(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車等のディーゼルエンジンに設置されたディーゼル微粒子捕集フィルターに捕集されたＰＭ（粒子状物質）を触媒の働きにより酸化除去することにより、ディーゼル微粒子捕集フィルターを連続して使用できるようにするシステムの一環として、ディーゼル酸化触媒とディーゼル微粒子捕集フィルターから構成されるＰＭ低減装置（１）とエンジン（２）を連結する配管（３）、及び、又はＰＭ低減装置（１）の周囲から外気への放熱を防止するために、筒状の断面形状を持ち、内部が固体よりも熱伝導率特性に優れた空気で満たされた物質を、ＰＭ低減装置（１）とエンジン（２）を連結する配管（３）及び、又はＰＭ低減装置（１）の周囲に、らせん状に巻き付け、その外周を、一部に突起を持たせて波形とすることにより、ＰＭ低減装置（１）に内蔵された機器や配管（３）内を流動する流体の温度が変化することによる熱的な変化（容器やパイプの膨張・収縮）にも対応出来るような構造を持つ平板で覆い、平板の両端を閉じて、ＰＭ低減装置（１）及びＰＭ低減装置（１）とエンジン（２）を連結する配管（３）と、両端が閉じられた平板との間に形成された密閉空間を真空にすることにより、ＰＭ低減装置（１）及びＰＭ低減装置（１）とエンジン（２）を連結する配管（３）を流動する排ガスの温度低下を防止することができる機能を備えることを特徴とするディーゼル微粒子捕集フィルターの再生システム。
【請求項２】
自動車等のディーゼルエンジンに設置されたディーゼル微粒子捕集フィルターに捕集されたＰＭ（粒子状物質）を触媒の働きにより酸化除去することにより、ディーゼル微粒子捕集フィルターを連続して使用できるようにする方法の一環として、ディーゼル酸化触媒とディーゼル微粒子捕集フィルターから構成されるＰＭ低減装置（１）とエンジン（２）を連結する配管（３）、及び、又はＰＭ低減装置（１）の周囲から外気への放熱を防止するために、筒状の断面形状を持ち、内部が固体よりも熱伝導率特性に優れた空気で満たされた物質を、ＰＭ低減装置（１）とエンジン（２）を連結する配管（３）及び、又はＰＭ低減装置（１）の周囲に、らせん状に巻き付け、その外周を、一部に突起を持たせて波形とすることにより、ＰＭ低減装置（１）に内蔵された機器や配管（３）内を流動する流体の温度が変化することによる熱的な変化（容器やパイプの膨張・収縮）にも対応出来るような構造を持つ平板で覆い、平板の両端を閉じて、ＰＭ低減装置（１）やＰＭ低減装置（１）とエンジン（２）を連結する配管（３）と両端が閉じられた平板との間に形成された密閉空間を真空にすることにより、ＰＭ低減装置（１）やＰＭ低減装置（１）とエンジン（２）を連結する配管（３）を流動する排ガスの温度低下を防止することができる機能を備えることを特徴とするディーゼル微粒子捕集フィルターの再生方法。
【請求項３】
自動車等のディーゼルエンジンに設置されたディーゼル微粒子捕集フィルターに捕集されたＰＭ（粒子状物質）を触媒の働きにより酸化除去することにより、ディーゼル微粒子捕集フィルターを連続して使用できるようにするシステムの一環として、エンジンから排出され、ディーゼル微粒子捕集フィルターに担持された触媒が活性化する温度以上の温度（例えば３５０℃）である排ガスが外気（例えば４０℃）によって冷却されることにより、排ガス温度が触媒の活性化温度に達していてもディーゼル微粒子捕集フィルターの外周部がその温度よりも低いと煤の酸化除去ができず煤が堆積し、煤が堆積すると流路が狭まりますます流れが悪くなる結果、外周部の温度が更に低下するという悪循環を繰り返すことを防止するために、ＰＭ低減装置（１）及びＰＭ低減装置（１）とエンジン（２）を連結する配管（３）を流動する排ガスの温度低下を防止することができる機能を備えるとともに、ディーゼル微粒子捕集フィルターの直上流に周囲に複数の穴を開けた分散板を設置して、排ガスの流れをディーゼル微粒子捕集フィルターの外周部まで分散させることにより、ディーゼル微粒子捕集フィルター全体の温度を均一化するという機能を持たせることを特徴とする、請求項１に記載されたディーゼル微粒子捕集フィルターの再生システム。
【請求項４】
自動車等のディーゼルエンジンに設置されたディーゼル微粒子捕集フィルターに捕集されたＰＭ（粒子状物質）を触媒の働きにより酸化除去することにより、ディーゼル微粒子捕集フィルターを連続して使用できるようにする方法の一環として、エンジンから排出され、ディーゼル微粒子捕集フィルターに担持された触媒が活性化する温度以上の温度（例えば３５０℃）である排ガスが外気（例えば４０℃）によって冷却されることにより、排ガス温度が触媒の活性化温度に達していてもディーゼル微粒子捕集フィルターの外周部がそれよりも低いと煤の酸化除去ができず煤が堆積し、煤が堆積すると流路が狭まりますます流れが悪くなる結果、外周部の温度が更に低下するという悪循環を繰り返すことを防止するために、ＰＭ低減装置（１）やＰＭ低減装置（１）とエンジン（２）を連結する配管（３）を流動する排ガスの温度低下を防止することができる方法を備えるとともに、ＰＭ低減装置（１）内にあるディーゼル微粒子捕集フィルターの直上流に周囲に複数の穴を開けた分散板を設置して、排ガスの流れをディーゼル微粒子捕集フィルターの外周部まで分散させるという方法を用いることにより、ディーゼル微粒子捕集フィルター全体の温度を均一化することを特徴とする、請求項２に記載されたディーゼル微粒子捕集フィルターの再生方法。
【請求項５】
ＰＭ低減装置（１）内にあるディーゼル微粒子捕集フィルターの直上流に設置された、周囲に複数の穴を開けた分散板（６）として、熱容量の大きな物質を用いる及び、又は、分散板の容積を大きくするなどして熱容量が大きな構造とすることにより蓄熱（保温）機能を持たせて、排ガス温度が低下したときも高温の分散板を通過する際にその温度が回復して、触媒の活性化温度を保持する機能を持たせることができるという機能を備えることを特徴とする、請求項１又は請求項３に記載されたディーゼル微粒子捕集フィルターの再生システム。
【請求項６】
ＰＭ低減装置（１）内にあるディーゼル微粒子捕集フィルターの直上流に設置された、周囲に複数の穴を開けた分散板（６）として、熱容量の大きな物質を用いる及び、又は、分散板の容積を大きくするなどして熱容量が大きくするという方法を用いることにより蓄熱（保温）機能を持たせて、排ガス温度が低下したときも高温の分散板を通過する際にその温度が回復して、触媒の活性化温度を保持することができることを特徴とする、請求項２又は請求項４に記載されたディーゼル微粒子捕集フィルターの再生方法。
【請求項７】
ＰＭ低減装置（１）内にあるディーゼル微粒子捕集フィルターの直上流に設置された、周囲に複数の穴を開けた分散板（６）に、ＰＭ低減装置に流入する排ガスの加熱手段としての電気ヒーターを組み込むことにより、効果的・効率的な排ガスの加熱が可能となるという機能を備えることを特徴とする、請求項１、請求項３又は請求項５に記載されたディーゼル微粒子捕集フィルターの再生システム。
【請求項８】
ＰＭ低減装置（１）内にあるディーゼル微粒子捕集フィルターの直上流に設置された、周囲に複数の穴を開けた分散板（６）に、ＰＭ低減装置に流入する排ガスの加熱手段としての電気ヒーターを組み込むという方法を用いることにより、効果的・効率的な排ガスの加熱が可能となることを特徴とする、請求項２、請求項４又は請求項６に記載されたディーゼル微粒子捕集フィルターの再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等のディーゼルエンジンに設置されたＤＰＦ（ディーゼル微粒子捕集フィルター）に捕集されたＰＭ（粒子状物質）を、触媒の働きにより酸化除去することにより、ＤＰＦを連続して使用できるようにするシステムと方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等のディーゼルエンジンに設置されたＤＰＦに捕集されたＰＭを、触媒の働きにより酸化除去することにより、連続して使用できるようにするためには、(1)まず、ＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）において２５０〜４５０℃の温度範囲で、排ガス中に含まれるＰＭ成分であるＳＯＦ（可溶性有機成分）を酸化除去するとともに、エンジンの燃焼室において生成されたＮＯ（一酸化窒素）を酸化させて、ＮＯ２（二酸化窒素）に変化させる必要がある。次にＤＰＦにおいて、捕集されたＰＭ成分であるＣ（炭素、煤）を、ＤＰＦに担持されたＰｔ（白金）、ＣｅＯ２（酸化セリウム）などの触媒と、排ガス中のＯ２（酸素）及びＮＯ２の働きにより４００℃以下の温度で酸化させる（炭素化合物であるＣＯ，ＣＯ２に変化させる）ことにより、これを除去する（以後、これをＤＰＦの再生と記す）必要がある。(2) ＤＯＣとＤＰＦから構成されるＰＭ低減装置において、この作用を実現するためには、ＤＯＣにおいては約２５０℃以上、ＤＰＦにおいては約３５０℃以上の温度が必要とされている。この温度は、定常運転時（通常走行時）においては排ガスの温度が高いため、エンジンの排ガスのみにより達成可能であるが、エンジンの起動直後を含む低負荷運転時においては排ガス温度が低いため、ＤＰＦの再生に必要な温度を達成することは困難である。(3)このため、排気系統に設置した燃料噴射装置から燃料を噴射して、この燃料をＤＯＣにおいて酸化させることにより排ガスの温度を上昇させて目的とする温度を得るという方法、エンジンからＤＯＣに至る排気管の途中に電気ヒーターを設置して排ガスの温度を上昇させて目的とする温度を得るという方法、吸気を絞るとともに排気を吸気側に環流する方法などを用いて排ガスの温度を上昇させて目的とする温度を得るという方法などを用いている。
【０００３】
これらの方法のうち、例えば、特許文献１では、通常の圧縮行程後期の噴射に加えて排気行程での燃料噴射を行い、この燃料を酸化触媒で燃焼させることにより排気温度を上昇させている。また、必要に応じて酸化触媒に設置した電気ヒーターに通電することにより、ＤＰＦには例えば４００℃から５００℃程度の排気が流入するため、排気中のＮＯ２はＤＰＦに堆積した煤と容易に反応し、煤が除去される。また、特許文献２では、車両の減速中や停車状態のアイドリング中にけるＤＰＦへの煤の堆積量を排ガスの温度と圧力などを用いて算出し、この量が設定値（例えば１０ｇ）を超えた場合、吸気絞り弁を大きく閉じるとともに、排気環流制御弁を大きく開いて触媒を通過する排ガス温度を上昇させている。
【０００４】
これらの文献において、燃料噴射の時期と量の制御、電気ヒーターへの通電の有無、吸排気の流量制御などを実施する基準としているのは、主にＤＯＣやＤＰＦに流入する排ガスの温度である。ＤＯＣやＤＰＦに担持された触媒が活性化する温度が低いほど、さまざまな使用条件（運転条件）において安定した性能が発揮できることになるが、触媒の技術改良などによりＤＯＣやＤＰＦに担持された触媒の活性化のために必要とする温度は今後低下していく可能性がある。例えば、特許文献３には、銀安定化セリアとコバルト安定化セリア組成が、ＮＯ２とＯ２の存在の下２５０〜３００℃で煤を酸化するとの記載がある。また、特許文献４には、セリウム酸化物を燃料精製、燃料貯蔵庫、給油施設において燃料に添加することにより内燃機関のための燃料の効率性を改良する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１３７７１６号公報
【特許文献２】特開平１０−６８３１５号公報
【特許文献３】特開２００４−４２０２１号公報
【特許文献４】特表２００６−５１６９９６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
自動車等のディーゼルエンジンに設置されたＤＰＦに捕集されたＰＭを、触媒の働きにより効果的に酸化除去するためには、排気温度を触媒が活性化する温度以上に上昇させる必要がある。自動車等においては、アイドリングや低負荷時においてはこの温度に達しないため、排気系統に燃料噴射装置を設置して燃料を噴射する方法、排気管の途中に電気ヒーターを設置して排ガスを加熱する方法などが用いられているが、地球温暖化防止や省エネルギーの観点から、燃料消費量や電力の使用量をできるだけ少なくするとともに、エンジン性能を維持しながらＤＰＦに捕集されたＰＭを効果的に除去する必要がある。また、これまでよりも低温域で活性化する触媒を担持したＤＰＦの開発や、この触媒を燃料に添加することにより低温域でも活性化できる技術にも対応していく必要があるとともに、これらの技術革新に対応したＤＰＦの再生システムと再生方法を開発し続ける必要がある。
【０００７】
そこで本発明は、下記の要素を備えた、取扱いが容易で信頼性が高く、これを作動させるための投入エネルギーができるだけ少ないような構造と機能を有する、ＤＰＦの再生システムと再生方法を提供することを目的とする。
（１）  ＰＭ低減装置、エンジン、排気管、排ガスを加熱するための手段及び、又は電気ヒーターなどの加熱装置、排ガス分散版、温度センサー、圧力センサー、制御装置という一般的な多くの機器に使用実績がある機器を用いることにより、汎用性、信頼性及び耐久性を備える構造と機能を持たせる。
（２）  ＰＭ低減装置と排気管を断熱構造とすることにより、排ガスの温度低下を防止するという機能を持たせる。
（３）  排ガスを加熱するための手段及び、又は電気ヒーターなどの加熱装置としてエンジン、排気管、ＰＭ低減装置のいずれか１箇所に設置された燃料噴射装置から噴射される燃料に、セリアなどの触媒を添加できる機能を持たせる。
（４）  ＰＭ低減装置内に周囲に複数の穴を開けた分散版を設置して、ＤＯＣとＤＰＦ内の温度分布を均一化し、効果的な酸化や酸化除去を行うという機能を持たせる。
（５）  ＰＭ低減装置内に設置した温度と圧力センサーから発せられる信号により装置内における煤の堆積状況を検知し、排ガスを加熱するための手段及び、又は電気ヒーターなどの加熱装置を作動させる機能を有する制御装置を組み込むことにより、ＤＰＦの再生を効果的に実施する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
排ガス中のＰＭはＤＰＦを通過する間に捕集され、ＤＰＦ内に堆積する。これを放置すると排ガスの流路が狭まり、排気圧力が上昇してエンジン性能が悪化するため定期的にこれを除去する必要がある。ＤＰＦに捕集されたＰＭを燃焼により除去する場合、約６００℃以上の温度と酸素を必要とするが、ディーゼルエンジンにおいて常時この温度を達成するのは困難である。このため、２０００年頃までは電気ヒーターやバーナーなどを用いてこれを燃焼除去する方法や、空気の圧力を利用して逆洗する方法が検討されていた。その後の研究により、ＤＰＦの前にＤＯＣを設置して触媒と空気中のＯ２によって、(1)排ガス中に含まれる未燃の燃料や潤滑油成分からなるＨＣや、燃料の不完全燃焼時に生成されるＣＯを酸化してＨ２ＯとＣＯ２を生成、(2)燃焼ガス中のＮＯを酸化することによりＮＯ２を生成、（(3)この時の酸化反応により発生する熱により排ガスの温度を上昇させるという現象を同時に起こすことが可能となった。また、その後に設置されているＤＰＦの表面にＰｔなどの触媒を担持することにより、ＤＯＣで生成されたＮＯ２と排ガス中に残存するＯ２がＤＰＦに捕集された煤（Ｃ）と反応してＣＯ２を生成するという現象を利用することにより、これまで約６００℃以上の温度を必要としていた煤の燃焼除去とともに、４００℃以下の温度において触媒とＯ２とＮＯ２による煤の酸化除去が可能となった。
【０００９】
これまでの研究によれば、ＤＯＣにおけるこれらの酸化反応は約２５０℃以上の温度が必要とされ、ＤＰＦによる煤の酸化除去には約３５０℃の温度が必要とされている。これらの温度は、ディーゼルエンジンの通常運転時においては達成可能であるため、通常運転時においてはＤＯＣとＤＰＦから構成されるＰＭ低減装置を装着した状態でＤＰＦに捕集された煤をリアルタイムで酸化除去できるため、本発明において請求項１に記載したＤＯＣとＤＰＦのみで、本発明のタイトルである「ＤＰＦの再生システムと再生方法」は完結すると言える。なお、起動時を含む低負荷運転時においては、排ガス温度が低いため、ＤＯＣ及びＤＰＦ上の触媒は機能せず、エンジンから排出されたＰＭはＤＰＦ上に堆積することになる。しかし、その後の通常運転において排ガス温度が上昇してＤＯＣとＤＰＦ上の触媒が活性化する温度になると、低負荷運転時に堆積していたＰＭは順次酸化除去されて、ＤＰＦは再生される。
【００１０】
しかし、路線バスや市街地のみを走行する自動車などにおいては、低負荷運転が続くと、排ガス温度がＤＯＣやＤＰＦが活性化する温度に達せず、ＤＰＦに捕集されたＰＭが堆積を繰り返すことにより、ＤＰＦに担持された触媒の表面を覆い尽くしてしまうため、ＤＯＣにおいて酸化されたＮＯ２、排ガス中のＯ２は煤（Ｃ）の表面に達するものの、触媒との接触ができない状態になるため、触媒による酸化除去ができない状態になる。このような状態になったＤＰＦに堆積した煤を除去するには、先に記載した約６００℃以上という温度の下でＯ２による燃焼除去という方法を用いることになる。しかし、ＤＰＦに堆積した煤（Ｃ）が高温下においてＯ２と反応する「燃焼」という現象が起こると、その周囲温度は１０００℃以上の高温に達するため、ＤＰＦそのものを焼損する可能性がある。また、燃焼除去という方法を用いると、排ガス温度を約６００℃以上の高温にするための余分なエネルギーを要することになり、地球温暖化防止、省エネルギーという観点からの好ましくない。
【００１１】
これを防止するためには、これまでのほとんどの特許文献に記載されているような、(1)排ガス温度が高い（触媒の活性化に必要な温度条件に達している）通常運転時における対応と、(2)排ガス温度が低い（触媒の活性化に必要な温度条件に達していない）低負荷運転時における対応という条件設定を行うのではなく、最初から、「ほとんどの運転状態において、排ガス温度はＤＯＣ及びＤＰＦに担持された触媒が活性化する温度に達していない」という条件を設定してＰＭ低減装置の開発を行う必要がある。
【００１２】
そのためには、(1) エンジンにおいては燃焼という現象が起こっており、燃焼温度は１０００℃以上に達している（膨張による仕事により排ガス温度は大幅に低下）ので、エンジンからＰＭ低減装置に至る経路（排気管）において、できるだけこの温度を保持できるような構造とする。(2) ＰＭ低減装置においても装置内が外気によってできるだけ冷却されないような構造とする。(3) ＤＯＣやＤＰＦ内においては、外周が外気により冷却されやすいため温度が低下傾向となる。ことため、排ガス温度が触媒の活性化温度に達していても外周がそれよりも低いと、煤の酸化除去ができず煤が堆積しやすくなる。煤が堆積すると流路が狭まりますます流れが悪くなる結果、温度が低下するという悪循環を繰り返すことになる。これを防止するために、ＤＯＣとＤＰＦから構成されるＰＭ低減装置内にあるＤＯＣ及び、又はＤＰＦの前に、周囲に複数の穴を開けた分散板を設置して、排ガスの流れをＤＯＣ及び、又はＤＰＦの外周部まで分散させることにより、ＤＯＣ及び、又はＤＰＦ全体の温度を均一化する必要がある。これと同時に、ＰＭ低減装置に流入する排ガスの温度を触媒が活性化できる温度以上にするために、ＰＭ低減装置に流入する排ガスを加熱するための手段及び、又は電気ヒーターなどの加熱装置を設置して、必要に応じてこれを作動させることにより、ＰＭがＤＰＦに担持された触媒を覆うことにより酸化除去ができなくなるような状態になる前に、酸化除去を行う必要がある。
【００１３】
本発明の特徴は、最初から、「ほとんどの運転状態において、排ガス温度はＤＯＣ及びＤＰＦに担持された触媒が活性化する温度に達していない」という条件を設定してＰＭ低減装置の開発を行うことにある。このような最低条件が設定されたシステムは、全ての条件において良好に作動する汎用的なシステムとなる。
「ＰＭ低減装置に流入する排ガスの温度を触媒が活性化できる温度以上にするために、ＰＭ低減装置に流入する排ガスを加熱するための手段及び、又は電気ヒーターなどの加熱装置を設置して、必要に応じてこれを作動させる」ためには、どのような状況下において電気ヒーターなどの加熱装置を作動させるかが重要になる。電気ヒーターなどの加熱装置を常時作動させると、常時、排ガス温度はＤＯＣ及びＤＰＦに担持された触媒が活性化する温度以上になるので、煤の酸化除去が継続して行えることになるが、常時エネルギーを消費していることになるので、地球温暖化防止、省エネルギー、経済性などの面から見ても好ましくない。
【００１４】
先に記載したように、通常、起動時を含む低負荷運転時においては、排ガス温度が低いため、ＤＯＣ及びＤＰＦ上の触媒は機能せず、エンジンから排出されたＰＭはＤＰＦ上に堆積することになる。しかし、その後の通常運転において排ガス温度が上昇してＤＯＣとＤＰＦ上の触媒が活性化する温度になると、低負荷運転時に堆積していたＰＭは順次酸化除去されて、ＤＰＦは再生される。
このことから、ＤＰＦへの煤の堆積はある程度は許されるが、煤が触媒の表面を覆ってしまうと、温度条件が整ってもＮＯ２とＯ２が触媒と反応して煤を酸化除去するという反応を起こせなくなるため、その状態になる前に煤を酸化除去により取り除く必要があるといえる。また、排ガス温度を上昇させても酸化除去反応が起こらなくなると、煤の堆積が加速して、エンジン性能の低下を引き起こすとともに、排気温度を約６００℃以上にして煤を燃焼除去するという、ＤＰＦの損傷というリスクを伴う方法を用いることになるため、逐次、ＤＰＦに堆積した煤を酸化除去する必要がある。
【００１５】
ＤＰＦに煤が堆積すると排ガスの流路が狭まり、排気系統内の圧力が上昇する。このことから、排気管内の圧力を検出することにより、ＤＰＦ内における煤の堆積状況を知ることができる。
これに対し、排ガス温度を触媒が活性化するとされる３５０℃以上に上昇させても、触媒が煤によって覆われていると酸化除去反応は起こらないため、煤を除去するためには排気温度を約６００℃以上まで上昇させる必要がある。また、技術革新により触媒の活性化温度は低下する可能性があるため、温度を基準にしてＰＭ低減装置に流入する排ガスを加熱するための手段及び、又は電気ヒーターなどの加熱装置を制御する装置を組み込んでも、将来的には陳腐化する可能性があるとともに、現時点においても実機において触媒がどれくらいの温度で活性化するのかを示したデータはほとんどなく、その値はその他の条件（例えば触媒の担持状態、煤の付着状況、周囲条件としてのＮＯ２の濃度など）に大きな影響を受ける。
【００１６】
本発明においては、煤の付着状況を絶対評価できる指標として「排気系統の圧力」に注目し、ＰＭ低減装置内に温度センサーと圧力センサーを設置している。ＤＰＦに煤が堆積すると排ガスの流路が狭まり、排ガス量が一定の場合排気系統の圧力が上昇する。排ガス温度が触媒の活性化温度に達しないようなエンジンの起動直後（アイドリング運転）や低負荷運転時においては、排ガス量はほぼ一定（排気系統における圧力変動誤差の範囲内）と考えることができるので、ＰＭ低減装置内の温度と圧力を検出し、その温度がＰＭ低減装置内に設置したＤＯＣやＤＰＦに担持された触媒が活性化する温度以下（例えば３５０℃以下）の状態において圧力が設定値よりも上昇した場合、ＰＭ低減装置に流入する排ガスを加熱するための手段及び、又は電気ヒーターなどの加熱装置を作動させるようにすることにより、効率的な制御が可能になる。なお、排ガス量は、ＤＰＦに堆積した煤の量が一定でも、エンジンの回転数と吸気圧力に比例して増加し、これに伴って排気系統の圧力も上昇するため、エンジンのシリンダ容積を予め入力し、エンジンの回転数と吸気圧力の信号から排ガス量を算出しておき、計測された圧力と、算出された排ガス量に対する排気系統の圧力との差圧が一定値（例えば３ｋＰａ）以上高くなった場合、ＰＭ低減装置に流入する排ガスを加熱するための手段及び、又は電気ヒーターなどの加熱装置を作動させるようにするようなシステムにすることにより、より精度の高い制御が可能となる。
【００１７】
請求項１に記載の発明は、ＤＯＣとＤＰＦから構成されるＰＭ低減装置とエンジンを連結する配管、及び、又はＰＭ低減装置の周囲に、断面形状が円形で長さを持つ物質（筒状や針金状など）をらせん状に巻き付け、その外周を、一部に突起を持たせて波形とすることにより、容器に貯蔵された物質やパイプ内を流動する流体の温度が変化することによる熱的な変化（容器やパイプの膨張・収縮）にも対応出来るような構造を持つ平板で覆い、平板の両端を閉じて、ＰＭ低減装置（１）及びＰＭ低減装置とエンジンを連結する配管と、両端が閉じられた平板との間に形成された密閉空間を真空構造にすることにより、ＰＭ低減装置及びＰＭ低減装置とエンジンを連結する排管を流動する排ガスの温度低下を防止することができる機能を備えることを特徴とする。
【００１８】
容器や管を二重構造としてその内部を真空にすることにより断熱効果が格段に向上することはよく知られている。しかし、容器内を真空にすると内圧がほとんどゼロとなるため外圧により二重構造にした外側の部分が変形する。これを防止するためには二重構造にした内側の容器に突起（平板のらせん状設置を含む）を設けて変形を防止する措置がとられている。しかし、この方法を用いた場合、構造が複雑になるとともに内側の容器の熱が突起を伝わって外側の容器に伝わるため、外側の容器も保温する必要がある。
【００１９】
二つの物質間の熱の移動量は、接触面積（伝熱面積）、接触時間及び熱伝導率に比例する。二重管の内部を真空にすることにより熱を伝導する物質である空気がほとんど存在しなくなるため、熱伝導率はほとんどゼロになり、抜群の保温効果を得ることができる。
本発明の特徴は、二重管として内部を真空とした際、外側の容器が変形するのを防止するために円形の物質をらせん状に巻き付けることにより一定間隔毎の補強効果が得られるとともに、二重管の内側の物質と外側の物質との接点が「面（伝熱面積が存在する）」から「線（伝熱面積がほとんど存在しない）」になるということである。これにより、内部を真空にした二重管構造の容器と同等の効果を得ることができる。
また、らせん状に巻き付ける円形の物質を中空（空気の熱伝導率は固体の熱伝導率よりも小さい）とし、さらにその内部を真空にすることにより、さらにその効果を高めることができる。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、ＤＯＣとＤＰＦから構成されるＰＭ低減装置とエンジンを連結する配管、及び、又はＰＭ低減装置の周囲に、断面形状が円形で長さを持つ物質（筒状や針金状など）をらせん状に巻き付け、その外周を、一部に突起を持たせて波形とすることにより、容器に貯蔵された物質やパイプ内を流動する流体の温度が変化することによる熱的な変化（容器やパイプの膨張・収縮）にも対応出来るような構造を持つ平板で覆い、平板の両端を閉じて、ＰＭ低減装置（１）やＰＭ低減装置とエンジンを連結する配管と両端が閉じられた平板との間に形成された密閉空間を真空構造にすることにより、ＰＭ低減装置やＰＭ低減装置とエンジンを連結する排管を流動する排ガスの温度低下を防止することができる機能を備えることを特徴とする。
【００２１】
ＰＭ低減装置や排気管を、内部を真空にした二重管構造とすることにより、外気への熱の放出を最小限にすることができる。これは、排ガスを加熱する手段に供給する熱量を低減でき、地球温暖化防止、省エネルギー、経済性からみて優れた方法である。
【００２２】
請求項３に記載の発明は、エンジン、ＰＭ低減装置、エンジンとＰＭ低減装置を連結する配管から選ばれる少なくとも1つに、ＰＭ低減装置に流入する排ガスを加熱するための手段及び、又は電気ヒーターなどの加熱装置のひとつとして設置された燃料噴射装置から、ＰＭ低減装置に流入する排ガスを加熱するための熱源として噴射される燃料中に、セリア（酸化セリウム、CeO2）などの触媒を添加して、ＤＰＦ内においてこの触媒とＰＭに含まれる煤（Ｃ）とを反応させることにより、煤の酸化除去を促進する機能を有する装置を備えることを特徴とする。
【００２３】
燃料中にセリウム系、鉄系などの添加剤を混合することにより、燃料が燃焼する際に生成されるＰＭの低減効果、燃焼後  の排気行程や排気管におけるＰＭの酸化除去効果、ＤＰＦにおけるＰＭの酸化除去効果が得られる可能性がある。しかし、エンジンに供給される前の燃料に添加した場合、燃料噴射ポンプ、燃料噴射弁、シリンダライナとピストン（ピストンリング）、排気弁、過給機のタービン部分と多くの摺動部分や溶着する可能性がある部分を通過することになる。添加剤が摺動面に入り込むと研磨剤の役割を果たす可能性があり、部材に溶着すると様々な弊害を引き起こす可能性がある。添加剤を微少な粒子とすることによりそのリスクは減少するものの、可能性は残る。
【００２４】
本発明は、そのリスクを最小限にするとともに、効果的・効率的・経済的に添加する方法を示したものである。
燃料タンクに添加剤を投入した場合、燃料の消費とともに常に添加剤が消費されるため、メインテナンスコストを計上する必要があるが、ＰＭ低減装置において効果的にＰＭを除去できる状況（排気温度が３５０℃以上の通常運転状態）においては、これを行う必要はない。しかし、ＰＭ低減装置において触媒が活性化温度以下の場合、この方法（事前にＰＭを低減する）は有効となる。
本発明においては、ＰＭの酸化除去に効果を発揮する触媒は、ＰＭ低減装置において触媒が活性化温度以下の場合の場合のみ消費されることになるため、効果的・効率的にその能力を発揮させることが可能となる。
なお、加熱用燃料とともに排ガス中に混合し、ＤＰＦに達したセリア（酸化セリウム、CeO2）などの触媒は、ＰＭとともにＤＰＦに捕集されてＤＰＦ上でＰＭの酸化除去触媒として作用することになる。
【００２５】
請求項４に記載の発明は、エンジン、ＰＭ低減装置、エンジンとＰＭ低減装置を連結する配管から選ばれる少なくとも1つに、ＰＭ低減装置に流入する排ガスを加熱するための手段及び、又は電気ヒーターなどの加熱装置のひとつとして設置された燃料噴射装置から、ＰＭ低減装置（１）に流入する排ガスを加熱するための熱源として噴射される燃料中に、セリア（酸化セリウム、CeO2）などの触媒を添加することにより、ＤＰＦ内においてこの触媒とＰＭに含まれる煤（Ｃ）とを反応させて、煤の酸化除去を促進することを特徴とする。
【００２６】
この発明に記載された方法を用いることにより、セリア（酸化セリウム、CeO2）などの触媒を効果的・効率的・経済的に添加することが可能となる。
【００２７】
請求項５に記載された発明は、ＤＯＣとＤＰＦから構成されるＰＭ低減装置内にあるＤＯＣ及び、又はＤＰＦの前に、周囲に複数の穴を開けた分散板を設置して、排ガスの流れをＤＯＣ及び、又はＤＰＦの外周部まで分散させることにより、ＤＯＣ及び、又はＤＰＦ全体の温度を均一化するとともに蓄熱材としての機能を持たせることを特徴とする。
【００２８】
先に記載したように、二つの物質間の熱の移動量は、接触面積（伝熱面積）、接触時間及び熱伝導率に比例する。ＰＭ低減装置においては、排ガス温度が触媒の活性化温度以下の状況において、ＰＭ低減装置に流入する排ガスを加熱するための手段及び、又は電気ヒーターなどの加熱装置によって排ガスを加熱することによってその温度を、例えば３５０℃以上に上昇させている。この時の外気温度はほとんどが４０℃未満であるため、その温度差は約３００℃となる。このため、ＤＯＣとＤＰＦから構成されるＰＭ低減装置の外周から外気に多量の熱が放出される（外気により冷却される）。一方、ＰＭ低減装置の中心付近は、セラミック等の材料で構成されるＤＯＣやＤＰＦそのものが断熱材の役割を果たすため、最も高い温度となる。これらのことから、ＤＯＣやＤＰＦの断面における温度分布は、中心から周囲に向かって徐々に温度が低下する状態となる。また、ＤＯＣとＤＰＦは直列並行に設置されているため、一度ＤＯＣ内においてこのような温度分布が発生すると、それがＤＰＦにおいて増幅される可能性がある。
このような温度分布において排ガスの温度を上昇させても、最も恩恵を受けるのは中心部付近となり、外周部においては触媒が活性化する温度に達せずＰＭの酸化除去が行われないため、ＰＭが流路に堆積したままとなり流動抵抗が増加して高温の排ガスが通りにくくなり（流速が低下することにより温度も低下）ＰＭの堆積が進行する。
【００２９】
本発明では、周囲に複数の穴を開けた排ガス分散板をＤＯＣ及び、又はＤＰＦの前部に設置することにより、排ガスに乱流を発生させ、ＰＭ低減装置内における排ガスの温度分布を均一にできるような構造としている。これにより、外周部にも温度の高い排ガスが流れるため、ＰＭの酸化除去を効果的に行うことが可能となる。
また、この分散板に熱容量の大きな物質を用いたり、分散板の容積を大きくするなどして熱容量が大きな構造とすることにより、蓄熱（保温）機能を持たせて、排ガス温度が低下したときも高温の分散板を通過する際にその温度が回復して、触媒の活性化温度を保持する機能を持たせることができる。
【００３０】
さらに、この分散板にＰＭ低減装置に流入する排ガスの加熱手段としての電気ヒーターを組み込むことにより、効果的・効率的な排ガスの加熱が可能となる。
【００３１】
請求項６に記載の発明は、ＤＯＣとＤＰＦから構成されるＰＭ低減装置内にあるＤＯＣ及び、又はＤＰＦの前に、周囲に複数の穴を開けた分散板を設置して、排ガスの流れをＤＯＣ及び、又はＤＰＦの外周部まで分散させることにより、ＤＯＣ及び、又はＤＰＦ全体の温度を均一化するとともに蓄熱材としての機能を持たせることを特徴とする。
【００３２】
この発明に記載された方法を用いることにより、ＰＭ低減装置内における排ガスの温度分布を均一化できるとともに、分散版に蓄熱（保温）の役割を持たせることにより、排ガスの温度が変化しても、ＰＭ低減装置においては触媒の活性化温度を保持することが可能となる。
【００３３】
請求項７に記載の発明は、ＤＯＣとＤＰＦから構成されるＰＭ低減装置内にあるＤＰＦの前に温度センサーと圧力センサーを設置するとともに、その信号を制御装置に伝え、ＤＰＦ前の温度が設定値（例えば３５０℃）以下の状態において、圧力が設定値以上（例えば３ｋＰａ以上）になったら、エンジン、ＰＭ低減装置、エンジンとＰＭ低減装置を連結する配管から選ばれる少なくとも1つに設置された、ＰＭ低減装置（１）に流入する排ガスを加熱するための手段及び、又は電気ヒーターなどの加熱装置により排ガスを加熱し、その圧力が設定値以下（例えば２ｋＰａ以下）になったらＰＭ低減装置（１）に流入する排ガスを加熱するための手段及び、又は電気ヒーターなどの加熱装置による排ガスの加熱を終了するという機能を有する制御装置を備えることを特徴とする。
【００３４】
ディーゼルエンジンの排気温度はその負荷率に比例するため、一般に、常用負荷及び高負荷域においては、ＰＭ低減装置内のＤＯＣとＤＰＦに担持された触媒の活性化温度以上となり、ＰＭは連続して効果的に酸化除去される。しかし、エンジンが長時間停止した場合のエンジン、配管及びＰＭ低減装置の温度は外気温度とほぼ等しくなるため、エンジンを起動後の数分間は、排気温度は低いままである。また、低負荷運転時においても排気温度が触媒の活性温度まで上昇しないため、エンジンから排出されたＰＭはＤＰＦに蓄積する。
一方、低い温度で活性化する触媒の研究が進められており、文献３には３００℃以下で活性化する触媒の可能性が記載されている。また、請求項１から８に記載のシステムと方法を用いることにより、エンジンから排出された排ガスの温度低下を減少させることが可能となる。
このような状況を踏まえて、本発明では、現在、ＰＭの酸化除去（触媒の活性化を利用したシステムと方法）が困難とされている、起動時や低負荷運転時において、効果的にＤＰＦを再生できるシステムと方法を提供することを目的としている。このシステムを用いることにより、全ての運転領域において効果的なＤＰＦの再生が可能となる。
【００３５】
請求項８に記載の発明は、ＤＯＣとＤＰＦから構成されるＰＭ低減装置内にあるＤＰＦの前に温度センサーと圧力センサーを設置するとともに、その信号を制御装置に伝え、ＤＰＦ前の温度が設定値（例えば３５０℃）以下の状態において、圧力が設定値以上（例えば３ｋＰａ以上）になったら、エンジン、ＰＭ低減装置、エンジンとＰＭ低減装置を連結する配管から選ばれる少なくとも1つに設置された、ＰＭ低減装置に流入する排ガスを加熱するための手段及び、又は電気ヒーターなどの加熱装置により排ガスを加熱し、その圧力が設定値以下（例えば２ｋＰａ以下）になったらＰＭ低減装置に流入する排ガスを加熱するための手段及び、又は電気ヒーターなどの加熱装置による排ガスの加熱を終了することを特徴とする。
【００３６】
この方法を用いることにより、全ての運転領域において効果的なＤＰＦの再生が可能となる。
【００３７】
請求項９に記載の発明は、ＤＯＣとＤＰＦから構成されるＰＭ低減装置とエンジンを連結する配管、及びＰＭ低減装置を断熱構造とし、エンジン、ＰＭ低減装置、エンジンとＰＭ低減装置を連結する配管から選ばれる少なくとも1つにＰＭ低減装置に流入する排ガスを加熱するための手段及び、又は電気ヒーターなどの加熱装置を備え、ＰＭ低減装置内に排ガス分散版と温度センサー、圧力センサーを内蔵するとともに、温度センサーと圧力センサーからの信号によりＰＭ低減装置に流入する排ガスを加熱するための手段及び、又は電気ヒーターなどの加熱装置を作動させることができる制御装置を備えることを特徴とする。
【００３８】
請求項１０に記載の発明は、ＤＯＣとＤＰＦから構成されるＰＭ低減装置とエンジンを連結する配管、及びＰＭ低減装置を断熱構造とし、エンジン、ＰＭ低減装置、エンジンとＰＭ低減装置を連結する配管から選ばれる少なくとも1つにＰＭ低減装置に流入する排ガスを加熱するための手段及び、又は電気ヒーターなどの加熱装置を備え、ＰＭ低減装置内に排ガス分散版、温度センサー、圧力センサーを備えるとともに、温度センサーと圧力センサーからの信号によりＰＭ低減装置に流入する排ガスを加熱するための手段及び、又は電気ヒーターなどの加熱装置の作動を制御することにより、ＤＰＦに捕集されたＰＭを効果的に酸化除去できることを特徴とする。
この発明を用いることにより、路線バスやゴミ収集車など、市街地を低負荷で運行されることが多い自動車などにおいても、ＤＰＦを連続して効率的に再生することが可能となる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明を用いることにより、自動車等のディーゼルエンジンに設置されたＤＰＦ（ディーゼル微粒子捕集フィルター）に捕集されたＰＭ（粒子状物質）を、全ての運転領域において、触媒の働きにより酸化除去し、ＤＰＦを連続して使用できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態に係る本システムの基本構成を示したものである。
【図２】本発明の実施の形態に係るディーゼルエンジンに設置されたＤＰＦに捕集されたＰＭを効果的・効率的に酸化除去する際の工程の一例を示したフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態に係る真空断熱装置の概要を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下に、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る本システムの基本構成を示したものである。この図において、エンジンにおいて燃料が燃焼すると燃焼室内において１５００℃以上の高温が発生するとともにＰＭが生成される。
ＰＭを含む排ガスは排気管を経てＰＭ低減装置内に流入し、内部に設置された排ガス拡散板により、乱流状態となることにより温度が均一化される。ＰＭ低減装置内に設置されたＤＯＣにおいて、ＰＭの成分であるＳＯＦが酸化除去される（ＣＯ２になる）とともに、排ガス中のＮＯが酸化されてＮＯ２になる。ＤＯＣを出た排ガスはＤＯＣとＤＰＦの間に設置された排ガス分散板によって乱流状態になることにより、温度が均一化される。また、この排ガス分散板は、排ガス温度が高い状態において加熱され（熱量を蓄え）、排ガス温度が低くなったときに、排ガスに熱量を与える蓄熱作用も行う。
【００４２】
排ガス中に含まれるＰＭ成分のうちの煤（Ｃ）は、ＤＰＦにおいて捕集（捕集）される。ＤＰＦにはＰｔ（白金）などの酸化触媒が担持されているため、捕集された煤は、ある温度条件（例えば３５０℃以上）において、この酸化触媒、排ガス中のＯ２及びＮＯ２と反応することによってＣＯ２となる（酸化除去される）。
しかし、エンジンの起動時や低負荷運転時においては、排ガスの温度が触媒の活性化温度に達しないため、ＰＭ中の煤はＤＰＦに堆積し、これを放置するとＤＰＦに担持された触媒の表面を覆い、温度条件が整っても排ガスと触媒が接触できない状態となる。
【００４３】
このような状況下においては（ＤＰＦに煤が堆積）、排ガスの流路が狭められるため、排気系統の圧力が上昇する。この上昇値がある値（例えば３ｋＰａ）を超えると、圧力センサーの信号が制御装置に伝えられ、ＰＭ低減装置に流入する排ガスを加熱するための手段及び、又は電気ヒーターなどの加熱装置を作動させることにより排ガス温度が触媒の活性化温度まで上昇し、ＤＰＦに堆積した煤を酸化除去する。
ここで、排気系統における排ガス圧力は、負荷率が上昇すると高くなるという特性があるため、圧力センサーの信号のみで、ＰＭ低減装置に流入する排ガスを加熱するための手段及び、又は電気ヒーターなどの加熱装置を作動させると、負荷率が上昇して排ガス温度が高い（ＰＭ低減装置に流入する排ガスを加熱するための手段及び、又は電気ヒーターなどの加熱装置を作動させる必要がない）状態においても加熱を継続するため、省エネルギー、経済性の両面において好ましくない。このため、温度センサーにより排ガス温度を検知し、この温度がある値（触媒が活性化する温度）以上の場合は、ＰＭ低減装置（１）に流入する排ガスを加熱するための手段及び、又は電気ヒーターなどの加熱装置の作動を停止させるシステムを併せ持っている。
このように、このシステムを用いることにより、始動時や低負荷時を含む全ての運転状態において、ＤＰＦを効果的・効率的・経済的に再生することができる。
【００４４】
図２は、本発明の実施の形態に係るディーゼルエンジンに設置されたＤＰＦに捕集されたＰＭを効果的・効率的に酸化除去する際の工程の一例を示したフローチャートである。
Ｓ１において、ＤＰＦに煤が堆積すると排ガスの流路が狭まり、排ガス量が一定の場合排気系統の圧力が上昇するとともに、ＰＭ低減装置内の圧力も上昇する。
Ｓ２において、ＰＭ低減装置内に設置された温度センサーと圧力センサーがＰＭ低減装置内の温度と圧力を検出し、制御装置に伝達する。
Ｓ３において、ＰＭ低減装置内の温度が装置内の触媒が活性化する温度以下（例えば３５０℃以下）の状態において圧力が設定値よりも上昇した場合、制御装置は排ガスを加熱するための手段及び、又は電気ヒーターなどの加熱装置を作動させる。
Ｓ４において、排ガスを加熱するための手段及び、又は電気ヒーターなどの加熱装置によりＰＭ低減装置（１）に流入する排ガスを加熱する。
Ｓ５において、排ガスの加熱によりＤＰＦに担持された触媒が活性化して煤を酸化除去することにより、ＰＭ低減装置内の圧力が設定値以下（例えば２ｋＰａ以下）になったらＰＭ低減装置に流入する排ガスを加熱するための手段及び、又は電気ヒーターなどの加熱装置による排ガスの加熱を終了する。
【００４５】
図３は、本発明の実施の形態に係る真空断熱装置の概要を示した図である。
この図において、排気管やＰＭ低減装置の周囲に、断面形状が円形で長さを持つ物質（筒状や針金状など）をらせん状に巻き付け、その外周を、一部に突起を持たせて波形とした平板で覆い、平板の両端を閉じて、排気管やＰＭ低減装置と、両端が閉じられた平板との間に形成された密閉空間を真空構造にすることにより、排気管やＰＭ低減装置を流動する排ガスの温度低下を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、ディーゼル微粒子捕集フィルターを効果的・効率的・経済的に再生する場合に適用可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１．   ＰＭ低減装置
２．   エンジン
３．   排気管
４．   排ガスを加熱するための手段及び、又は電気ヒーターなどの加熱装置
５．   排ガス分散板
６．   温度センサー
７．   圧力センサー
８．   制御装置
【要約】      （修正有）【課題】自動車等のディーゼルエンジンに設置されたＤＰＦ（ディーゼル微粒子捕集フィルター）に捕集されたＰＭ（粒子状物質）を、触媒の働きにより酸化除去することにより、ＤＰＦを連続して使用できるようにするシステムと方法を提供する。【解決手段】ＰＭ低減装置（１）とエンジン（２）を連結する配管（３）、及びＰＭ低減装置（１）を断熱構造とし、ＰＭ低減装置（１）に流入する排ガスの加熱手段（４）を備え、ＰＭ低減装置（１）内に排ガス分散版（５）、温度センサー（６）、圧力センサー（７）を備えるとともに、圧力センサーからの信号により加熱手段の作動を制御することができる制御装置（８）を備えることを特徴とするディーゼル微粒子捕集フィルターの再生システム。【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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