前記浄化ユニットが、ディーゼルパティキュレートフィルタ又は触媒付きコンバータである場合により効果を奏することができる。このディーゼルパティキュレートフィルタには、酸化触媒やＰＭ酸化触媒等の触媒を担持した触媒付きディーゼルパティキュレートフィルタも含む。
【００２３】
このディーゼルパティキュレートフィルタの場合には捕集したＰＭの強制燃焼によるＤＰＦ再生にＤＰＦの温度測定及び昇温が必要である。また、触媒コンバータが酸化触媒や三元触媒等を担持している場合には、酸化に必要な触媒の活性温度域に触媒コンバータの温度を維持するために温度測定及び昇温が必要であり、触媒コンバータがＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持している場合には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力の回復のための再生制御や硫黄パージ制御において温度測定及び昇温が必要となる。
【００２４】
８）上記の排気ガス浄化装置はより具体的には、次のように構成される。
【００２５】
上記の排気ガス浄化装置において、前記導電性浄化部材が、多孔質の隔壁により仕切られた複数の貫通孔を有し、排気ガス入口端面及び排気ガス出口端面において互い違いに目封じしたウオールフロータイプのハニカム構造体として形成され、前記多孔質の隔壁で排気ガス中の粒子状物質を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタとして構成される。
【００２６】
あるいは、上記の排気ガス浄化装置において、前記導電性浄化部材が、多孔質の隔壁により仕切られた複数の貫通孔を有するハニカム構造体で形成されると共に、前記多孔質の隔壁に触媒を担持した触媒コンバータとして構成される。
更に、上記の排気ガス浄化装置において、前記導電性浄化部材の端部に電極膜を形成すると共に、排気ガス出入口端面にメッシュ状の電極を取り付けて構成される。
【００２７】
９）この導電性浄化部材は、炭化ケイ素を主成分とし、シリコン、アルミニウム、マグネシウム、チタン、ボロン、イットリウム及びこれらの金属間化合物、酸化物、窒化物のいずれか一つ又は幾つかの組み合わせを添加した材料で形成することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の排気ガス浄化装置によれば、少なくとも一部を温度によってその電気抵抗が変化する導電性材料で形成した浄化ユニットの温度を、この導電性材料で形成した部分の内部電気抵抗の測定値を基にして算出するので、熱電対等の温度センサを別個に設ける必要が無くなり、しかも、正確かつ応答性に優れた温度測定が可能となる。
【００２９】
そして、通電加熱用電力を供給して通電加熱できるように構成すると、浄化ユニットを通電加熱でき、しかも、通電加熱中でもその電気抵抗値を検出することにより浄化ユニット本体の温度を正確に測定できる。そのため、浄化ユニット本体の昇温制御や温度維持制御を正確に行うことができる。
【００３０】
また、浄化ユニットを複数の導電性浄化部材の寄せ集めで形成すると、各導電性浄化部材毎に温度測定及び通電加熱できるので、よりきめ細かく浄化ユニット本体の昇温制御や温度維持制御を導電性浄化部材毎に正確に行うことができる。従って、浄化ユニットを均熱化しながら昇温できるので、昇温に用いる電力を効率良く用いることができ、消費電力を少なくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化装置について図面を参照しながら説明する。この排気ガス浄化装置は、ＤＰＦ、触媒付きＤＰＦ、触媒コンバータ等の浄化ユニットを少なくとも一つ有して構成される。なお、以下の説明では、触媒付きＤＰＦを主な例にして説明する。
【００３２】
〔第１の実施の形態〕
図１に、本発明の第１の実施の形態の排気ガス浄化装置１の構成を示す。
【００３３】
本発明の排気ガス浄化装置１は、浄化ユニット１０を有して構成され、この浄化ユニット１０は、全体が、温度によって電気抵抗が変化する導電性材料で形成された導電性浄化部材（導電性ハニカム構造体）２０の一体物を有して形成される。より詳細には、この導電性材料には、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を主成分とし、シリコン、アルミニウム、マグネシウム、チタン、ボロン、イットリウム及びこれらの金属間化合物、酸化物、窒化物のいずれか一つ又は幾つかの組み合わせを添加した、ＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient) 特性を有する材料等がある。このＮＴＣ特性とは、温度が上昇するにつれて電機抵抗が減少する特性のことを言う。
【００３４】
この浄化ユニット１０がＤＰＦの場合には、この導電性浄化部材２０は、多孔質の隔壁により仕切られた複数のセル（貫通孔）を有して形成され、更に、排気ガス入口側端面及び排気ガス出口側端面において、市松模様のように互い違いに目封じされる。つまり、上流側（排気ガス入口側）が開放され、下流側（排気ガス出口側）が目封じされた上流側セルと、上流側（排気ガス入口側）が目封じされ、下流側（排気ガス出口側）が開放された下流側セルとが交互に多孔質隔壁を介して隣接するように形成する。即ち、ウオールフロータイプのフィルタ部材に形成する。なお、浄化ユニット１０が触媒付きＤＰＦの場合には、この浄化部材２０の各セルの多孔質の隔壁に、白金（Ｐｔ）、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）等からなる触媒を担持させる。
【００３５】
そして、この導電性浄化部材２０の排気ガス入口側の端面と排気ガス出口側端面にニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）を含む電極膜２２を焼きつける。更に、この導電性浄化部材２０にメッシュ状の電極２３、耐熱絶縁シート２４、電極支持板２５を積層する。なお、これらは、いずれも排気ガスが通過する部分はくり抜きで構成される。
【００３６】
この導電性浄化部材２０を固定板１１と緩衝材１２で支持してケース１３に収納をして浄化ユニット１０を構成する。
【００３７】
そして、図１に示すように、浄化ユニット１０の一端側の電極２３を接地線１４により電気的に接地（アース）し、他端側の電極２３に電力供給線１５を接続し、電力を供給できるように構成する。この電力供給線１５には、電力計３１を設けると共に、切換スイッチ３２を介して、温度計測用電源３４と通電加熱用電源３５とアースＥに選択可能に接続する。この構成により、切換スイッチ３２の切換えにより、温度計測用電源３４に接続して通常の温度計測を行う場合と、通電加熱用電源３５に接続して温度計測を行いながら導電性浄化部材２０を通電加熱する場合と、アースＥに接続して、通電しない場合とを線悪できるようになる。
【００３８】
この電力計３１の検出値はＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）と呼ばれる制御制御装置４０に入力される。そして、この制御装置４０は電気抵抗検出手段と浄化ユニット温度算出手段及びこれらを含む温度制御手段を備えて構成される。
【００３９】
この電気抵抗検出手段は、浄化ユニット２０の電気抵抗値を検出する手段であり、電圧と電流を検出する電力計３１とこの検出した電圧と電流から抵抗値を算出する演算手段とを有して構成される。また、浄化ユニット温度算出手段は、電気抵抗検出手段により検出された電気抵抗値から浄化ユニット１０の温度を算出する手段であり、予め入力された電圧値ごとにおける電気抵抗値と温度とのマップデータを基に、計測又は設定された電圧値と計測された電気抵抗値から導電性浄化部材２０を算出し、更に、浄化ユニット１０の温度を算出する。
【００４０】
この構成により、熱電対等の温度センサを別個に設ける必要が無くなると共に、浄化ユニット１０本体の温度を時間遅れ無く正確に測定することができるようになる。
【００４１】
そして、浄化ユニット１０がＤＰＦや触媒付きＤＰＦの場合には、また、この浄化ユニット１０の前後の圧力差を検出して、ＰＭ捕集量の判定、及び、再生開始の判定を行うことができるように、排気ガス浄化装置１の前後に圧力センサ（図示しない）を取り付けて構成する。
【００４２】
そして、温度制御手段は、この圧力センサの検出値から浄化ユニット１０が目詰まりの限界にないと判定した場合、即ち、再生制御が不要であると判定した場合には、切換スイッチ３２を制御装置４０からの操作信号で切換えて、温度計測用電源３３に接続して微弱電流を通電し、電気抵抗検出手段と浄化ユニット温度算出手段により、通電中の電圧と電流値から浄化ユニット１０の内部電気抵抗値を測定し、温度を算出するように構成される。
【００４３】
また、この圧力センサの検出値から浄化ユニット１０が目詰まりの限界にあると判定した場合、即ち、再生制御が必要であると判定した場合で、浄化ユニット１０の温度が予め設定した所定の温度（例えば３５０℃）に達していない時には、浄化ユニット１０の昇温が必要であるとして、昇温制御するように構成される。
【００４４】
この浄化ユニット１０の昇温制御は、切換スイッチ３２を制御装置４０からの操作信号で切換えて、通電加熱用電源３４に接続し、通電加熱用電力を供給して通電加熱を行い、この通電加熱により、浄化ユニット１０を昇温し、ＰＭの強制燃焼温度（ＤＰＦの再生温度）以上の所定の温度になったら、通電量を制御してその所定の温度に維持する。この時、電気抵抗検出手段と浄化ユニット温度算出手段により、通電加熱中の電圧と電流値から導電性浄化部材２０の内部電気抵抗値を測定し、導電性浄化部材２０即ち浄化ユニット１０の温度を算出するように構成される。
【００４５】
この構成により、いつでも、導電性浄化部材２０の電気抵抗値から導電性浄化部材２０の温度及び浄化ユニット１０の温度を検出することが可能となる。
【００４６】
また、この昇温制御において、シリンダ内（燃焼筒内）または排気管内に強制的に燃料を噴出して、排気ガス温度を上昇させる強制再生制御と、ＤＰＦに通電して加熱する通電加熱制御とを組み合わせて実行できるように構成する。この構成により、通電加熱と共に排気ガス昇温により浄化ユニット２０を昇温できるので、通電加熱に要する電力を小さくすることができる。
【００４７】
つまり、温度制御手段は、ＤＰＦの再生制御等で、浄化ユニット１０に捕集されたＰＭを強制燃焼するために、浄化ユニット１０の昇温が必要と判断したときは、切換スイッチ３２で通電加熱用電源３４に切換えて通電加熱用電力を供給して加熱すると共に、この通電加熱用電力のもとで電気抵抗値を検出し、この検出した電気抵抗値から浄化ユニット２０の温度を算出する。また、浄化ユニット２０の昇温が必要ないと判断したときは、切換スイッチ３２で温度計測用電源３３に切換えて通電加熱用電力よりも小さい温度計測用電力を供給し、この温度計測用電力のもとで電気抵抗値を検出し、この検出された電気抵抗値から浄化ユニット２０の温度を算出するように構成される。
【００４８】
この構成により、浄化ユニット２０を通電加熱でき、しかも、通電加熱中でも浄化ユニット２０本体の温度を正確に測定できる。そのため、浄化ユニット２０本体の昇温制御を正確に行うことができるようになる。
【００４９】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の第２の実施の形態の排気ガス浄化装置１Ａについて説明する。
【００５０】
この排気ガス浄化装置１Ａは、第１の実施の形態の排気ガス浄化装置１と同様に、浄化ユニット１０Ａを有して構成されるが、この浄化ユニット１０Ａが、図２に示すような複数の導電性浄化部材２１Ａの集合体２０Ａで構成されている点、即ち、浄化ユニット１０Ａを複数の導電性浄化部材２１Ａに分割して形成する点が異なる。
【００５１】
この浄化ユニット１０Ａを構成する導電性浄化部材２１Ａは、第１の実施の形態の浄化部材２１と同様に、温度によって電気抵抗が変化する導電性材料で形成される。また、この浄化ユニット１０ＡがＤＰＦの場合には、この導電性浄化部材２１Ａは、ウオールフロータイプのフィルタ部材で形成し、更に、触媒付きＤＰＦである場合には、白金等の触媒を担持させて形成する。また、図３に示すように、この導電性浄化部材２１Ａの排気ガス入口側の端面と排気ガス出口側端面にニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）を含む電極膜２２を焼きつける。
【００５２】
この導電性浄化部材２１Ａを複数個、図４に示すように接合材料２６で接合して集合体２０Ａを形成する。この接合材料２６としては、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を主成分として電気抵抗が導電性浄化部材２１Ａより十分に大きい（１０8 Ω・ｍ以上）の材料、即ち、実質上電気的に絶縁する材料を使用する。
【００５３】
更に、図２に示すように、この集合体２０Ａに分割に応じて細分化したメッシュ電極２３、耐熱絶縁シート２４、電極支持板２５を積層する。なお、これらは、いずれも排気ガスが通過する部分はくり抜きで構成される。
【００５４】
そして、図１に示すように、この集合体２０Ａを固定板１１と緩衝材１２を用いてケース１３に収納をして浄化ユニット１０Ａを構成する。
【００５５】
この構成により、大きな浄化ユニット１０Ａも比較的簡単に形成でき、一つ一つの導電性浄化部材２０Ａの熱容量が小さくなるので均熱化し易く、熱応力の発生少なくなる。また、浄化ユニットの一部に割れ等のダメージを受けても、一部の導電性浄化部材だけでくとめることができる。
【００５６】
この浄化ユニット１０Ａに電流を流す時には、集合体２０Ａを構成する導電性浄化部材２１Ａを共通の電極で接続して、導電性浄化部材２１Ａ全体を一つの電源に接続するように形成すると、この構成により、浄化ユニット１０Ａ全体に同じ電圧を印加して、浄化ユニット１０Ａの平均的な温度を測定でき、また、通電加熱時にも、浄化ユニット１０Ａ全体に同じ電圧を印加して、通電加熱することになる。そのため、局部的な温度分布の計測や、局部的な昇温制御はできないが、配線１４，１５や切換スイッチ３２の構成は非常にシンプルとなる。
【００５７】
また、この導電性浄化部材２１Ａに個別的に電極２３を設け、導電性浄化部材２１Ａの各々に個別に通電可能に形成すると、この構成により、各導電性浄化部材２１Ａ毎に温度測定及び通電加熱ができるようになるので、よりきめ細かく、浄化ユニット１０Ａの温度分布を測定でき、また、各導電性浄化部材２１Ａ毎に加熱制御できるので、より効率よく加熱して、浄化ユニット１０Ａの浄化能力の向上や浄化能力の再生を効率よく行うことができる。また、消費電力も少なくできる。
【００５８】
また、この導電性浄化部材２１Ａに個別的に電極２３を設ける代りに、外周部の導電性浄化部材２１Ａと内周部の導電性浄化部材２１Ａ等にグループ分けして、各グループ毎に通電可能に形成すると、電極２３の数が減少し比較的シンプルな構成になると共に、外周部と内周部で別々の通電加熱ができるので、比較的効率よく浄化ユニット１０Ａの浄化能力の向上や浄化能力の再生を行うことができる。
【００５９】
〔第３の実施の形態〕
次に、本発明の第３の実施の形態の排気ガス浄化装置１Ｂについて説明する。
【００６０】
この排気ガス浄化装置１Ｂは、第２の実施の形態の排気ガス浄化装置１Ａと同様に、複数の浄化部材２１Ｂ，２１Ｃの集合体２０Ａで構成されるが、図５に示すように、外周部分（図５では１２個）の浄化部材は導電性浄化部材２１Ａであるが、中心部分（図５では４個）の浄化部材は、実質上電気を通さない材料で形成した非通電性浄化部材２１Ｂで構成される。
【００６１】
この非通電性浄化部材２１Ｂは、第１の実施の形態の浄化部材２１と同様に、この浄化ユニット１０ＡがＤＰＦの場合には、ウオールフロータイプのフィルタ部材で形成し、更に、触媒付きＤＰＦである場合には、白金等の触媒を担持させて形成する。但し、この材料は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を主成分とするが電気抵抗が導電性浄化部材２１Ａより十分に大きい（１０8 Ω・ｍ以上）材料で形成される。また、これらの浄化部材２１Ａ，２１Ｂの接合は第２の実施の形態と同様に行われる。但し、電極膜２２、メッシュ電極２３は、非通電性浄化部材２１Ｂの部分は省いて構成される。
【００６２】
この構成により、外周部より温度が高くなり易く、通電加熱する必要性が低い内側部分を非通電性浄化部材２１Ｂで形成したので、内周側の通電用の電極や配線を廃することができ、構造をシンプルにできる。また、外周部の導電性浄化部材２１Ａを加熱することにより、自然に内周側の非通電性浄化部材２１Ｂも加熱される。また、温度が高くなり易い中心部を通電加熱しないので、浄化ユニット１０Ｂ内の温度差を小さくできる。なお、浄化ユニット１０Ｂ温度の検出は、外周部の温度を検出することで、中央部の温度は推定できる。
【００６３】
この場合においても、導電性浄化部材２１Ａに個別的に電極２３を設け、導電性浄化部材２１Ａの各々に個別に通電可能に形成すると、よりきめ細かく、浄化ユニット１０Ｂの温度分布を測定でき、また、各導電性浄化部材２１Ａ毎に加熱制御できるので、より効率よく加熱して、浄化ユニット１０Ｂの浄化能力の向上や浄化能力の再生を効率よく行うことができる。また、消費電力も少なくできる。
【００６４】
〔その他の実施の形態〕
次に、本発明の他の実施の形態の排気ガス浄化装置について説明する。
【００６５】
上記の排気ガス浄化装置では、浄化ユニットが触媒付きＤＰＦ又はＤＰＦの場合について説明したが、浄化ユニットが触媒コンバータの場合について説明する。
【００６６】
浄化ユニットが触媒コンバータの場合には、浄化部材は、多孔質の隔壁により仕切られた複数のセル（貫通孔）を有するハニカム構造体で形成され、この浄化部材の各セルの多孔質の隔壁に、酸化触媒やＮＯｘ浄化触媒等の触媒を担持させて形成される。
【００６７】
その他の構成は、上記の第１〜第３の実施の形態の浄化部材と同じである。第２の実施の形態に対応した、ハニカム構造体で形成した導電性浄化部材２１Ｃの集合体２０Ｃを図６に示す。
【００６８】
そして、触媒コンバータが担持している触媒の活性温度域に触媒コンバータの温度を維持するためや、触媒の再生制御のために、温度測定や昇温制御を行う場合には、上記の第１〜第３の実施の形態の排気ガス浄化装置と同様に行うことができる。
【００６９】
なお、上記の構成では、排気ガス浄化装置は単一の浄化ユニットで形成されているものとして説明したが、複数の浄化ユニットで形成されていてもよい。例えば、酸化触媒の触媒コンバータ、ＤＰＦ、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の触媒コンバータ等を組み合わせた排気ガス浄化装置であってもよく、要は、温度測定が必要な浄化ユニットを備えた排気ガス浄化装置の場合には本発明を適用できる。
【実施例１】
【００７０】
第２の実施の形態の排気ガス浄化装置１Ａにおいて、白金（Ｐｔ）、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）等からなる触媒を４０ｇ／Ｌ担持させて触媒付きＤＰＦとして浄化ユニット（ハニカム構造体）を形成した。これを、実施例１とし、図７に示すようにこの排気ガス浄化装置１Ａをディーゼルエンジン２の排気管３に取り付けて、浄化ユニット１０Ａの温度を測定した。また、比較例１として、浄化ユニット１０Ａの排気ガス出口直近に温度センサ４１を取り付けて温度を測定した。
【００７１】
この実施例１において、導電性浄化部材２１Ａの電気抵抗特性を測定して、図８のような結果を得た。従って、導電性浄化部材２１Ａの電気抵抗値を測定することで、この電気抵抗値から導電性浄化部材２１Ａの温度を算出できることが分かった。
【００７２】
また、導電性浄化部材２１Ａの電気抵抗値から算出した実施例１の温度と温度センサで計測した比較例１の温度とを図９に示す。この図９では、実施例１の温度は、外周部の導電性浄化部材２１Ａの温度（●）と中心部の導電性浄化部材２１Ａの温度（○）とで示し、比較例１の温度（×）を示してある。
【００７３】
この図９によれば、ＤＰＦ（浄化ユニット）１０Ａの温度は捕集されたＰＭが再生される際には中心部の導電性浄化部材２１Ａの温度（○）が、外周部の導電性浄化部材２１Ａの温度（●）より高くなることが分かる。また、実施例１の平均温度と、比較例１の温度とでは最大で５０℃の差異が生じ、更に、比較例１の温度には、タイムラグが生じていることも確認された。
【００７４】
また、図９によれば、通電加熱していない場合には、中心部の導電性浄化部材２１Ａの温度（○）が、外周部の導電性浄化部材２１Ａの温度（●）より５０℃〜１００℃程度高くなることが分かった。
【実施例２】
【００７５】
次に、上記の実施例１のＤＰＦ（浄化ユニット）１０Ａの前後に圧力センサ４２，４３を取り付けて、圧力差を計測して、この圧力差によってＤＰＦ１０Ａの目詰まり限界を判定し、ＤＰＦ１０Ａが目詰まり限界にあって、各導電性浄化部材２１Ａの温度が予め設定した３５０℃に達していない場合には、シリンダ内（燃焼室内）に強制的に燃料を噴射して排気ガス温度を上昇させる排気昇温制御と、導電性浄化部材２１Ａに通電加熱用電源から通電する通電加熱制御とを組み合わせて、ＤＰＦ１０Ａの再生制御を行い、これを実施例２とした。
【００７６】
また、ＤＰＦ１０Ａの排気ガス出口直近に取り付けた温度センサ４１によって測定した温度で、排気昇温制御のみによるＤＰＦの再生制御を行い、これを比較例２とした。
【００７７】
この結果を図１０〜図１２に示す。この図１０によれば、比較例２（×）に比べ実施例２（●）では短時間でＰＭ再生ができることが分かる。また、図１１によれば、通電加熱即ち抵抗加熱による補助昇温により燃料消費量を４割程度低減できることが分かった。また、部分的には排気昇温の併用無しの通電加熱だけで強制再生が可能になることも分かった（図１２）。
【実施例３】
【００７８】
実施例３としては、第３の実施の形態の排気ガス浄化装置１Ｂにおいて、白金（Ｐｔ）、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）等からなる触媒を４０ｇ／Ｌ担持させて触媒付きＤＰＦの浄化ユニット１０Ｂを形成し、実施例２と同様な試験を実施した。実施例３では、中心部の浄化部材２１Ｂは非通電性としているため、中心部の温度計測及び通電加熱ができない構造となっている。この試験結果を図１３と図１４に示す。
【００７９】
図１３の消費電力の比較によれば、外周部のみ通電加熱する実施例３（●）の消費電力は、全体を通電加熱する実施例２（×）の消費電力の半分以下になった。
【００８０】
そして、実施例２（○）では、外周部と中心部との温度差ΔＴ２が約３６０℃であるの対して、実施例３（●）では、外周部と中心部との温度差ΔＴ３が約１９０℃となり、ＤＰＦ内の温度分布のばらつきを低減できることが分かった。
【００８１】
従って、以上の実施例１〜３と比較例１〜３の結果により、浄化ユニットを形成する導電性材料の電気抵抗値から検出した温度を利用した通電加熱時の電力制御が可能な排気ガス浄化装置を提供できることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化装置の構成を示す図である。
【図２】本発明に係る第２の実施の形態の排気ガス浄化装置の浄化ユニットの構成を示す図である。
【図３】導電性浄化部材の電極膜の構成を示す図である。
【図４】導電性浄化部材の接合の状態を示す図である。
【図５】第３の実施の形態の排気ガス浄化装置の導電性浄化部材と非通電性浄化部材の配置の様子を示す図である。
【図６】その他の実施の形態の排気ガス浄化装置で浄化ユニットがハニカム構造体の触媒コンバータである場合の浄化ユニットの構成を示す図である。
【図７】実施例２〜４の排気ガス浄化装置の配置の状態を示す図である。
【図８】実施例１の導電性浄化部材の温度と電気抵抗値と関係を示す図である。
【図９】ＤＰＦ再生時における実施例１の温度と比較例１の温度を示す図である。
【図１０】ＤＰＦ再生時における実施例２の温度と比較例２の温度を示す図である。
【図１１】ＤＰＦ再生時における実施例２と比較例２の燃料消費量を示す図である。
【図１２】ＤＰＦ再生時における実施例２と比較例２の温度の時系列を示す図である。
【図１３】ＤＰＦ再生時における実施例２と実施例３の温度の時系列を示す図である。
【図１４】ＤＰＦ再生時における実施例２と実施例３の温度分布を示す図である。
【符号の説明】
【００８３】
１，１Ａ，１Ｂ    排気ガス浄化装置（ＤＰＦ）
１Ｃ    排気ガス浄化装置（触媒コンバータ）
２    エンジン
３    排気通路
１０，１０Ａ，１０Ｂ    浄化ユニット（ＤＰＦ）
１０Ｃ  浄化ユニット（触媒コンバータ）
２０    導電性浄化部材
２０Ａ、２０Ｂ    浄化部材の集合体（ＤＰＦ）
２０Ｃ  浄化部材の集合体（触媒コンバータ）
２１Ａ  導電性浄化部材
２１Ｂ  非電通性浄化部材
２２    電極膜
２３    メッシュ状電極
３１    電力計
３２    切換スイッチ
３３    温度計測用電源
３４    通電加熱用電源
４０    制御装置（ＥＣＵ）
【図１】
2005194935.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005194935.tif 000009
【図８】
2005194935.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2005194935.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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