(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の第一排気管と排気トップとの間に配設して排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集するフィルタと、前記パティキュレートを加熱させる加熱手段と、送風量の可変機能を有する送風制御手段と、前記送風制御手段の吐出部と前記フィルタと前記送風制御手段の吸入部の間を前記パティキュレートの燃焼反応で生成した燃焼ガス通流用に接続された再循環回路と、前記フィルタと前記送風制御手段の吸入部との間の再循環回路に第一吸気口と負圧応動形の第一逆止弁から成る第一吸気手段を設けて構成した内燃機関用排ガス浄化装置。
【請求項２】
内燃機関の第一排気管と排気トップとの間に配設して排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集するフィルタと、前記パティキュレートを加熱させる加熱手段と、送風方向の可逆機能および送風量の可変機能を有する可逆形送風制御手段と、前記可逆形送風制御手段の吐出部と前記フィルタと前記可逆型送風制御手段の吸入部の間を前記パティキュレートの燃焼反応で生成した燃焼ガス通流用に接続された再循環回路と、前記フィルタと前記可逆形送風制御手段との間において前記フィルタに作用する前記加熱手段の作用方向と同一方向に送風させる順流再循環回路に設けた第一吸気口及び負圧応動形の第一逆止弁から成る第一吸気手段と、前記フィルタと前記可逆送風制御手段との間において前記フィルタに作用する前記加熱手段の作用方向と相対方向に送風させる逆流再循環回路に設けた第二吸気口及び負圧応動形の第二逆止弁からなる第二吸気手段を設けて構成した内燃機関用排ガス浄化装置。
【請求項３】
可逆型送風制御手段は、入力電圧を制御して前記可逆型送風制御手段の電動機の回動をＯＮ、ＯＦＦまたは回転数を可変制御するコントロール機能と、前記電動機の回転方向を切り替える再生制御機能とを有する運転制御回路を設けた請求項２記載の内燃機関用排ガス浄化装置。
【請求項４】
再生初期段階の運転モードを、フィルタに作用する加熱手段の作用方向と可逆型送風制御手段の送風方向を相対して作動する逆流再生運転モードと、前記逆流再生運転モードの運転後前記加熱手段の作用方向と前記可逆型送風制御手段の送風方向を一致させて作動する順流再生運転モードとする運転制御回路を設けた請求項２記載の内燃機関用排ガス浄化装置。
【請求項５】
送風制御手段と第一吸気手段は、前記送風制御手段のファンケーシングと吸入部との間に第三吸気口と負圧応動形の第三逆止弁から成る第三吸気手段を設けて一体にして構成した請求項１記載の内燃機関用排ガス浄化装置。
【請求項６】
可逆形送風制御手段と第一吸気手段および第二吸気手段は、送風可逆機能を有する渦流形ファンと、ガスが流入する前記渦流形ファンの吸入部に外気を吸い込む吸気口と、前記吸気口の開度を制御する負圧応動形の逆止弁とを有する吸気手段を内設して構成した請求項２記載の内燃機関用排ガス浄化装置。
【請求項７】
送風制御手段の吸入部に微粒子物質の流入を防止するエアーフィルタを備えた請求項１、２、３、５、６のいずれか１項に記載の内燃機関用排ガス浄化装置。
【請求項８】
送風制御手段の電動機をブラシレス直流電動機で構成した請求項１、２、３、５、６、７のいずれか１項に記載の内燃機関用排ガス浄化装置。
【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（内燃機関）が排出する排気ガス中に含まれるパティキュレート（微粒子状物質）を捕集するフィルタと、捕集されたパティキュレートを加熱燃焼させて除去しフィルタの捕集性能を回復再生する内燃機関用排ガス浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンは、ガソリンエンジンに比べて燃焼効率が高く、耐久性に優れているという特長がある一方で、大気汚染物質を排出する欠点を有している。ディーゼルエンジンが排出する排気ガスの中には窒素酸化物と共にパティキレート（微粒子状物質）が含まれており、排気ガス規制の強化が進められている。この規制強化に対して燃料噴射時期遅延による燃焼改善や軽油の低硫黄化などの燃料改善の取り組みがなされているが、窒素酸化物の低減とパティキュレートの低減とは技術上背反する関係にあり、現状ではエンジン周りでの窒素酸化物の低減を図り、パティキュレートは排気系で処理することが有望な解決策と考えられている。
【０００３】
パティキュレートは、主にＳＯＦ（Ｓｏｌｕｂｌｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｆｒａｔｉｏｎ）、すす、硫黄化合物の３種類からなり、このパティキュレートを排気系で処理する方法として、ＳＯＦを減少させる酸化触媒方式やフィルタを用いてパティキュレートを捕集する方式が進められている。酸化触媒方式は、すすの低減ができないためフィルタ方式が好ましい。ところが、フィルタ方式は、パティキュレートを捕集し続けるとフィルタは目詰まりを生じて排気ガスの流れが悪くなってエンジン出力の低下あるいはエンジンの停止に至る。これに対して現在では、フィルタの捕集能力を再生させるための技術開発が進められている。フィルタに捕集されたパティキュレートの量があまりに多くなるとエンジンに対しての負荷が増し、最悪の場合、エンジン停止に至るので適当な時期にパティキュレートを除去する必要がある。
【０００４】
フィルタの捕集性能を再生する方法としてフィルタ内でパティキュレートを燃焼除去する方式や高圧空気を供給しフィルタ外にパティキュレートを吹き飛ばしてフィルタ外部でパティキュレートを燃焼除去する方式が提案されている。フイルタ外部で処理する方式は、パティキュレートの除去を完全に行うことが課題であり、再生方式の主流は、フィルタ内で燃焼除去させる方式である。パティキュレートは６００℃程度から燃焼することが知られている。パティキュレートをこの高温度領域に昇温するためのエネルギー加熱手段として、バーナ方式、電気ヒータ方式あるいはマイクロ波方式などが考えられている。
【０００５】
マイクロ波加熱方式によるフィルタ再生装置としては、たとえば図７に示すように、エンジン１０１から排出された排気ガスが第一通路管１０２、フィルタ１０３、連結管１０４、遮断弁１０５を経て排気トップ１０６から、大気へ排出される捕集手段と、一定時間経過後、エンジンを停止し、かつ遮断弁１０５を一時遮断して、フィルタ１０３と遮断弁１０５の間に設けられたマイクロ波加熱部１０７を作動させ、送風手段１０８により空気供給口１０９から空気を送り込みながら、フイルタ１０３内に溜まったすすを燃焼させ、ここで発生した燃焼ガスを第一通路管１０２から分岐された分岐管１１０、開放された排気弁１１１を経て排気トップ１０６へ排出してフィルタ性能を回復する再生手段から構成された逆流型排ガス浄化装置がある。
【０００６】
上記構成において、エンジン１０１から排出された排気ガスにはすす等のパティキュレートが含まれており、これが捕集手段の作用によってフィルタ１０３を通過する間、フィルタ１０３に捕集される。一定時間、捕集過程を踏んだ後、エンジン１０１を一時停止し、かつ遮断弁１０５を遮断して、マイクロ波加熱部１０７を作動させ、空気供給口１０９から空気を送り込みながら、フイルタ１０３内に溜まったすすを加熱燃焼させ、ここで発生した燃焼ガスを第一通路管２から分岐された分岐管１１０、開放された排気弁１１１を経て排気トップ１０６、大気へと排出してフィルタ１０３の性能が回復される。
【０００７】
この後、再び、捕集手段の動作に移り、同様のプロセスが繰り返される。また、他の従来例として、再生時の燃焼ガスを再びフイルタ内に戻し循環させる再循環回路と、外部空気吸い込みバルブと酸素センサーを配設し燃焼ガス循環型排ガス浄化装置（特開平６−３２３１３０号公報）がある。
【０００８】
この装置は、燃焼後のガスを、主として炭酸ガスを再びフイルタへ戻し、外気の酸素濃度に比べて、相対的に酸素濃度を下げ、燃焼時の発熱温度を抑えると同時に、酸素センサの出力に応じて、外気吸い込みバルブを開閉し、フィルタ内を通過する空気量（酸素量）を変え、酸素濃度を下げて燃焼温度を抑制する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の構成では、先ず逆流型排ガス浄化装置においては再生時のフィルタ内に溜まったパティキュレートのうち、多少の加熱ムラに起因して、初期段階では一部のパティキュレートのみが燃焼し始め、次第に燃焼温度が高温度に達する。しかし他方では、まだ同時に燃えない領域や温度が上がり切れないフィルタの領域などが現れ、温度差の大きい温度分布となる。この結果フィルタの熱衝撃が大きくなると共に、フィルタにクラックが発生する場合がある。このため次の捕集時にはパティキュレートがリークし捕集効果がなくなる等の問題が起こり、フィルタの再利用ができない場合があった。またフィルタ内の燃焼温度を下げるため、空気の吸い込み量を小さい方向へ変えようとすると、かなり小さく制御しないと燃焼温度を抑制できないことと、あまり小さく成り過ぎて逆にフイルタ内の流量分布に大きなムラが生じと同時に、完全に燃焼し切れないパティキュレートの残留領域が生じる。この結果、フイルタの再生率（（再生前の捕集量−再生後の残留量）を再生前の捕集量で割った値）が悪くなるという課題があった。また、捕集、再生がくり返されると流量分布の悪さが広がり残留量が益々増加する傾向になる。またマイクロ波加熱手段方式は加熱面の端面に近い程、パティキュレートが燃焼し難いという課題がある。これは端面では放熱が大きく、着火温度まで加熱することが難しく、かつ、やや奥へ入った領域のパティキュレートから燃焼が始まるので、端面の領域のパティキュレートは多少残るという問題がある。この結果、フイルタの再生率が低くなるという課題があった。
【００１０】
また、酸素センサの出力に応じて、外気吸い込みバルブを開閉し、フィルタ内を通過する空気量（酸素量）を変え、燃焼温度を抑制する燃焼ガス循環型排ガス浄化装置（特開平６−３２３１３０号公報）においては、酸素センサの感度の経年変化、応答性に問題があり、一方、その出力に応じて開閉する吸い込みバルブが加わるため、パティキュレートの燃焼速度と循環流量の制御と同時に変化する酸素濃度の応答性に大幅な開きが生じる。この結果、実際の現象に制御が追従しなくなり制御特性にオーバーシュートなどのハンチング現象が現れ、益々、フィルタ内の燃焼温度を適切な範囲に制御することが困難になる課題があった。さらにフィルタには、細い、小さなフィルタ機能を有するセルの集まりからできているため、局部的な燃焼が起こると、局部のセル内のパティキュレートのみが燃焼し、これが進行していくと、この部分の空気抵抗が減少し、他の燃焼仕切れていないパティキュレート領域、所謂空気抵抗の大きい領域を避けて益々この部分に集中して流れるようになる。
【００１１】
この結果、益々局部的な燃焼が活発になり、燃焼温度が益々上昇する。一方の酸素センサの出力に関係する全体の燃焼ガス中の酸素濃度としては平均化されるため結果としては変化がないという情報となり、コントロール回路としては制御動作が行われないという現象が現れる。このため、フィルタ内の温度分布は温度差が大きい状態となり、フィルタに熱衝撃が起り易くなる。この結果フィルタにクラックが発生する場合が予想され、このまま使用すると次の捕集時にはパティキュレートがフィルタからリークし捕集効果がないという問題が起り、フィルタの再利用ができない場合が考えられる。また局部の温度上昇を避けようとして酸素センサの出力に対する制御設定値を変え空気の吸い込み量を抑えようとすると燃焼が進まない領域が逆に増え、益々再生率が悪くなるという問題が発生していた。
【００１２】
また、フィルタ内の局部的な燃焼が進行し、この部分のパティキュレートの燃焼が終了に近づくと空気抵抗が、さらに減少し、通過する空気量も集中し、この部分の流量が増大すると同時に燃焼に使われない空気量の割合も増大する。この結果酸素濃度の増加と共に酸素センサの出力も増大するためコントロール回路には酸素濃度を抑えようと吸い込みバルブを空気供給量を減らす方向に作用する。このため他の領域のセル内には、まだ酸素を必要とするパティキュレートが残っており、未燃焼まま残るという問題があった。また、酸素センサーの耐久性、信頼性、応答性が悪く、これに加えて制御機構が複雑であるため、要素部品の増加も加わってコストも高くなる。したがって、このような従来例の燃焼ガス循環形排ガス浄化装置は十分な効果が期待できない。
【００１３】
本発明は上記課題を解決したもので、パティキュレートの過燃焼防止、局部燃焼による焼却ムラの防止を図りつつ再生率を上げることを第１の目的とし、さらに小型化、信頼性の向上を第２の目的としたものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記第１の目的を達成するための第１の手段として、内燃機関の第一排気管と排気トップとの間に配設して排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集するフィルタと、前記パティキュレートを加熱させる加熱手段と、送風量の可変機能を有する送風制御手段と、前記送風制御手段の吐出部と前記フィルタと前記送風制御手段の吸入部の間を前記パティキュレートの燃焼反応で生成した燃焼ガス通流用に接続された再循環回路と、前記フィルタと前記送風制御手段の吸入部との間の再循環回路に第一吸気口と負圧応動形の第一逆止弁から成る第一吸気手段を設けた構成としてある。
【００１５】
また上記第１の目的を達成するための第２の手段として内燃機関の第一排気管と排気トップとの間に配設して排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集するフィルタと、前記パティキュレートを加熱させる加熱手段と、送風方向の可逆機能および送風量の可変機能を有する可逆形送風制御手段と、前記可逆形送風制御手段の吐出部と前記フィルタと前記可逆型送風制御手段の吸入部の間を前記パティキュレートの燃焼反応で生成した燃焼ガス通流用に接続された再循環回路と、前記フィルタと前記可逆形送風制御手段との間において前記フィルタに作用する前記加熱手段の作用方向と同一方向に送風させる順流再循環回路に設けた第一吸気口及び負圧応動形の第一逆止弁から成る第一吸気手段と、前記フィルタと前記可逆送風制御手段との間において前記フィルタに作用する前記加熱手段の作用方向と相対方向に送風させる逆流再循環回路に設けた第二吸気口及び負圧応動形の第二逆止弁からなる第二吸気手段を設けて構成としてある。
【００１６】
そしてさらに上記第２の目的を達成するため、可逆型送風制御手段は、入力電圧を制御して前記可逆型送風制御手段の電動機の回転をＯＮ、ＯＦＦまたは回転数を可変制御するコントロール機能と、前記電動機の回転方向を切り替える再生制御機能とを有する運転制御回路を設けた構成している。また、再生初期段階の運転モードを、フィルタに作用する加熱手段の作用方向と可逆型送風制御手段の送風方向を相対して作動する逆流再生運転モードと、前記逆流再生運転モードの運転前後加熱手段の作用方向と前記可逆型送風制御手段の送風方向を一致させて作動する順流再生運転モードとする運転制御回路を設けた構成としてある。
【００１７】
またさらに第２の目的を達成するための手段として、送風制御手段と第一吸気手段は、前記送風制御手段のファンケーシングと吸入部との間に第三吸気口と負圧応動形の第三逆止弁から成る第三吸気手段を設けて一体にした構成としてある。
【００１８】
また第２の目的を達成するための手段として、可逆形送風制御手段と第一吸気手段および第二吸気手段は、送風可逆機能を有する渦流形ファンと、ガスが流入する前記渦流形ファンの吸入部に外気を吸い込む吸気口と、前記吸気口の開度を制御する負圧応動形の逆止弁とを有する吸気手段を内設した構成としてある。
【００１９】
さらに第２の目的の信頼性を向上させるために、送風制御手段の吸入部に微粒子物質の流入を防止するエアーフィルタを設けた構成としてある。
【００２０】
同じく信頼性を向上させるために、送風制御手段の電動機能をブラシレス直流電動機で構成してある。
【００２１】
【発明の実施例の形態】
本発明は上記第１の手段によって、フィルタに捕集されたパティキュレートを燃焼焼却しフィルタを再生する過程において、エンジンを一旦停止し、またはエンジンからの排気ガスを切り替えて流入を遮断し、加熱手段と送風制御手段を作動させ、前記フィルタへ空気を送り込みながら加熱をし、このときに発生する燃焼ガスを再び再循環回路を循環させ、フィルタへ戻すことによって燃焼温度を抑制しながら再生するが、この送風制御手段の回転数を制御し送風量を増やすと再循環回路の吸気口の近傍では負圧が大きくなり、外部から吸い込まれる空気量も増大する。また逆に送風制御手段の送風量を減らすと、これに対応して吸気口での負圧は低くなり外部空気の吸い込み量も減少する。すなわち第一逆止弁の開き度合が自動的に変化する形になるため負圧の大きさに対する吸い込み量は単なる吸気口だけの状態よりも下方向へ大きく変化することになる。このため送風制御手段から吐出される吐出風量の酸素濃度も、低い方へ大きく変化する。したがって、これは流量を下方へ流量制御することによって、フィルタに流入する流束分布を均一化し、かつ過燃焼や局部燃焼の加速を制御する空気量の酸素濃度を下げることができる。
【００２２】
また大きい負圧の領域、即ち逆止弁の開度が大きい領域、即ち送風量の大きい領域では負圧に対する開度の変化は小さく、むしろ開口数、または開口径で、ほぼ規定される領域であるため吸い込み量は相対的に大きくなるが、酸素濃度としての変化量は小さい。この結果循環量を大きく増加させることによって吸い込み空気量も増大するが酸素濃度はあまり変化しない領域で可変できる。したがって、酸素濃度を外気の酸素濃度よりも一定値以下で、かつ低流量時の酸素濃度よりも高目に保持し、急激な温度上昇を抑制しつつ、大量の送風量をフィルタへ送り込むことができ、これによる冷却効果を持たせつつ燃焼温度を上限近傍で保持し燃焼を活性化し促進をはかることができる。
【００２３】
また送風制御手段の送風方向を互いに逆向きに流れるようにした第２の手段のものは、再生の初期段階では、フィルタへ送り込む送風方向を逆方向に流し、所謂フィルタに作用する加熱手段の作用方向と送風制御手段の送風方向を相対して作動させる。したがってややフィルタの奥へ入ったパティキュレートから燃焼が始まっても、送風方向が加熱手段側の端面へ向けて流れているため端面の領域のパティキュレートは、高い燃焼温度のガスの影響を受けて、燃焼を余儀なくされ焼却される。そして再循環回路を経て燃焼ガスがフィルタへ戻ってくるため酸素濃度は急激に低下し燃焼温度は急激に上昇しない。この結果フィルタに対しての熱衝撃は緩和されクラックの発生防止の効果が得られる。
【００２４】
一方、この端面のパティキュレートの燃焼を一定時間進行させた後、順流方向に送風方向を替え、高温の燃焼ガスを順流方向に向きを替えると共に、この順流方向と並行して加熱手段の加熱作用が加わり、さらに上記の再循環流量の制御と第一逆止弁の酸素濃度の可変作用によってパティキュレートの燃焼がより一層進行されることができる。この結果総合的にフィルタ再生率の向上が期待される。
【００２５】
そして第一、第二吸気口とそこに設けた第一、第二逆止弁は前記と同様の作用を果たし、フィルタの急激な燃焼温度の上昇を抑制できる。
【００２６】
また再生初期段階の運転モードを、フィルタに作用する加熱手段の作用方向と送風制御手段の送風方向を相対して作動する逆流再生運転モードとし、かつ前記逆流再生運転モードの運転後前記加熱手段の作用方向と前記送風制御手段の送風方向を一致させて作動する順流再生運転モードとした運転制御回路を設けたもの、または入力電圧を制御して送風制御手段の電動機の回転をＯＮ、ＯＦＦまたは回転数を可変制御するコントロール機能と、前記電動機の回転方向を切り替えて送風方向の可逆機能を備えた運転制御回路を設けたものは、回路性能や信頼性が高く、コンパクトな回路構成が得られる。
また送風制御手段のファンケーシングと吸入部との間に外気を取り込む第三吸気口と第三逆止弁から成る第三吸気手段を一体にしたものは、再循環回路の小形化と直流電動機の高制御性が期待できる。
【００２７】
また送風方向の可逆循環機能を有する渦流形ファンと送風量可変機能を有する回転数可変機能と正逆回転機能有する形の電動機から成る送風制御手段に、外気を吸い込む吸気口と前記吸気口の開度を制御する無動力形の逆止弁とを有する吸気手段を内設したものは、システムがさらに簡単化され、高い信頼性と低コスト化が得られる。
【００２８】
また送風制御手段の吸入部に微粒子物質の流入を防止するエアーフィルタを備えたものは、外気ならびに再循環回路からのゴミや燃焼ガス中の微粒子物質のファン回転部への流入を防止ができる。
【００２９】
また送風制御手段の電動機としてブラシレス形直流電動機を用いたものは、電動機の整流子部内で発生するスパークの問題もなくなる。
【００３０】
以下本発明の第１の実施例を図１を参照して説明する。図１において、１は内燃機関用排気ガス浄化装置を示し、本装置１は、フィルタ３、マイクロ波加熱器等の加熱手段４、連結管５、バルブユニット６、排気トップ７、送風量可変機能を有する送風制御手段８、再循環回路９、第一吸気手段１０、温度検知器１１、運転制御回路１２から構成されている。
【００３１】
またこの実施例における加熱手段（以下マイクロ波加熱手段と称す）４はマグネトロンユニット１３と導波管１４、インレット缶体１５を接続して構成されている。またバルブユニット６は遮断弁１６と排気バルブ１７と、遮断弁１６が閉のときは排気バルブ１７は開、遮断弁１６が開のとき排気バルブ１７は閉の状態になるようにプル・ダウン機能を有するバルブ開閉ユニット１８から構成されている。送風制御手段８は送風量可変機能を有するターボファン１９と、これを駆動するブラシレス直流電動機２０、吸入部２１、吐出部２２から構成されている。温度検知器１１はフィルタ３に作用する前記マイクロ波加熱手段４の作用方向と同じ方向に風を送る、所謂順流送風方式のフィルタ出口の燃焼温度を検出するために第一排気管２に配設されて構成されている。
【００３２】
システムはパティキュレートを捕集過程では第一排気管２、アウトレット缶体２３、フィルタ３、インレット缶体１５、連結管５、バルブユニット６、排気トップ７の順に接続し、エンジンの排気ガスは前記接続順に流れ第一排気管２から流入し排気トップ７を経て大気へ排出されるように構成されている。
【００３３】
さらにパティキュレートがフィルタ３に一定以上捕集されるとフィルタ３の再生を行なうが、これは送風制御手段８の吐出部２２と空気送風管２４、インレット缶体１５、フィルタ３、アウトレット缶体２３、第一排気管２、バイパス管２５、排気バルブ１７、排気トップ７、戻り管２６、冷却熱交換器２７、前記送風制御手段８の吸入部２１へと循環するように接続され、再循環回路９を構成している。さらに排気トップ７と前記送風制御手段８の吸入部２１間の一部に、外気を取り込む第一吸気口２８と負圧応動形の第一逆止弁２９から成る第一吸気手段１０が配設されている。
【００３４】
また運転制御回路１２は、捕集過程から再生過程への移行する制御、またはその逆の制御を行うもので、捕集量に応じて変化するマイクロ波の電磁波強度を検出する捕集センサ３０の出力、運転時間、温度検知器１１の値から制御動作を行なうように構成されている。
【００３５】
上記構成において、まず捕集過程においては、内燃機関であるエンジンから排出された排気ガスはアウトレット缶体２３を経て、フィルタ３から連結管５、バルブ開閉ユニット１８を介して開かれた遮断弁１６、排気バルブ１７の通路を経て排気トップ７から大気へ放出される。このとき排気ガスに含まれるパティキュレートはフィルタ３に捕集される。
【００３６】
また再生過程では、一定量のパティキュレートが捕集されたことを検知した後、運転制御回路１２の作動よって捕集過程から再生過程に切り変わる。
先ず再生過程ではエンジンから第一排気管２へ流入する排気ガスを一旦遮断し（例えば切り替えバルブで排気方向を換えるとか、エンジンを一旦停止する場合を指す）、前記バルブユニット６の遮断弁１６を閉、排気バルブ１７を開の状態に切り替え、マイクロ波加熱手段４と送風制御手段８を作動させる。これにより前記マイクロ波加熱手段４がフィルタ３内のパティキュレートを加熱燃焼させ、同時に送風制御手段８の作動によって空気は空気送風管２４、連結管５、インレット缶体１５を経て、フィルタ３へ送り込まれる。この空気はパティキュレートの燃焼の助成用として消費される。ここで燃焼反応で生成した燃焼ガスはアウトレット缶体２３、バイパス管２５、排気バルブ１７、戻り管２６を経て通流し、冷却熱交換器２７によって冷却されながら前記送風制御手段８の吸入部２１へ戻り、これが再び再循環される。所謂再循環回路９が形成される。
【００３７】
ここで上記排気トップと送風制御手段８の吸入部２１との間に再循環回路の一部（戻り管２６）に外部空気を導入する第一吸気口２８と、負圧応動形の第一逆止弁２９を設けて第一吸気手段１０を構成しているため、送風制御手段８の回転数を制御し送風量を増やすと第一吸気口２８の近傍では負圧が大きくなり、外部から吸い込まれる空気量を増大する。また逆に送風制御手段８の送風量を減らすと、これに対応して第一吸気口２８での負圧が低くなり外部空気の吸い込み量も減少する。すなわち上記構成の本発明では無動力形の逆止弁から成る第一吸気手段１０が配設されているため負圧の大きさに応じて第一逆止弁２９の開き度合が変化する、所謂自動的に開度が変化する形になるため負圧の大きさに対する吸い込み量は単なる吸気口だけの状態よりも第一逆止弁２９は下方向へ大きく変化することになる。特に負圧の低い領域では第一逆止弁２９の開度は小さいため、負圧に対する吸い込み量の変化率は高い領域と言える。このため送風制御手段８から吐出される吐出風量の酸素濃度も、低い方へ大きく変化する。したがって、これは流量を下方へ流量制御することによって、フィルタに流入する流束分布を均一化し、かつ空気量の酸素濃度を下げることができるため過燃焼や局部燃焼の加速を抑制する効果が得られる。
【００３８】
また大きい負圧の領域、即ち第一逆止弁２９の開度が大きい領域、即ち送風量の大きい領域では負圧に対する開度の変化は小さく、むしろ開口数、または開口径で、ほぼ規定される領域であるため吸い込み量は相対的に大きくなるが、酸素濃度としての変化量は小さい。この結果循環量を大きく増加させることによって吸い込み空気量も増大するが酸素濃度はあまり変化しない領域で可変できる。したがって、酸素濃度を外気の酸素濃度よりも一定値以下で、かつ低流量時の酸素濃度よりも高目に保持し、急激な温度上昇を抑制しつつ、大量の送風量をフィルタ３へ送り込むことができ、これによる冷却効果を持たせつつ燃焼温度を上限近傍で保持し燃焼を活性化し促進をはかることができるため再生時間の短縮化とフィルタの保護が期待できる。
【００３９】
なお第一吸気口２８から吸い込んで増加したガス分はフィルタ３から戻ってきた循環流量、所謂燃焼ガスの一部が排気トップ７を介して大気へ流れてバランスされた再循環回路が形成される。所謂、送風制御手段８の送風量に対する吸入側の負圧、第一逆止弁２９の開度、吸い込み量との関係を予め規定しておけば送風制御手段８の吐出風量、即ち循環流量の小さい領域ではより低めの酸素濃度で、そして酸素濃度の大きい変化率で制御が可能となる。一方、循環流量の大きい領域では高めの酸素濃度がほぼ一定で循環流量の制御が可能となり、高い制御性によるフィルタ熱衝撃の防止と再生率の向上、ならびに再生時間の短縮化が期待される。
【００４０】
次に本発明の第２実施例の双方向形排気ガス浄化装置を図２を用いて説明する。図２において、図１に示した構成との相違点は、フィルタ３に流入する送風方向を双方向に可逆的に替えるための可逆形送風制御手段３１と、逆方向への送風循環時に外気から空気を取り込む第二吸気口３２、負圧応動形の第二逆止弁３３から成る第二吸気手段３４と、さらに逆送風時に燃焼温度を検出する第二温度センサ３５を具備している点である。上記可逆形送風制御手段３１は、第一ファン１９と、これを駆動する直流電動機２０からなる送風制御手段８、吸入部２１、吐出部２２、第一開閉弁３６を順流方向に接続した順流再循環回路９ａと、一方の第二ファン３７、直流電動機３８、前記第二ファン３７の第二吸入部４０、第二吐出部３９から成る第二送風制御手段４１と、ガスの流入を防止する第二開閉弁４２を逆流方向に接続された逆流再循環回路９ｂを並列に接続して構成されている。
上記構成において、再生初期段階では、送風制御手段８を停止し、第一開閉弁３６を閉止、ならびに第二送風制御手段４１をＯＮ、第二開閉弁４２を開にすることによって、循環流量は再循環回路９の第一通路管２６、排気弁１７、バイパス管２５、アウトレット缶体２３を経てフィルタ３に流入し、インレット缶体１５、連結管５、第二通路管２４を経て第二開閉弁４２から第二送風制御手段４１に戻り逆流方向に再循環される。一定時間後、前記第二送風制御手段４１をＯＦＦ、第二開閉弁４２を閉止、送風制御手段８をＯＮ、第一開閉弁３６を開にすることによって循環流量は第二通路管２４、連結管５、インレット缶体１５を経て、フィルタ３へ流入し、さらにアウトレット缶体２３、バイパス管２５、排気弁１７、第一通路管２６、冷却熱交換器２７を経て前記送風制御手段８に戻り、順流方向に再循環される。
【００４１】
すなわち、この実施例では、再生の初期段階では、フィルタ３へ送り込む送風方向を逆方向に流し、所謂フィルタに作用する加熱手段４の作用方向と送風制御手段８の送風方向を相対して作動させることによって、ややフィルタの奥へ入ったパティキュレートから燃焼が始まっても、送風方向が加熱手段側の端面へ向けて流れているため端面の領域のパティキュレートは、高い燃焼温度のガスの影響を受けて、燃焼を余儀なくされ焼却されるという利点がある。さらに再循環回路を経て燃焼ガスがフィルタ３へ戻ってくるため酸素濃度は急激に低下するため燃焼温度は急激に上昇しない。この結果フィルタ３に対しての熱衝撃は緩和されクラックの発生防止の効果が得られる。この端面のパティキュレートの燃焼を一定時間進行させた後、順流方向に送風方向を替え、高温の燃焼ガスを順流方向に向きを替えると共に、この順流方向と並行してマイクロ波加熱手段４の加熱作用が加わり、さらに上記の再循環流量の制御と第一逆止弁２９の酸素濃度の可変作用によってパティキュレートの燃焼がより一層進行されることができる。この結果総合的にフィルタ再生率の向上が期待される。
【００４２】
この再生初期段階の再生動作では、即ち送風制御手段８によって逆方向へ送風するのでマイクロ波加熱手段４によって、フィルタ３の端面からやや奥へ入った領域のパティキュレートから燃焼が始まっても、送風方向が加熱手段側の端面へ向けて流れているため端面の領域のパティキュレートは、高い燃焼温度のガスの影響を受けて、燃焼するが、その燃焼ガスが再循環回路を経てフィルタ３へ戻ってくるため急速に酸素量は減少する。これは可逆送風制御手段３１の逆方向送風作用によって吸入部は吐出側に切り替わった状態となるため第一吸気手段１０の第一逆止弁２９の閉止動作の働きで第一吸気口２８から空気の取り込みがないためである。すなわち送風制御手段や再循環回路内に残留していた初期段階の空気量で賄われているだけである。これだけでは、燃焼温度の急激な上昇抑制としては効果があるが、フィルタ端面領域のパティキュレートを燃焼させるに必要な酸素量は不足し、燃焼の進行促進としての酸素量は十分とは言い難い。そこで上記構成に加えて、前記フィルタ３と前記可逆送風制御手段３１の吐出系統の再循環回路に第二吸気口３２と第二逆止弁３３を備えた第二吸気手段３４を配設してあるのである。これによって、再生動作の初段階で送風制御手段８の逆方向へ送風された場合でも、前記第二吸気口３２から外気を取り込み、フィルタ端面のパティキュレートの燃焼に必要な酸素量は補充できると同時に低酸素濃度の混合ガスであるため急激な燃焼温度の上昇も抑制できる。この結果、第二吸気手段３４の作用によって、さらに信頼性の高い、高再生率が得られる。
【００４３】
次に図３、図４を用いて送風制御手段の他の実施例を説明する。図３はターボ形送風制御手段の全体構成を、図４はファンケーシングに配設された第三吸気手段の要部拡大図を示し、これは図１に示した本発明の排ガス浄化装置の送風制御手段８と第一吸気手段１０を一体にまとめた送風制御手段として構成されている。図３、図４において、戻ってきたガスの吸込通路５０、第三吸入部５１、ファンケーシング５２、ファンボディ５３、これらに囲まれて配設されたターボ形回転翼５４、吐出部５５と前記回転翼５４を駆動する直流電動機５６からなり、ターボ形送風制御手段５７を構成している。そして前記ターボ形送風制御手段５７は、前記ファンケーシング５２と第三吸入部５１との間の前記ファンケーシング５２に、図４に示すように外気を取り込む第三吸気口５８、この第三吸気口５８から逆流しないようにシート状のリード弁形第三逆止弁５９、ここから吸い込んだ空気を前記吸入部５１に導くために吸入部近傍の前記ファンケーシング５２に設けられた空気導入口６０から成る第三吸気手段６１を備えて構成されている。
【００４４】
上記構成において、直流電動機５６によってターボ形回転翼５４が回転すると、戻ってきた燃焼ガスが吸込通路５０を経て、吸入部５１に入るが、このとき、吸入部５１の領域は負圧の状態になるため空気導入口６０を介して第三逆止弁５９が開き、第三吸気口５８から空気が取り込まれ、燃焼ガスと混合される。ここで混合された低い酸素濃度のガスは吐出部５５からフィルタ３へ送り込まれることになる。このような送風方式は図１に示した本発明の排ガス浄化装置の送風制御手段８と第一吸気手段１０を一体にまとめた構成であると同時に、図２に示した本発明の排ガス浄化装置の可逆形送風制御手段３１において、送風制御手段８と第一吸気手段１０を一体にまとめたものと同様の構成であり、また送風制御手段４１と第二吸気手段３４を一体にまとめた物と同様の構成であり、かつ同様の作用が得られる。したがって、この本発明のターボ形送風制御手段５７は図１、または図２に示した排ガス浄化装置の送風制御手段と吸気手段を本発明の送風制御手段に置き換えて利用できる。
【００４５】
次に可逆形送風制御手段の他の例を図５、図６を用いて説明する。この可逆形送風制御手段７８は、可逆機能を有する渦流形ファンと、吸入部と、吐出部と、前記吐出部に設けた逆止弁付き吸気手段と、前記吸入部または吐出部にゴミ、排気ガス中の微粒子のファン内部への流入を防止するフィルタを一体に内設して構成した物である。図５、図６において、渦流形ファン６４は、ファンボディＡ６５、ファンボディＢ６６、これに囲まれて回転する渦流形回転翼６７、ファンカバー６８、吸入部６９、吐出部７０と前記渦流形回転翼６７に回転動力を与える直流電動機７１から構成されており、この可逆形渦流形ファン６４と、順流時にガスが流入する前記吸入部６９に外気を取り込む第四吸気口７２、逆に外気へリークしないようにシート状のリード弁形第四逆止弁７３から成る第四吸気手段７４と、逆流時にガス流入する前記吐出部７０に外気を取り込む第五吸入口７５と逆にここから外気へリークしないようにシート状のリード弁形逆止弁７６から成る第五吸気手段７７とを備えている。
【００４６】
また吸入部６９は、ファンボディＢ６６に設けられた吸入部６６ｂと、ファンカバー６８に設けられた吸入部６９ａと連通して構成されている。また吐出部７０は、ファンボディＢ６６に設けられた吐出部７０ａ、ファンボディＢ６６とファンカバー６８の間に設けられた吐出部７０ｂ、吐出部７０ｃ、ファンカバー６８に設けられた吐出部７０ｄと連通して構成されている。また順流時に吸入部６９を経て外気ならびに戻りガスからのゴミ、微粒子物質の流入を防止する第一エアーフィルタ７９を、逆流時に前記吐出部７０に、吸入作用が働く際にゴミや微粒子物質が流入するのを防止する第二エアーフィルタ８０を内設して一体に構成されている。
【００４７】
また各エアーフィルタ７９、８０はポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ樹脂）系の、またはステンレス系の材料で成形されている。
【００４８】
以上の構成からなる可逆形送風制御手段７８を用いれば図２で説明したのと同様の効果が得られるうえにコンパクト化が推進できる。
【００４９】
なお上記各実施例で示した本発明の各送風手段の駆動用電動機として直流電動機でなくブラシレス直流電動機を用いればフォークリフト、自動車、トラック、船舶等分野に実際に搭載しても、直流電動機の整流子部内で発生するスパークの問題がなく、信頼性が高く、また高寿命化が可能となる。
【００５０】
また第一逆止弁、第二逆止弁、第三逆止弁、第四逆止弁、第五逆止弁の逆止弁は無動力形で、かつシート状のリード弁から構成されているので薄形で小形軽量化に利点があり、かつ外気を取り込む際の応答性が良いこと、省エネが良い等の効果が期待できる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の内燃機関用排ガス浄化装置によれば次のような効果が得られる。
（１）請求項１の構成によれば送風制御手段の送風量を可変制御することによって、送風量の変化と共に変化する吸い込み圧力に応じて外気吸い込み量の変化と逆止弁の開度変化
の相乗作用により循環流量の酸素濃度の可変幅が広く取れ、再生時の燃焼温度上昇の抑制、燃焼ムラ防止等を図りつつ確実なフィルタの再生ができ、また外気取入量は無動力で制御できるため制御性と信頼性が高い。
（２）請求項２の構成によれば請求項１の効果に加えてさらに再生初期段階で、フィルタに流入する送風方向と加熱手段の作用方向を相対してパティキュレートを燃焼させることができ、フィルタ端面側のパティキュレートの焼却効果が高く、再生率向上が期待できる。
（３）請求項３または４の構成によれば回路構成が単純化できコンパクト化の度合が高く、この結果低コスト化が図れると同時に回路性能の信頼性が高くなる。
（４）請求項５の構成によれば送風制御手段の小形軽量化が図れる。
（５）請求項６の構成によれば送風制御手段はもちろんシステム全体をさらに小形軽量化できる。
（６）請求項７の構成によれば外気を吸い込むガス中、および再循環回路を経て流入する燃焼ガス中のゴミや微粒子物質を捕獲することができるので、送風制御手段への悪影響を防止でき、高い信頼性と高寿命が期待できる。
（７）請求項８の構成によれば電動機の整流子部内で発生するスパークの問題がなく、信頼性と寿命の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施例における内燃機関用排ガス浄化装置の構成図
【図２】  本発明の第２の実施例における内燃機関用排ガス浄化装置の構成図
【図３】  本発明の内燃機関用排ガス浄化装置における送風制御手段の他の実施例を示す構成図
【図４】  同送風制御手段の要部拡大図
【図５】  本発明の内燃機関用排ガス浄化装置における可逆形送風制御手段の他の実施例を示す構成図
【図６】  図５における矢視Ｂ−Ｂ’方向の横断面図
【図７】  従来の内燃機関用排ガス浄化装置を示す構成図
【符号の説明】
１  再循環形排ガス浄化装置
２  第一排気管
３  フィルタ
４  加熱手段
７  排気トップ
８  送風制御手段
９  再循環回路
９ａ  順流循環回路
９ｂ  逆流循環回路
１０  第一吸気手段
２１  吸入部
２２  吐出部
２８  第一吸気口
２９  第一逆止弁
３１  可逆形送風制御手段
３２  第二吸気口
３３  第二逆止弁
３４  第二吸気手段
５７  ターボ形送風機
５２  ファンケーシング
５１  吸入部
５８  第三吸気口
５９  第三逆止弁
６１  第三吸気手段
６４  渦流形ファン
６９  吸入部
７０  吐出部
７２、７５  吸気口
７３、７６  逆止弁
７４、７７  吸気手段
２９、３３、５９、７３、７６  負圧応動形逆止弁
７９、８０  エァーフィルタ
１２  運転制御回路
２０、３８、５６、７１  電動機
【図１】
0003806954.tif 000002
【図２】
0003806954.tif 000003
【図３】
0003806954.tif 000004
【図４】
0003806954.tif 000005
【図５】
0003806954.tif 000006
【図６】
0003806954.tif 000007
【図７】
0003806954.tif 000008