(57)【要約】【課題】ディーゼルエンジンから排出されるすす等はＤＰＦにより容易に捕捉されるが、ＤＰＦを連続して使用するためにはＤＰＦの再生のため捕捉されたすす等を燃焼によって除去する必要があるが、当該すす等の燃焼はこれまでの方法では極めて困難であり、燃焼完結時間を短縮して実用的な再生方法を確立する必要がある。また、エンジン排ガス中に含まれる鉄錆はかなりの量となってＤＰＦへ飛来してフィルターエレメントの永久目詰まりを助長するのでこれを防止する。【解決手段】捕捉されたすす等に可燃液体を浸透させて当該すす等の燃焼特性を大幅に改善する。また、ＤＰＦのフィルターエレメント上流に磁石を設置してエンジン排ガス中に含まれる鉄錆を予め捕捉除去する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンの排ガス中の有害成分である浮遊粒子状物質となるすす及び可溶有機物（ＳＯＦ）を捕捉するために用いられる排ガス微粒子フィルタを設けた排ガス処理装置において、捕捉されたすす及びＳＯＦの燃焼を容易にするため軽油及び灯油及び重油からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む液体燃料をＤＰＦに捕捉されたこれらのすす及びＳＯＦに未燃のまま直接供給してＤＰＦを再生する方法。
【請求項２】
ディーゼルエンジンの排ガス中の有害成分である浮遊粒子状物質となるすす及び可溶有機物（ＳＯＦ）を捕捉するために用いられる排ガス微粒子フィルタを設けた排ガス処理装置において、捕捉されたすす等の燃焼を容易にするため含酸素有機化合物（但し、メタノール及びエタノールを除く）からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む液体燃料をＤＰＦに捕捉されたこれらのすす及びＳＯＦに未燃のまま直接供給してＤＰＦを再生する方法。
【請求項３】
ディーゼルエンジンの排ガス中の有害成分である浮遊粒子状物質となるすす及び可溶有機物（ＳＯＦ）を捕捉するために用いられる排ガス微粒子フィルタを設けた排ガス処理装置において、捕捉されたすす等の燃焼を容易にするためメタノール及びエタノールからなる群より選ばれる少なくとも１種を含む液体燃料をＤＰＦに捕捉されたこれらのすす等に未燃のまま直接供給してＤＰＦを再生する方法。
【請求項４】
請求項１〜３のうちの少なくとも一項に記載の液体燃料がすす等に供給された混合物を、エンジン運転中にエンジン自身の排ガスの熱量によって着火燃焼するようにしたＤＰＦを再生する方法。
【請求項５】
請求項１〜３のうちの少なくとも一項に記載の液体燃料がすす等に供給された混合物を、エンジン運転中にＤＰＦ上流に設置するバーナ装置により昇温されたエンジン排ガスの熱量によって着火燃焼するようにしたＤＰＦを再生する方法。
【請求項６】
請求項１〜３のうちの少なくとも一項に記載の液体燃料がすす等に供給された混合物を、エンジン運転中または停止中にＤＰＦのフィルターエレメントに内蔵された電気ヒータへの電力導通によって着火燃焼するようにしたＤＰＦを再生する方法。
【請求項７】
請求項１〜３のうちの少なくとも一項に記載の液体燃料がすす等に供給された混合物を、エンジン停止中にＤＰＦ下流から送入する熱ガスによって着火燃焼するようにしたＤＰＦを再生する方法。
【請求項８】
請求項１〜３のうちの少なくとも一項に記載の液体燃料の供給、及び請求  項４〜７のうち一項に記載の着火熱源を用いる方法においてＤＰＦのフィルターエレメントに対し排ガス流れの上流に永久磁石または電磁石を設置してなるＤＰＦを再生する方法。
【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（以下、エンジンという）の排ガス中の有害成分である浮遊粒子状物質（以下、ＤＰという）となるすす及び可溶有機物（ＳＯＦ）（以下、これらを総称してすす等という）を捕捉するために用いられる排ガス微粒子フィルタ（以下、ＤＰＦという）を設けた排ガス処理装置において、フィルタエレメントの目詰まり状態を目詰まりの無い元の状態に再生する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの排ガス中のすす等は、浮遊微粒子汚染や光化学スモッグ等の公害性物質として今日重大な関心を集めている大気汚染物質である。
この対策として信頼性並びに経済性の高いＤＰＦの実用化は現在最重要課題として各方面で検討が進められている。
【０００３】
ここで、ＤＰＦのフィルタエレメントは、繊維状セラミックシート、又は、多孔質のセラミックからなり排ガス通路を形成する各セルにおける排ガスの出口側と入口側において市松模様上に交互にセル端部をプラグされてなるウォールフロー構造が一般的であり、原理的にはフィルタエレメントで前記すす等を捕捉して排ガスをろ過しようとするものである。
【０００４】
エンジンの排ガス中の有害成分である前記すす等の捕捉のために用いられるＤＰＦに関し、再生装置の併用無し即ちＤＰＦのみ単独使用する場合は、エンジンの運転時間またはディーゼル車の走行距離の増加に伴いフィルタエレメントに捕捉されたすす等（以下、捕捉されたすす等という）によりフィルタエレメント部分が次第に目詰まりしてくると、当該フィルタ部分の圧力損失の上昇によりエンジン出力の低下を招くばかりでなくエンジンの燃料消費量が増大し不経済となる。
更に、この目詰まりが進行すると徐々にエンジンの作動に支障が生じ、やがてエンジンの運転そのものが不可能となる。
【０００５】
ここで、前記捕捉されたすす等の殆どの成分が可燃物質であることから当該捕捉されたすす等はＤＰＦフィルタエレメント自身に内蔵された電気ヒータによる加熱、またはバーナ装置によってエンジン排ガス自体の温度を可燃物質の燃焼可能温度まで昇温させた排ガスをＤＰＦに通すことによって捕捉されたすす等を焼却してフィルタエレメントの目詰まりを再生する方法が種々考えられている。
【０００６】
一方、酸化触媒によって排ガス中のＮＯをＮＯ２に酸化する際の反応熱を利用して前記捕捉されたすす等を連続的に燃焼させて処理する、いわゆる化学反応を利用する連続再生式ＤＰＦ方式が最近提案されている。しかしながら、この一連の化学反応は特殊な酸化触媒の反応促進機能に負うことになるが、燃料の軽油中に硫黄分が存在するとその硫黄化合物が触媒表面に堆積して触媒機能を著しく低下させ短時間にシステムとして機能が発揮出来なくなる。従って、本方式の実用化は、先ず軽油燃料中の硫黄分（現行０．５％）を０．０５％程度以下まで大幅に低減する必要があり石油精製と流通セクター等関連業界の対応が整うのが前提となっている。
【０００７】
また、触媒を用いる別の方法として、金属化合物からなる触媒水溶液をＤＰＦ上流からスプレー等により注入する方法が提案されているが、触媒物質は本質的に不変であってフィルターエレメント上に当該金属化合物が残存蓄積して当該エレメントの目詰まりを加速すると共に、排ガス中に存在する触媒にとって有害となる成分による被毒作用及びすす等の燃焼熱によって引き起こされる触媒性能の劣化作用によって触媒が短時間に劣化するため、触媒物質の補給が常時必要となるジレンマがある。
【０００８】
いずれにしても、捕捉されたすす等の着火温度は５５０〜６００℃と通常のエンジン排ガス温度１００〜４００℃に比べて高く、また、捕捉されたすす等はそのままでは高温であってもなかなか燃え尽きにくく、一般的に５５０〜６００℃で燃焼完結時間は３０分程度以上の時間を要しており再生時間がかかりすぎるので、前記従来の技術からは実用的なＤＰＦ再生方法が見出されていないのが実状である。
【０００９】
図８はエンジンの排ガス自体をＤＰＦ（４）に捕捉されたすす等の燃焼可能温度までバーナ装置（１５）によって昇温して捕捉されたすす等を焼却してＤＰＦを再生するアフターバーナ方式の従来例を示す。
【００１０】
図９は、ＤＰＦ（４）のフィルタエレメントとして電気ヒータ内蔵フィルターエレメント（７）を使用し、電気ヒータに通電して捕捉されたすす等を焼却してＤＰＦを再生する電気ヒータ方式の従来例を示す。
【００１１】
図１０は、ＤＰＦ（４）の上流に酸化触媒（２５）を配置し排ガス中のＮＯをＮＯ２に酸化させ、その際の酸化反応に伴う排ガス温度の上昇によって捕捉されたすす等を焼却してＤＰＦを再生する酸化触媒併用方式の従来例を示す。
【００１２】
図１１は、ＤＰＦ（４）の上流にすす等の酸化を促進する触媒溶液（２６）の注入装置を配置し捕捉されたすす等に作用させてすす等を焼却してＤＰＦを再生する酸化触媒添加方式の従来例を示す。
触媒としてはアルカリ金属又はアルカリ土類金属が有効であることが一般的に知られている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
当該捕捉されたすす等の着火温度は５５０〜６００℃と通常のエンジン排ガス温度１００〜４００℃に比べて高く、また、当該捕捉されたすす等はなかなか燃え尽きにくく、一般的に５５０〜６００℃で燃焼完結時間は３０分程度以上の時間を要しており再生時間がかかりすぎて実用的でない。
【００１４】
このため、触媒作用を利用する酸化触媒方式の適用が試みられているが、若干の燃焼条件の緩和とはなるものの実用化への根本的問題の解決策とはなっていない。
一方、排気管等の内部に発生した無視できない量の鉄錆がフィルタエレメントに捕捉され、すす等の燃焼後も残存し長時間にわたり蓄積するので目詰まり状態となっている当該エレメントの完全なる再生を阻害する。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記捕捉されたすす等の着火温度を下げて着火し易くする共に燃焼反応を促進し燃焼完結時間を短縮してＤＰＦの再生を確実且つ容易にするため、ＤＰＦのフィルターエレメント上流から可燃液体を噴霧注入して当該すす等に可燃液体を浸透させる。
【００１６】
その後、可燃液体が浸透したすす等（以下、浸透すす等という）の着火及び燃焼維持に必要な所要温度まで昇温されたエンジン排ガス自体又は別途設けられたバーナ装置等により昇温された高温排ガス、又は電気ヒータ等によって前記浸透すす等を着火燃焼して除去する。
前記、可燃液体としてはエンジンの燃料でもある軽油又は灯油又は重油並びにメタノールやエタノール等のアルコール類もしくはその他の含酸素有機化合物であてもよい。
【００１７】
また、排気管等の排ガス経路の内部に発生した鉄錆が直接フィルタエレメントに飛来するのを防止するため当該エレメントの排ガス流れの上流に永久磁石または電磁石を設置して当該磁石の磁力により鉄錆を予め吸引除去する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。
【００１９】
図１は本考案のもととなる前記捕捉されたすす等単独及び当該すす等に可燃液体を浸透させた混合物の着火並びに燃焼完結時間に関するテスト結果を示している。
【００２０】
この結果は、可燃液体の添加により大幅な燃焼完結時間の短縮が可能となると共に着火温度の低下を計ることができることを示している。
因みに、熱ガス温度５００℃に於いてすす等単独の場合の燃焼完結時間は約４２分間を要するが、可燃液体としてメタノールを浸透した場合は２〜３分間で燃焼が完結する結果となっている。
【００２１】
ここで、可燃液体としては軽油等に比べて着火温度が高く発熱量の低いメタノールの使用が、前記混合物の燃焼状態が穏やかとなって、当該混合物の燃焼時におけるフィルターエレメントの熱負荷軽減上は好ましい。
【００２２】
図２はフィルターエレメント（５）の上流に前記可燃液体を噴霧する噴霧ノズル（２３）を配置した本考案の一例を示す。
可燃液体（２６）の噴霧のタイミングは、当該可燃液体の揮発分が揮発しにくい温度域で実施するのが望ましい。
従って、エンジンアイドリング中、若しくはエンジン停止中に別途設けられる押込みファンまたは吸引ファンでＤＰＦの空気流通を起こして行うとよい。
【００２３】
図３は噴霧ノズルから注入された可燃液体の液滴（２４）がすす等の内部に浸透する状態の模式図を示す。
可燃液体の液滴（２４）は前記エレメント上に堆積しているすす等の堆積層（２０）の表面に到達するとすす等内部の細かい隙間に毛管現象によって速やかに吸収され堆積層内部までよく浸透し、水滴のようにすす等をはじくことがないので好都合である。
【００２４】
その後、酸素を含んだエンジン自体の高温排ガス又は別途設置されたバーナ装置により昇温された高温排ガス若しくは別途設置の電気ヒータ等の熱源によって、当該浸透すす等が着火・燃焼して前記捕捉すす等が除去される。
【００２５】
図４はフィルターエレメント（５）の上流に永久磁石又は電磁石等の磁石（３１）を配置した一例を示す。
当該磁石（３１）によって、フィルターエレメント（５）の上流からすす等と共に飛来する鉄錆を事前に捕捉して鉄錆による当該エレメントの永久目詰まりの進行を大幅に軽減する効果が有る。
【００２６】
【実施例】
図２は、本考案の一例を示す。
前記可燃液体（２１）の噴霧ノズル（２３）を備えエンジン自体の高温排ガスによって前記浸透すす等を着火・燃焼する。噴霧ノズル（２３）はＤＰＦの規模及び構造等により必要に応じて複数設けられる。
【００２７】
図４は本考案の第２実施例を示す。
排ガス中の鉄錆を予め除去するためフィルターエレメント（５）の上流に磁石（３１）を配置している。
ここでは、排ガス流れの圧力損失を小さくするため排ガス流速の遅いＤＰＦ内部に磁石（３１）を設置しているが排ガス管（３）の途中に設置してもよい。
また、磁石（３１）の取付け構造としては、磁石（３１）に吸引された鉄錆が定期的に外部に排出可能な構造とするため磁石ホルダー（３０）に納めておくことが望ましい。
【００２８】
図５は本考案の第３実施例を示す。
バーナ装置（１５）によって昇温されたエンジン高温排ガスにより前記浸透すす等を着火・燃焼する以外は第１実施例と同じである。
【００２９】
図６は本考案の第４実施例を示す。
電気ヒータ内蔵フィルターエレメント（７）を使用して、電気ヒータを前記浸透すす等の着火・燃焼の熱源とする以外は第１実施例と同じである。
【００３０】
図７は本考案の第５実施例を示す。
バーナ装置（１５）又は電熱式空気ヒータ（１４）によって発生した高温熱ガスをＤＰＦ（４）の下流側よりフィルターエレメント（５）の中を通して前記フィルターを再生する以外は第１実施例と同じである。
なお、磁石を用いる第２実施例と第３〜第５実施例との併用が可能であることはいうまでもない。
【００３１】
【発明の効果】
前記の効果によって、フィルタエレメントの目詰まり状態を目詰まりがない状態に回復させる信頼性の高いＤＰＦ機能の再生方法を提供することができる。
併せて、安価なＤＰＦの適用が可能となってディーゼルエンジンへのＤＰＦ適用の普及に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本考案の根拠となる捕捉されたすす等単独の場合と可燃液体を浸透させた当該すす等の燃焼特性確認のため実施したテスト結果を示す。
【図２】本考案の第１実施例を示す。
【図３】本考案における捕捉されたすす等に可燃液体が浸透する状況の模式図を示す。
【図４】本考案における第２実施例を示す。
【図５】本考案における第３実施例を示す。
【図６】本考案における第４実施例を示す。
【図７】本考案における第５実施例を示す。
【図８】バーナ装置（１５）を用いる従来技術を示す。
【図９】電気ヒータ内蔵フィルターエレメント（７）を用いる従来技術を示す。
【図１０】フィルターエレメント（５）の上流に酸化触媒（２５）を配置した従来技術を示す。
【図１１】ＤＰＦ（４）の上流から触媒溶液（２６）を注入する装置を備えた従来技術を示す。
【符号の説明】
１  ディーゼルエンジン
２  排ガス
３  排ガス管
４  ＤＰＦ
５  フィルタエレメント
６  ウオールフロー型エレメントのセル壁
７  電気ヒータ内臓フィルタエレメント
８  電源ケーブル
９  空気ファン
１０  空気管
１１  空気
１２  送液ポンプ
１３  送液配管
１４  電熱式空気ヒータ
１５  バーナ装置
１６  燃料管
１７  熱ガス管
１８  熱ガス供給管
１９  捕捉すす等
２０  すす等堆積層
２１  可燃液体
２２  可燃液体タンク
２３  可燃液体噴霧ノズル
２４  可燃液体の液滴
２５  酸化触媒
２６  酸化触媒溶液
２７  触媒溶液タンク
２８  触媒溶液噴霧ノズル
２９  鉄錆片
３０  磁石ホルダー
３１  磁石
３２  焼却ガスを含む熱ガス
３３  熱ガス放出管
３４  塞ぎフランジ
３５  閉状態ダンパ
３６  開状態ダンパ
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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