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特開2022-29616ディーゼル微粒子低減装置の性能評価システムと性能評価方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022029616
(43)【公開日】2022-02-18
(54)【発明の名称】ディーゼル微粒子低減装置の性能評価システムと性能評価方法
(51)【国際特許分類】
F01N 3/00 20060101AFI20220210BHJP
F01N 3/035 20060101ALI20220210BHJP
F01N 3/023 20060101ALI20220210BHJP
F01N 3/24 20060101ALI20220210BHJP
【ＦＩ】
F01N3/00 G
F01N3/035 E
F01N3/023 A
F01N3/035 A
F01N3/24 E
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020132986
(22)【出願日】2020-08-05
(71)【出願人】
【識別番号】517271935
【氏名又は名称】前田 和幸
(72)【発明者】
【氏名】前田 和幸
【テーマコード（参考）】
3G091
3G190
【Ｆターム（参考）】
3G091AA18
3G091AB02
3G091AB13
3G091BA32
3G091CA03
3G091CA18
3G091EA17
3G091EA32
3G091EA33
3G091HA15
3G091HA36
3G091HA37
3G190AA12
3G190CB13
3G190CB18
3G190CB34
3G190CB35
3G190DA03
3G190DA25
3G190DA39
3G190EA13
3G190EA23
3G190EA37
(57)【要約】
【課題】自動車等のディーゼルエンジンに設置されたＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）とＤＰＦ（ディーゼル微粒子捕集フィルター）から構成されるＰＭ（粒子状物質）低減装置の性能を評価できるシステムと方法を提供する。
【解決手段】ＰＭ生成量が任意に設定可能なＰＭ発生装置としての役割を担うディーゼルエンジン（１）、ＰＭ低減装置（２）、配管（３）、排ガスの加熱システム（４）、ＰＭ低減装置よりも上流の位置に設置された温度センサー（５ａ）と圧力センサー（６）、ＤＯＣとＤＰＦの間に設置された温度センサー（５ｂ）、ＰＭ低減装置よりも下流の位置に設置されたＣＯ濃度計（７）、温度・圧力センサーからの信号を温度と圧力に変換する装置とＣＯ濃度の分析装置を内蔵し、その結果を表示する制御盤（８）から構成されることを特徴とするＰＭ低減装置の評価システムと評価方法
【選択図】図１
【解決手段】ＰＭ生成量が任意に設定可能なＰＭ発生装置としての役割を担うディーゼルエンジン（１）、ＰＭ低減装置（２）、配管（３）、排ガスの加熱システム（４）、ＰＭ低減装置よりも上流の位置に設置された温度センサー（５ａ）と圧力センサー（６）、ＤＯＣとＤＰＦの間に設置された温度センサー（５ｂ）、ＰＭ低減装置よりも下流の位置に設置されたＣＯ濃度計（７）、温度・圧力センサーからの信号を温度と圧力に変換する装置とＣＯ濃度の分析装置を内蔵し、その結果を表示する制御盤（８）から構成されることを特徴とするＰＭ低減装置の評価システムと評価方法
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ディ－ゼルエンジン（１）、ＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）とＤＰＦ（ディーゼル微粒子低減フィルター）から構成されるＰＭ（ディーゼル微粒子）低減装置（２）、ディ－ゼルエンジン（１）とＰＭ低減装置（２）とを連結する排気管（３ａ）、排気管（３ａ）の上流側に設置されたＰＭ低減装置（１）に流入する排ガスを加熱するために排ガスに燃料を添加するための装置及び、又は電気ヒーターなどの加熱手段（４）、排気管（３ａ）とＰＭ低減装置（２）の結合部付近に設置されたディ－ゼルエンジン（１）から排出されＰＭ低減装置（２）に流入する排ガス中の温度と圧力を計測するための温度センサー（５ａ）と圧力センサー（６）、ＤＯＣとＤＰＦの間に設置された温度センサー（５ｂ）、ＰＭ低減装置（２）から排出された排ガスを外気へ導くための排気管（３ｂ）に設置された排ガス中のＣＯ（一酸化炭素）濃度を計測するための装置（７）、温度・圧力センサー（６）からの信号を温度と圧力に変換する装置とＣＯ濃度の分析装置を内蔵し、その結果を表示する制御盤（８）から構成され、自動車等のディーゼルエンジンに設置されたＤＯＣとＤＰＦから構成されるＰＭ低減装置（２）に設置されたＤＯＣにおいて、燃料中のＣ（炭素成分）やＨ（水素）成分と排ガス中に含まれるＣＯ（一酸化炭素）が、ＤＯＣに担持された触媒の働きにより排ガス中のＯ２（酸素）と反応して熱エネルギーとＣＯ２（二酸化炭素）を生成するのに必要な温度を検出して、て、その値を評価できるという機能を有することを特徴とするＰＭ低減装置の性能評価システム。
【請求項2】
ディ－ゼルエンジン（１）、ＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）とＤＰＦ（ディーゼル微粒子低減フィルター）から構成されるＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）とＤＰＦ（ディーゼル微粒子低減フィルター）から構成されるＰＭ（ディーゼル微粒子）低減装置（２）、ディ－ゼルエンジン（１）とＰＭ低減装置（２）とを連結する排気管（３ａ）、排気管（３ａ）の上流側に設置されたＰＭ低減装置（１）に流入する排ガスを加熱するために排ガスに燃料を添加するための装置及び、又は電気ヒーターなどの加熱手段（４）、排気管（３ａ）とＰＭ低減装置（２）の結合部付近に設置されたディ－ゼルエンジン（１）から排出されＰＭ低減装置（２）に流入する排ガス中の温度と圧力を計測するための温度センサー（５ａ）と圧力センサー（６）、ＤＯＣとＤＰＦの間に設置された温度センサー（５ｂ）、ＰＭ低減装置（２）から排出された排ガスを外気へ導くための排気管（３ｂ）に設置された排ガス中のＣＯ（一酸化炭素）濃度を計測するための装置（７）、温度・圧力センサーからの信号を温度と圧力に変換する装置とＣＯ濃度の分析装置を内蔵し、その結果を表示する制御盤（８）から構成される装置を用いて、ＤＯＣ入口の温度を上昇させるために、エンジン（１）の出力を増加させるか、ＰＭ低減装置（２）に流入する排ガスを加熱するために排ガスに燃料を添加するための装置及び、又は電気ヒーターなどの加熱手段（４）を用いて排ガスを加熱したとき、温度センサー（５ｂ）によって計測される温度が温度センサー（５ａ）によって計測される温度よりも高くなったとき及び、又は、排ガス中のＣＯ（一酸化炭素）濃度を計測するための装置（７）によって計測されるＣＯ濃度が０（零）に近い値（例えば10ppm以下）になった時の温度センサー（５ａ）によって計測される温度をもって、燃料中のＣ（炭素成分）やＨ（水素）成分と排ガス中に含まれるＣＯ（一酸化炭素）が、ＤＯＣに担持された触媒の働きにより排ガス中のＯ２（酸素）と反応して熱エネルギーとＨＯ（水蒸気）やＣＯ２（二酸化炭素）が生成されるのに必要な温度とし、この温度が低いほど優れた性能を有するＤＯＣという評価を与えることを特徴とするＰＭ低減装置の性能評価方法。
【請求項3】
ディ－ゼルエンジン（１）、ＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）とＤＰＦ（ディーゼル微粒子低減フィルター）から構成されるＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）とＤＰＦ（ディーゼル微粒子低減フィルター）から構成されるＰＭ（ディーゼル微粒子）低減装置（２）、ディ－ゼルエンジン（１）とＰＭ低減装置（２）とを連結する排気管（３ａ）、排気管（３ａ）の上流側に設置されたＰＭ低減装置（１）に流入する排ガスを加熱するために排ガスに燃料を添加するための装置及び、又は電気ヒーターなどの加熱手段（４）、排気管（３ａ）とＰＭ低減装置（２）の結合部付近に設置されたディ－ゼルエンジン（１）から排出されＰＭ低減装置（２）に流入する排ガス中の温度と圧力を計測するための温度センサー（５ａ）と圧力センサー（６）、ＤＯＣとＤＰＦの間に設置された温度センサー（５ｂ）、ＰＭ低減装置（２）から排出された排ガスを外気へ導くための排気管（３ｂ）に設置された排ガス中のＣＯ（一酸化炭素）濃度を計測するための装置（７）、温度・圧力センサーからの信号を温度と圧力に変換する装置とＣＯ濃度の分析装置を内蔵し、その結果を表示する制御盤（８）から構成され、自動車等のディーゼルエンジンに設置されたＤＯＣとＤＰＦから構成されるＰＭ低減装置に設置されたＤＰＦにおいて、ＤＰＦに堆積した煤（スート, 黒煙）がＤＰＦに担持された触媒の働きにより排ガス中のＯ２（酸素）やＮＯ２（二酸化窒素）と反応してＣＯ２とＮＯを生成するのに必要な温度を検出して、その値を評価できる機能を有することを特徴とする、ＰＭ低減装置の性能評価システム。
【請求項4】
ディ－ゼルエンジン（１）、ＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）とＤＰＦ（ディーゼル微粒子低減フィルター）から構成されるＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）とＤＰＦ（ディーゼル微粒子低減フィルター）から構成されるＰＭ（ディーゼル微粒子）低減装置（２）、ディ－ゼルエンジン（１）とＰＭ低減装置（２）とを連結する排気管（３ａ）、排気管（３ａ）の上流側に設置されたＰＭ低減装置（１）に流入する排ガスを加熱するために排ガスに燃料を添加するための装置及び、又は電気ヒーターなどの加熱手段（４）、排気管（３ａ）とＰＭ低減装置（２）の結合部付近に設置されたディ－ゼルエンジン（１）から排出されＰＭ低減装置（２）に流入する排ガス中の温度と圧力を計測するための温度センサー（５ａ）と圧力センサー（６）、ＤＯＣとＤＰＦの間に設置された温度センサー（５ｂ）、ＰＭ低減装置（２）から排出された排ガスを外気へ導くための排気管（３ｂ）に設置された排ガス中のＣＯ（一酸化炭素）濃度を計測するための装置（７）、温度・圧力センサーからの信号を温度と圧力に変換する装置とＣＯ濃度の分析装置を内蔵し、その結果を表示する制御盤（８）から構成される装置を用いて、自動車等のディーゼルエンジンに設置されたＤＯＣとＤＰＦから構成されるＰＭ低減装置に設置されたＤＰＦにおいて、ＤＰＦ入口の温度を上昇させるために、エンジン（１）の出力を増加させるか、ＰＭ低減装置（２）に流入する排ガスを加熱するために排ガスに燃料を添加するための装置及び、又は電気ヒーターなどの加熱手段（４）を用いて排ガスを加熱したとき、排気管（３ａ）に設置された圧力センサー（６）によって検出される圧力が上昇しなくなったとき、又は圧力の上昇割合が緩やかになった（減少した）ときの、排気管（３ｂ）に設置された温度センサー（５ｂ）によって計測される温度をもって、ＤＰＦに堆積した煤（スート, 黒煙）がＤＰＦに担持された触媒の働きにより排ガス中のＯ２（酸素）やＮＯ２（二酸化窒素）と反応してＣＯ２とＮＯを生成するのに必要な温度とし、この温度が低いほど優れた性能を有するＤＰＦという評価を与えるできることを特徴とするＰＭ低減装置の性能評価方法。
【請求項5】
単位時間あたりの煤（スート、黒煙）の生成量（排ガス中に含まれる煤の量）を任意の値に設定可能なディ－ゼルエンジン（１）、ＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）とＤＰＦ（ディーゼル微粒子低減フィルター）から構成されるＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）とＤＰＦ（ディーゼル微粒子低減フィルター）から構成されるＰＭ（ディーゼル微粒子）低減装置（２）、ディ－ゼルエンジン（１）とＰＭ低減装置（２）とを連結する排気管（３ａ）、排気管（３ａ）の上流側に設置されたＰＭ低減装置（１）に流入する排ガスを加熱するために排ガスに燃料を添加するための装置及び、又は電気ヒーターなどの加熱手段（４）、排気管（３ａ）とＰＭ低減装置（２）の結合部付近に設置されたディ－ゼルエンジン（１）から排出されＰＭ低減装置（２）に流入する排ガス中の温度と圧力を計測するための温度センサー（５ａ）と圧力センサー（６）、ＤＯＣとＤＰＦの間に設置された温度センサー（５ｂ）、ＰＭ低減装置（２）から排出された排ガスを外気へ導くための排気管（３ｂ）に設置された排ガス中のＣＯ（一酸化炭素）濃度を計測するための装置（７）及び温度・圧力センサーからの信号を温度と圧力に変換する装置とＣＯ濃度の分析装置を内蔵し、その結果を表示する制御盤（８）から構成され、自動車等のディーゼルエンジンに設置されたＤＯＣとＤＰＦから構成されるＰＭ低減装置に設置されたＤＰＦにおいて、排ガス中のＤＰＦ入口温度に対応したＤＰＦに捕集された煤の単位時間当たりの酸化除去量を計測し、その値を評価できる機能を有することを特徴とする、ＰＭ低減装置の性能評価システム。
【請求項6】
単位時間あたりの煤（スート、黒煙）の生成量（排ガス中に含まれる煤の量）を任意の値に設定可能なディ－ゼルエンジン（１）、ＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）とＤＰＦ（ディーゼル微粒子低減フィルター）から構成されるＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）とＤＰＦ（ディーゼル微粒子低減フィルター）から構成されるＰＭ（ディーゼル微粒子）低減装置（２）、ディ－ゼルエンジン（１）とＰＭ低減装置（２）とを連結する排気管（３ａ）、排気管（３ａ）の上流側に設置されたＰＭ低減装置（１）に流入する排ガスを加熱するために排ガスに燃料を添加するための装置及び、又は電気ヒーターなどの加熱手段（４）、排気管（３ａ）とＰＭ低減装置（２）の結合部付近に設置されたディ－ゼルエンジン（１）から排出されＰＭ低減装置（２）に流入する排ガス中の温度と圧力を計測するための温度センサー（５ａ）と圧力センサー（６）、ＤＯＣとＤＰＦの間に設置された温度センサー（５ｂ）、ＰＭ低減装置（２）から排出された排ガスを外気へ導くための排気管（３ｂ）に設置された排ガス中のＣＯ（一酸化炭素）濃度を計測するための装置（７）及び温度・圧力センサーからの信号を温度と圧力に変換する装置とＣＯ濃度の分析装置を内蔵し、その結果を表示する制御盤（８）から構成される装置を用いて、自動車等のディーゼルエンジンに設置されたＤＯＣとＤＰＦから構成されるＰＭ低減装置（２）に設置されたＤＰＦにおいて、ＤＯＣ入口の温度を上昇させるために、エンジン（１）の出力を増加させるか、ＰＭ低減装置（１）に流入する排ガスを加熱するために排ガスに燃料を添加するための装置及び、又は電気ヒーターなどの加熱手段（４）を用いて排ガスを加熱したとき、排気管（３ａ）に設置された圧力センサー（６）によって検出される圧力が上昇しなくなったときのディ－ゼルエンジン（１）における煤の生成量 [ g/h ]をもって、ＤＰＦに堆積した煤がＤＰＦに担持された触媒の働きにより排ガス中のＯ２（酸素）やＮＯ２（二酸化窒素）と反応してＣＯ２とＮＯを生成することによる煤の酸化除去量 [ g/h ] とし、ＤＰＦの入口温度に対する煤の酸化除去量が多いほど（排ガス中の温度が同じ状態においてＤＰＦに堆積した煤の酸化除去量が多いほど）優れた性能を有するＤＰＦという評価を与えるできることを特徴とする、ＰＭ低減装置の性能評価方法。
【請求項7】
単位時間あたりの煤（スート、黒煙）の生成量（排ガス中に含まれる煤の量）を任意の値に設定可能なディ－ゼルエンジン（１）、ＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）とＤＰＦ（ディーゼル微粒子低減フィルター）から構成されるＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）とＤＰＦ（ディーゼル微粒子低減フィルター）から構成されるＰＭ（ディーゼル微粒子）低減装置（２）、ディ－ゼルエンジン（１）とＰＭ低減装置（２）とを連結する排気管（３ａ）、排気管（３ａ）の上流側に設置されたＰＭ低減装置（１）に流入する排ガスを加熱するために排ガスに燃料を添加するための装置及び、又は電気ヒーターなどの加熱手段（４）、排気管（３ａ）とＰＭ低減装置（２）の結合部付近に設置されたディ－ゼルエンジン（１）から排出されＰＭ低減装置（２）に流入する排ガス中の温度と圧力を計測するための温度センサー（５ａ）と圧力センサー（６）、ＤＯＣとＤＰＦの間に設置された温度センサー（５ｂ）、ＰＭ低減装置（２）から排出された排ガスを外気へ導くための排気管（３ｂ）に設置された排ガス中のＣＯ（一酸化炭素）濃度を計測するための装置（７）及び温度・圧力センサーからの信号を温度と圧力に変換する装置とＣＯ濃度の分析装置を内蔵し、その結果を表示する制御盤（８）から構成される装置を用いて、自動車等のディーゼルエンジンに設置されたＤＯＣとＤＰＦから構成されるＰＭ低減装置（２）に設置されたＤＰＦにおいて、温度センサー（５ｂ）によって計測される温度が設定値（例えば３００℃）を保つように、エンジン（１）の出力を増加させるか、ＰＭ低減装置（１）に流入する排ガスを加熱するために排ガスに燃料を添加するための装置及び、又は電気ヒーターなどの加熱手段（４）を用いて排ガスを加熱したときの、排気管（３ａ）に設置された圧力センサー（６）によって検出される圧力の上昇割合が変化したとき（上昇割合が緩やかになったとき）、のそれぞれの上昇割合における煤の生成量[ g/h ] の差 [ g/h ] をもって、ＤＰＦに堆積した煤がＤＰＦに担持された触媒の働きにより排ガス中のＯ２（酸素）やＮＯ２（二酸化窒素）と反応してＣＯ２とＮＯを生成することによる煤の酸化除去量 [ g/h ] とし、ＤＰＦの入口温度に対する煤の酸化除去量が多いほど（排ガス中の温度が同じ状態においてＤＰＦに堆積した煤の酸化除去量が多いほど）優れた性能を有するＤＰＦという評価を与えるできることを特徴とする、ＰＭ低減装置の性能評価方法。
【請求項8】
ディーゼルエンジン（１）と、ＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）とＤＰＦ（ディーゼル微粒子捕集フィルター）から構成されるＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）とＤＰＦ（ディーゼル微粒子低減フィルター）から構成されるＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）とＤＰＦ（ディーゼル微粒子低減フィルター）から構成されるＰＭ（ディーゼル微粒子）低減装置（２）と、ディ－ゼルエンジン（１）とＰＭ低減装置（２）とを連結する排気管（３ａ）の上流側に設置されたＰＭ低減装置（１）に流入する排ガスを加熱するために排ガスに燃料を添加するための装置及び、又は電気ヒーターなどの加熱手段（４）と、排気管（３ａ）とＰＭ低減装置（２）の結合部付近に設置されたディ－ゼルエンジン（１）から排出されＰＭ低減装置（２）に流入する排ガス中の温度と圧力を計測するための温度センサー（５ａ）と圧力センサー（６）、ＤＯＣとＤＰＦの間に設置された温度センサー（５ｂ）、ＰＭ低減装置（２）から排出された排ガスを外気へ導くための排気管（３ｂ）に設置された排ガス中のＣＯ（一酸化炭素）濃度を計測するための装置（７）及び温度・圧力センサーからの信号を温度と圧力に変換する装置とＣＯ濃度の分析装置を内蔵し、その結果を表示する制御盤（８）から構成され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、ＰＭ低減装置の性能評価システム。
【請求項9】
ディーゼルエンジン（１）と、ＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）とＤＰＦ（ディーゼル微粒子捕集フィルター）から構成されるＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）とＤＰＦ（ディーゼル微粒子低減フィルター）から構成されるＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）とＤＰＦ（ディーゼル微粒子低減フィルター）から構成されるＰＭ（ディーゼル微粒子）低減装置（２）と、ディ－ゼルエンジン（１）とＰＭ低減装置（２）とを連結する排気管（３ａ）の上流側に設置されたＰＭ低減装置（１）に流入する排ガスを加熱するために排ガスに燃料を添加するための装置及び、又は電気ヒーターなどの加熱手段（４）と、排気管（３ａ）とＰＭ低減装置（２）の結合部付近に設置されたディ－ゼルエンジン（１）から排出されＰＭ低減装置（２）に流入する排ガス中の温度と圧力を計測するための温度センサー（５ａ）と圧力センサー（６）、ＤＯＣとＤＰＦの間に設置された温度センサー（５ｂ）、ＰＭ低減装置（２）から排出された排ガスを外気へ導くための排気管（３ｂ）に設置された排ガス中のＣＯ（一酸化炭素）濃度を計測するための装置（７）及び温度・圧力センサーからの信号を温度と圧力に変換する装置とＣＯ濃度の分析装置を内蔵し、その結果を表示する制御盤（８）から構成され、制御盤（８）に表示された情報からＰＭ低減装置の性能を評価することができることを特徴とする、請求項２，請求項４、請求項６又は請求項７に記載された、ＰＭ低減装置の性能評価方法。
【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ＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）とＤＰＦ（ディーゼル微粒子低減フィルター）から構成されるディーゼル微粒子低減装置において、(1) 燃料中のＣ（炭素成分）とＨ（水素）及び排ガス中に含まれるＣＯ（一酸化炭素）が、ＤＯＣに担持された触媒及び排ガス中のＯ２（酸素）と反応してＣＯ２（二酸化炭素）とＨＯ（水蒸気）が生成されるのに必要な最低温度、(2) ＤＰＦに堆積した煤（スート, 黒煙）がＤＰＦに担持された触媒の働きにより排ガス中のＯ２（酸素）やＮＯ２（二酸化窒素）と反応してＣＯ２とＮＯを生成するのに必要な最低温度及び、又はこれらの反応によって酸化除去される煤の最大値（ＤＰＦの煤処理能力）を計測し、その結果を評価することにより、対象とするＤＯＣやＤＰＦの特性と改善の可能性を示すことができることを有するディーゼル微粒子低減装置の性能評価システムと性能評価方法に関する。
【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に捕集された粒子状物質（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を酸化除去するとともに、ディ－ゼル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成分のひとつであるＣ（煤、スート、炭素）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）においては排ガス中の温度が高いため、ディ－ゼルエンジン本体の排ガス中のみにより達成可能であるが、ディ－ゼル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排ガスに燃料を添加するための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中の温度を上昇させて目的とする温度を得るという方法、ディ－ゼルエンジンから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中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中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。
ＤＯＣの温度がその活性化温度領域に至らない状態でディーゼルエンジンの運転を続けると、ＤＰＦに堆積された煤の量が増大し、排ガス中の流路が狭まって背圧（排気系統内の圧力）が上昇することによるエンジン性能が低下するとともに、これを放置すると煤が触媒の表面を覆うことにより煤の酸化除去反応に必要な条件（ある温度条件において排ガス中のＯ２，ＮＯ２と触媒により煤を酸化除去）が揃わなくなり触媒の酸化除去ができない状態になる。
ＤＯＣの温度がその活性化温度領域に至らない状態でディーゼルエンジンの運転を続けると、ＤＰＦに堆積された煤の量が増大し、排ガス中の流路が狭まって背圧（排気系統内の圧力）が上昇することによるエンジン性能が低下するとともに、これを放置すると煤が触媒の表面を覆うことにより煤の酸化除去反応に必要な条件（ある温度条件において排ガス中のＯ２，ＮＯ２と触媒により煤を酸化除去）が揃わなくなり触媒の酸化除去ができない状態になる。
【0003】
これを防止するために、例えば、特許文献１では、ＤＯＣが閉塞状態にあると判断された場合にＤＯＣの温度を昇温してこれを再生するための装置の記載があり、特許文献２では、ＤＰＦのフィルター再生システムにおいてＤＰＦフィルターの再生処理を制御する装置を備え、実際のスート残量を示す物理モデルに基づいて現時点のスート残量を算出するとともに、理論上のスート残量を示す時間モデルに基づいて現時点のスート残量を算出すことによりＤＰＦの再生予測残時間を算出してこれを運転者に知らせる装置が記載されている。また、特許文献３では、ＤＯＣの推定温度が活性化温度領域に至っていない場合、燃料供給装置から排気に燃料が供給され、この燃料がＤＯＣにおいて触媒燃焼することにより排気が昇温され、ＤＰＦに堆積したＰＭが焼却される装置が記載されており、特許文献４では、ＤＰＦの温度が目標温度になるように排ガスに燃料を添加するための装置による燃料添加量を制御する制御装置が記載されている。
【0004】
これらの文献において、ＤＯＣの温度を昇温させることによりＤＰＦに堆積した煤を酸化除去（触媒燃焼）させる基準としているのは、主にＤＯＣやＤＰＦに流入する排ガス中の温度である。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５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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１７－１３３４８８号
【特許文献2】特願２０１８－５１１８９５号
【特許文献3】特開２０１７－２２３１８１号
【特許文献4】特開２０１８－１８４９３２号
【特許文献5】特開２００４－４２０２１号
【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、排気系統に排ガスに燃料を添加するための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ディーゼル微粒子捕集フィルターの再生システムと再生方法を開発し続ける必要がある。
これを実施するために、ＤＯＣとＤＰＦの温度を検出してこの温度が目標とする温度に達していない場合にいろいろな加熱装置や制御蔵置を用いて効果的・効率的にＤＰＦに堆積した煤を除去する装置と方法が開発されているが、ＤＯＣやＤＰＦそのものの温度や処理量に関する特性を把握しておくことにより、より効果的・効率的にＤＰＦに堆積した煤を除去するための装置や方法を改善・開発することが可能となる。
これを実施するために、ＤＯＣとＤＰＦの温度を検出してこの温度が目標とする温度に達していない場合にいろいろな加熱装置や制御蔵置を用いて効果的・効率的にＤＰＦに堆積した煤を除去する装置と方法が開発されているが、ＤＯＣやＤＰＦそのものの温度や処理量に関する特性を把握しておくことにより、より効果的・効率的にＤＰＦに堆積した煤を除去するための装置や方法を改善・開発することが可能となる。
【0007】
そこで本発明は、下記の要素を備えた、既に市販されているＤＯＣとＤＰＦから構成されているＰＭ低減装置に加え、新たに開発されたこれまでとは異なる構造や機能を備えたＰＭ低減装置及び、これまでよりも低い温度で活性化する触媒やこれまでよりも処理能力の高い触媒の性能を客観的に評価できる装置と方法を提供することを目的とする。
・ ＤＯＣに担持された触媒が活性化し始める温度を計測・表示できる構造と機能を持たせる。
・ ＤＰＦ担持された触媒が活性化し始める温度を計測・表示できる構造と機能を持たせる。
・ ＤＰＦに堆積した煤が、排ガス中のＯ２やＮＯ２及びＤＰＦに担持されたＰｔ白金）やＣｅＯ２（酸化セリウム）などの触媒と反応してＣＯ２を生成する過程における周囲温度と反応可能な煤の量の関係及び反応可能な煤の量（煤の最大酸化除去量）を計測・表示できる構造と機能を持たせる。
・ ＤＯＣに担持された触媒が活性化し始める温度を計測・表示できる構造と機能を持たせる。
・ ＤＰＦ担持された触媒が活性化し始める温度を計測・表示できる構造と機能を持たせる。
・ ＤＰＦに堆積した煤が、排ガス中のＯ２やＮＯ２及びＤＰＦに担持されたＰｔ白金）やＣｅＯ２（酸化セリウム）などの触媒と反応してＣＯ２を生成する過程における周囲温度と反応可能な煤の量の関係及び反応可能な煤の量（煤の最大酸化除去量）を計測・表示できる構造と機能を持たせる。
【課題を解決するための手段】
【0008】
請求項１に記載の発明は、ディ－ゼルエンジン（１）、ＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）とＤＰＦ（ディーゼル微粒子低減フィルター）から構成されるＰＭ（ディーゼル微粒子）低減装置（２）、ディ－ゼルエンジン（１）とＰＭ低減装置（２）とを連結する排気管（３ａ）、排気管（３ａ）の上流側に設置されたＰＭ低減装置（１）に流入する排ガスを加熱するために排ガスに燃料を添加するための装置及び、又は電気ヒーターなどの加熱手段（４）、排気管（３ａ）とＰＭ低減装置（２）の結合部付近に設置されたディ－ゼルエンジン（１）から排出されＰＭ低減装置（２）に流入する排ガス中の温度と圧力を計測するための温度センサー（５ａ）と圧力センサー（６）、ＤＯＣとＤＰＦの間に設置された温度センサー（５ｂ）、ＰＭ低減装置（２）から排出された排ガスを外気へ導くための排気管（３ｂ）に設置された排ガス中のＣＯ（一酸化炭素）濃度を計測するための装置（７）、温度・圧力センサーからの信号を温度と圧力に変換する装置とＣＯ濃度の分析装置を内蔵し、その結果を表示する制御盤（８）から構成されている。
【0009】
ＤＰＦに堆積したＰＭを酸化除去する場合、ＤＰＦに流入する排ガスの温度を３５０℃以上にする必要があるとされている。これに対し、ＤＰＦの上流側に設置されたＤＯＣにおいては、ＰＭ低減装置に流入するエンジンの排ガスを何らかの方法を用いて２５０℃以上になるように加熱することにより、燃料中のＣ（炭素成分）やＨ（水素）成分と排ガス中に含まれるＣＯ（一酸化炭素）が、ＤＯＣに担持された触媒の働きにより排ガス中のＯ２（酸素）と反応して熱エネルギーとＣＯ２（二酸化炭素）を生成するとされている。このため、エンジンからＰＭ低減装置に至る排気系統に燃料を添加するとともに、排ガスの温度を何らかの方法で２５０℃以上に加熱することにより、燃料の成分であるＣとＨ及び排ガス中に含まれるＯ２が活性化した触媒の働きにより酸化（発熱）反応を起こすことにより排ガスの温度を、ＤＯＣの後流側に設置されたＤＰＦに担持された触媒の活性化に必要な温度とされている３５０℃以上に上昇させることができる。またＤＯＣは、排ガス中に含まれるＮＯを、触媒の働きによりＤＰＦにおける煤の酸化除去に必要なＮＯ２に変化（酸化）させるという重要な役割も果たしている。これらの反応を行わせるためには、排ガスの温度をＤＯＣに担持された触媒が活性化する温度以上になるようにする必要があるが、エンジンの起動時や低負荷運転時においてＰＭ低減システムに至る排ガス温度はこれよりも低い値である。このため、排ガスの温度がＤＯＣに担持された触媒が活性化する温度以上になった状態においてＤＰＦにおけるＰＭの酸化除去又は燃焼除去（ＤＰＦ入口の排ガス温度を６００℃以上まで上昇させてＤＰＦに堆積した煤を燃焼することにより除去する）を行うか、電気ヒーターなどの外部熱源を用いてＤＯＣ入口における排ガス温度が２５０℃以上になるように加熱するという方法が用いられている。
【0010】
排ガスの加熱に電気ヒーターなどの外部熱源を用いる場合、地球温暖化防止や省エネルギーの観点から好ましくないため、エンジンからＰＭ低減システムに至る排ガス温度をできるだけ低下させないような装置と方法や、できるだけ低い温度で活性化する触媒の研究・開発が行われている。このような製品開発や性能改善の効果を確認するには、誰もが納得するような方法を用いて、その結果を数値化して示す必要がある。本発明では、ＤＯＣにおいて燃料油の成分であるＣやＨが、排ガス中に含まれるＯ２と反応して熱エネルギーを生成することにより流入した排ガスの温度が上昇するという物理的な現象及び、又はディーゼルエンジンから排出される排ガス中に必ず存在するＣＯが、ＤＯＣに担持された触媒が活性化することにより排ガス中のＯ２と反応してＣＯ２に変化するという化学的な現象を指標にしているため、確実・明確にＤＯＣに担持された触媒が活性化する温度を検出・表示することができる。
【0011】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載した装置を用いて、ＤＯＣ入口の温度を上昇させるために、エンジン（１）の出力を増加させるか、ＰＭ低減装置（２）に流入する排ガスを加熱するために排ガスに燃料を添加するための装置及び、又は電気ヒーターなどの加熱手段（４）を用いて排ガスを加熱したとき、温度センサー（５ｂ）によって計測される温度が温度センサー（５ａ）によって計測される温度よりも高くなったとき及び、又は、排ガス中のＣＯ（一酸化炭素）濃度を計測するための装置（７）によって計測されるＣＯ濃度が０（零）に近い値（例えば10ppm以下）になった時の温度センサー（５ａ）によって計測される温度をもって、燃料中のＣ（炭素成分）やＨ（水素）成分と排ガス中に含まれるＣＯ（一酸化炭素）が、ＤＯＣに担持された触媒の働きにより排ガス中のＯ２（酸素）と反応して熱エネルギーとＨＯ（水蒸気）やＣＯ２（二酸化炭素）が生成されるのに必要な温度とし、この温度が低いほど優れた性能を有するＤＯＣという評価を与えることを特徴とする。
【0012】
本研究が目的とするＰＭ低減装置の性能評価で最も重要な役割を担うのは、ＤＯＣに担持された触媒をできるだけ低い温度で活性化させて、燃料中のＣやＨ成分と排ガス中に含まれるＣＯ（一酸化炭素）が、ＤＯＣに担持された触媒の働きにより排ガス中のＯ２と反応して熱エネルギーとＨ２Ｏ（水蒸気）やＣＯ２（二酸化炭素）を生成させるとともに、排ガス中に含まれるＮＯをＮＯ２に変化させる（触媒の働きにより排ガス中のＮＯとＯ２と反応させてＮＯ２を生成する）ことにあるといえる。ＤＯＣの触媒が活性化された状態になると、エンジンとＰＭ低減装置の間に設置された排ガスに燃料を添加する装置を用いて、ＤＯＣにおいて発熱反応を起こさせることにより、ＤＰＦ入口の排ガス温度を任意の値まで上昇させることができるが、排ガス温度がＤＯＣに担持された触媒の活性化温度に達していない状態で排ガスに燃料を添加してもＤＯＣ内で液化（凝縮）し、それが一度に燃焼するとＤＯＣ自体を損傷してしまう可能性がある。
【0013】
本発明に記載された方法を用いて、ＤＯＣに担持された触媒が活性化する温度を正確に知る（把握する）ことにより、エンジンからＰＭ低減システムに至る排ガス温度を加熱するための装置と方法、排ガスの温度をできるだけ低下させないような装置と方法、できるだけ低い温度で活性化する触媒の研究・開発の成果を正確に確認することが可能になる。
【0014】
請求項３に記載の発明は、ディ－ゼルエンジン（１）、ＤＯＣとＤＰＦから構成されるＰＭ低減装置（２）、排気管（３ａ）の上流側に設置された加熱手段（４）、排気管（３ａ）とＰＭ低減装置（２）の結合部付近に設置された温度センサー（５ａ）と圧力センサー（６）、ＤＯＣとＤＰＦの間に設置された温度センサー（５ｂ）、排気管（３ｂ）に設置された排ガス中のＣＯ（一酸化炭素）濃度を計測するための装置（７）、温度・圧力センサーからの信号とＣＯ濃度を表示する制御盤（８）から構成されている。
【0015】
ディーゼルエンジンは、燃料油の成分であるＣとＨが空気中のＯ２と反応してＣＯ２とＨ２Ｏを生成する際に発生する熱エネルギーを、自動車の車輪や船舶のプロペラなどを回転させるための機械的仕事に変換する装置と言える。しかし、圧縮された空気の中に燃料を噴射して自己着火させる非定常燃焼であるため、燃料や潤滑油の不完全燃焼によって生成される煤（スート）や未燃の燃料や潤滑油であるＳＯＦ（可溶性有機成分）が生成される。これらの成分は燃焼の途中においてほとんどが酸化燃焼によりＣＯ２に変化するが、これらの成分が排ガス中に残留するとＰＭの主成分である煤（スート）とＳＯＦになる。ＳＯＦは比較的低温（約４００℃）で燃焼するが、煤を燃焼させるには約６００℃以上の温度が必要とされている。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、その後流側に設置されているＤＰＦの表面に担持されたＰｔなどの働きにより、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。
【0016】
ＤＰＦに担持された触媒の活性化温度は約３５０℃とされているが、高機能触媒に関する研究の成果により、触媒が活性化する温度は低下傾向にあるため、この温度を正確に知ることにより、ＤＯＣとＤＰＦの間に設置した温度計と、熱源として排ガスに添加する燃料の量による排ガスの加熱制御の精度と効率を向上させることが可能となる（目標とする温度に最適な燃料の添加量を制御できる）。
【0017】
ディーゼルエンジンにおける燃焼過程において必然的に生成されたＰＭがＤＰＦに堆積すると排ガスの流路が狭められるため、エンジンからＰＭ低減装置に至る排気管内の圧力が上昇する。一方、ＤＰＦ内部においては触媒が活性化された（ＤＰＦに堆積した煤を酸化除去できる）状態においては、触媒の働きによりＰＭが酸化除去される。ＤＰＦに堆積したＰＭ（Ｃ）は、排ガス中に含まれるＯ２、ＮＯ２と触媒に担持された触媒により酸化されてＣＯ２とＮＯに変化する（ＰＭが酸化除去される）が、そのためには周囲温度が触媒の活性化温度以上である必要がある。
【0018】
排ガスの温度がＤＰＦに担持された触媒の活性化温度に達していない場合、エンジンにおいて生成されたＰＭは全てＤＰＦに捕集されてＤＰＦ内に堆積するため、エンジンにおけるＰＭの生成量（ＤＰＦにおけるＰＭの堆積量）[ g/h ] とそれに伴う排気管内圧力の上昇割合 [ kPa/h ] には相関があり、両者は比例する。
【0019】
排ガスの温度がＤＰＦに担持された触媒の活性化温度に達すると、エンジンにおいて生成され、ＤＰＦに捕集されたＰＭの一部又は全部はＤＰＦ内において酸化除去される。
【0020】
この時、(1) エンジンにおいて生成されたＰＭの量とＤＰＦ内において酸化除去されるＰＭの量が等しい場合、排気管内圧力は一定となり、(2) エンジンにおいて生成されたＰＭの量よりもＤＰＦ内において酸化除去されるＰＭの量が多い場合、排気管内圧力は徐々に減少する。また、(3) エンジンにおいて生成されたＰＭの量よりもＤＰＦ内において酸化除去されるＰＭの量が少ない場合、排気管内圧力の増加割合は排ガスの温度がＤＰＦに担持された触媒の活性化温度に達していない場合よりも減少する。
【0021】
このように、本発明においてはＤＰＦ入口における排ガス温度がＤＰＦに担持された触媒の活性化温度に達していないときの排気管内圧力の上昇割合と、ＤＰＦ入口における排ガス温度がＤＰＦに担持された触媒の活性化温度に達した後の排気管内圧力の上昇割合を比較し、(1) 圧力が上昇しなくなった場合（エンジンにおいて生成されたＰＭの量とＤＰＦ内において酸化除去されるＰＭの量が等しい場合）、(2) 圧力が減少に転じた場合（エンジンにおいて生成されたＰＭの量よりもＤＰＦ内において酸化除去されるＰＭの量が多い場合）及び(3) 圧力の上昇割合が緩やかになった場合（圧力上昇率が減少した場合）（エンジンにおいて生成されたＰＭの量よりもＤＰＦ内において酸化除去されるＰＭの量が少ない場合）における圧力の上昇割合が変化したときの、ＤＯＣとＤＰＦの間に設置された温度センサーによって計測される温度をもって、ＤＰＦに担持された触媒が活性化する温度と定義する。この定義は、ＤＰＦに堆積したＰＭがその流路を狭めることにより排気管内の圧力が上昇し、ＤＰＦに担持された触媒が活性化してＤＰＦ内においてＰＭを酸化除去することにより、排気管内の圧力上昇割合が変化するという物理現象に基づいているため、精度の高い評価が可能である。
【0022】
請求項４に記載の発明は、ディ－ゼルエンジン（１）、ＰＭ低減装置（２）、排気管（３ａ）の上流側に設置された加熱手段（４）、排気管（３ａ）とＰＭ低減装置（２）の結合部付近に設置されたディ－ゼルエンジン（１）から排出されＰＭ低減装置（２）に流入する排ガス中の温度と圧力を計測するための温度センサー（５ａ）と圧力センサー（６）、ＤＯＣとＤＰＦの間に設置された温度センサー（５ｂ）、ＰＭ低減装置（２）から排出された排ガスを外気へ導くための排気管（３ｂ）に設置された排ガス中のＣＯ（一酸化炭素）濃度を計測するための装置（７）、温度・圧力センサーからの信号を温度と圧力に変換する装置とＣＯ濃度の分析装置を内蔵し、その結果を表示する制御盤（８）から構成される装置を用いて、ＰＭ低減装置に設置されたＤＰＦにおいて、ＤＰＦ入口の温度を上昇させるために、エンジン（１）の出力を増加させるか、加熱手段（４）を用いて排ガスを加熱することによりＰＭ低減装置に流入する排ガスの温度を任意の値に設定したとき、排気管（３ａ）に設置された圧力センサー（６）によって検出される圧力が上昇しなくなったとき、又は圧力の上昇割合が緩やかになった（減少した）ときの、温度センサー（５ｂ）によって計測される温度をもって、ＤＰＦに堆積した煤（スート, 黒煙）がＤＰＦに担持された触媒の働きにより排ガス中のＯ２（酸素）やＮＯ２（二酸化窒素）と反応してＣＯ２とＮＯを生成するのに必要な温度とし、この温度が低いほど優れた性能を有するＤＰＦという評価を与えるできることを特徴とする。
【0023】
エンジンから排出されるＰＭを含んだ排ガスは、その温度がＤＯＣに担持された触媒の活性化温度に達していない場合、電気ヒーターなどの外部エネルギーを用いた加熱手段（４）によってＤＯＣに担持された触媒の活性化温度以上になるように加熱されてＤＯＣに流入する。多くの先行技術文献において排ガスに燃料を添加するための装置を用いた加熱に関する記載があるが、これはＤＯＣ内部が触媒活性化温度に達しているという温度条件を満たしている必要があるため、エンジンの起動時や低負荷運転時には外部エネルギーにおる加熱は必須となる。ＤＯＣに担持された触媒の活性化温度は約２５０℃とされており、できるだけ低い温度で活性化できる触媒に関する研究が日々行われているが、その温度が低いほど外部エネルギーによる加熱に要するエネルギー供給量は少なくて済むので、地球温暖化防止や省エネルギーの観点から非常に意義ある研究と言える。
ＤＯＣの温度がＤＯＣに担持された触媒の活性化温度に達すると、排ガスに燃料を添加することにより排ガス温度を上昇されるための装置が使用できるようになる。この装置は、燃料が保有する熱エネルギーを直接利用しているため、エネルギー効率からみて最も効果的な方法である。
ＤＯＣの温度がＤＯＣに担持された触媒の活性化温度に達すると、排ガスに燃料を添加することにより排ガス温度を上昇されるための装置が使用できるようになる。この装置は、燃料が保有する熱エネルギーを直接利用しているため、エネルギー効率からみて最も効果的な方法である。
【0024】
ＤＯＣの目的（意義）は、排ガスの温度をＤＰＦに担持された触媒が活性化することによりＤＰＦに堆積された煤を酸化除去できる温度又はＤＰＦに堆積したＰＭが燃焼する温度（６００℃以上）まで上昇させることにある。先に記載したように、ＤＯＣに担持された触媒が活性化する温度は約２５０℃とされているが、ＤＰＦに堆積した煤を酸化除去できる温度は約３５０℃とされている。この１００℃の温度差をいかに小さくするかは触媒に関わる研究者の課題であるが、それが本当に１００℃なのか、あるいはＤＰＦに堆積した煤を酸化除去するためには本当に３５０℃の温度が必要なのか、またその温度の計測方法を知る（確認する）ことはこれらの研究を行ううえでの基本的な課題である。
【0025】
本発明においては、「エンジン内における燃焼現象において生成された煤がＤＰＦに堆積されると排ガスの流路が減少することにより、エンジンからＰＭ低減装置に至る排気管内の圧力が上昇し、その上昇割合はＤＰＦに堆積した煤の量に比例する。しかし、ＤＰＦにおいて酸化又は燃焼による煤の除去が行われると、ＤＰＦに堆積した煤の量が減少するため、その分だけ圧力の上昇割合も減少する。」という物理現象に着目した。これを確認するためには、エンジンからＰＭ低減装置に至る排気管内圧力を計測するとともに、その変化を記録してその結果を解析する必要がある。具体的には、単位時間当たりの圧力の上昇割合（圧力上昇率）を求め、この値が変化したとき（減少したとき）のＤＰＦ入口の温度をもってＤＰＦにおいて煤が酸化除去又は、及び燃焼除去されるために必要な最低温度と定義することができる。
【0026】
請求項５に記載の発明は、単位時間あたりの煤（スート、黒煙）の生成量（排ガス中に含まれる煤の量）を任意の値に設定可能なディ－ゼルエンジン（１）、ＰＭ低減装置（２）、排気管（３）、加熱手段（４）、排気管（３）に設置された温度センサー（５ａ）と圧力センサー（６）、制御盤（８）から構成されるシステムを用いることにより、ＤＰＦの性能を数値化できる（ＤＰＦに捕集された煤の単位時間当たりの酸化除去量を計測し、その値を評価できる）ことを特徴とする。
【0027】
請求項３に記載の（装置の）発明において、ＤＰＦに堆積した煤が酸化除去及び、又は燃焼除去に必要な温度を計測できるシステムを示したが、これは温度に起因する触媒及び温度を確保するための手段（保温や加熱など）に関わる研究者にとっては非常に重要な事項である。しかし、ＤＰＦの開発・設計に関わる研究者にとっては、いわば第３者的な要因であり、ＤＰＦにとって重要なのはその処理能力（ＰＭの酸化除去量）である。これを正確に知ることにより、現存するＤＰＦの使用可能範囲（どのような使用条件のエンジンに適用できるか）を明確に知ることができるとともに、新たな開発の目標値と新たに開発したＤＰＦの能力を確認することが可能となる。
【0028】
エンジンから排出されるＰＭの量は、各業界によりその評価単位は異なるものの、規制値により制限されている。またその測定に関し我が国（日本）においては、「JIS B 8001-1」の「往復動内燃機関―排気排出物測定―第１部：ガス状排出物及び粒子状排出物の台上測定」において定められている。これらの方法を用いてエンジンから排出されるＰＭの量を計測することにより、エンジンのいろいろな運転状態におけるＰＭの単位時間当たりの排出量 [g/h ] を計測することができる。
【0029】
これに対し、請求項３に示した装置を用いることにより、ＤＰＦに流入する排ガスの温度がＤＰＦに担持された触媒の活性化温度に達していない場合と、ＤＰＦに流入する排ガスの温度がＤＰＦに担持された触媒の活性化温度に達した場合の両方における単位時間当たりの排気管内圧力の上昇割合 [ kg/h ] を計測することができる。
【0030】
これに、エンジンから排出されるＰＭの量 [ g/h ] とＤＰＦにおけるＰＭの堆積による排気管内圧力の上昇率 [ kPa/h ] を計測して、「エンジンから排出されるＰＭの量 [ g ] に対する排気管内圧力上昇値 [ kPa ] 」すなわち、エンジンから排出されるＰＭ [ g/h ] がＤＰＦに堆積して排ガスの流路を減少させることにより排気管内の圧力が上昇 [ kPa/h ] する割合 [ kPa/g ] を算出することができ、この値を用いることにより、ＤＰＦの性能に関するいろいろな評価が可能となる。
【0031】
その一例を示すと次のようになる。
（１）ＤＰＦにおけるＰＭの堆積量 [ g ] に対する排気管内圧力の上昇 [ kPa ] 割合 [kPa/g ] の値が零（０）の場合は、エンジンにおけるＰＭの発生量とＤＰＦにおけるＰＭの処理量（酸化除去量）が同じとなる。言い換えると、エンジンから排出されるＰＭ [ g ] は全てＤＰＦにおいて酸化除去されるため、排気管内の圧力の上昇はない＝ＤＰＦの連続使用が可能である。
（２）ＤＰＦ入口における排気温度がある値（例えば３００℃）になったときに「ＤＰＦにおけるＰＭの堆積量 [ g ] に対する排気管内圧力の上昇 [ kPa ] 割合 [kPa/g ] の値」が変化（低下）した場合は、ＤＰＦ入口温度がその温度以下の状態における「ＤＰＦにおけるＰＭの堆積量 [ g ] に対する排気管内圧力の上昇 [ kPa ] 割合 [kPa/g ] の値」と、ＤＰＦ入口温度がその温度以上の状態における「ＤＰＦにおけるＰＭの堆積量 [ g ] に対する排気管内圧力の上昇 [ kPa ] 割合 [kPa/g ] の値」の差をもって、ＤＰＦのＰＭ処理能力 [ kPa/g ] と定義する。
（３）ＤＰＦ入口における排気温度の上昇とともに「ＤＰＦにおけるＰＭの堆積量 [ g ] に対する排気管内圧力の上昇 [ kPa ] 割合 [kPa/g ] の値」がマイナス（－）に転じた場合は、上記（２）と同様の計算により求めた、そのときのＤＰＦ入口温度以下の状態における「ＤＰＦにおけるＰＭの堆積量 [ g ] に対する排気管内圧力の上昇 [ kPa ] 割合 [kPa/g ] の値」から、ＤＰＦ入口温度がその温度以上の状態における「ＤＰＦにおけるＰＭの堆積量 [ g ] に対する排気管内圧力の上昇 [ kPa ] 割合 [kPa/g ] の値」の差の絶対値をＤＰＦ入口温度が変化する前の状態における「ＤＰＦにおけるＰＭの堆積量 [ g ] に対する排気管内圧力の上昇 [ kPa ] 割合 [kPa/g ] の値」を加えた値になる。
（１）ＤＰＦにおけるＰＭの堆積量 [ g ] に対する排気管内圧力の上昇 [ kPa ] 割合 [kPa/g ] の値が零（０）の場合は、エンジンにおけるＰＭの発生量とＤＰＦにおけるＰＭの処理量（酸化除去量）が同じとなる。言い換えると、エンジンから排出されるＰＭ [ g ] は全てＤＰＦにおいて酸化除去されるため、排気管内の圧力の上昇はない＝ＤＰＦの連続使用が可能である。
（２）ＤＰＦ入口における排気温度がある値（例えば３００℃）になったときに「ＤＰＦにおけるＰＭの堆積量 [ g ] に対する排気管内圧力の上昇 [ kPa ] 割合 [kPa/g ] の値」が変化（低下）した場合は、ＤＰＦ入口温度がその温度以下の状態における「ＤＰＦにおけるＰＭの堆積量 [ g ] に対する排気管内圧力の上昇 [ kPa ] 割合 [kPa/g ] の値」と、ＤＰＦ入口温度がその温度以上の状態における「ＤＰＦにおけるＰＭの堆積量 [ g ] に対する排気管内圧力の上昇 [ kPa ] 割合 [kPa/g ] の値」の差をもって、ＤＰＦのＰＭ処理能力 [ kPa/g ] と定義する。
（３）ＤＰＦ入口における排気温度の上昇とともに「ＤＰＦにおけるＰＭの堆積量 [ g ] に対する排気管内圧力の上昇 [ kPa ] 割合 [kPa/g ] の値」がマイナス（－）に転じた場合は、上記（２）と同様の計算により求めた、そのときのＤＰＦ入口温度以下の状態における「ＤＰＦにおけるＰＭの堆積量 [ g ] に対する排気管内圧力の上昇 [ kPa ] 割合 [kPa/g ] の値」から、ＤＰＦ入口温度がその温度以上の状態における「ＤＰＦにおけるＰＭの堆積量 [ g ] に対する排気管内圧力の上昇 [ kPa ] 割合 [kPa/g ] の値」の差の絶対値をＤＰＦ入口温度が変化する前の状態における「ＤＰＦにおけるＰＭの堆積量 [ g ] に対する排気管内圧力の上昇 [ kPa ] 割合 [kPa/g ] の値」を加えた値になる。
【0032】
このように、ＤＰＦ再生の基本である「エンジンから排出されるＰＭを連続的に酸化除去及び、又は燃焼除去して排気管内圧力が上昇しないようにする」という機能をベースにした性能評価を行うことにより、ＤＰＦの大きさや触媒の種類によらない、客観的、汎用的な評価が可能となる。
【0033】
請求項６に記載の発明は、単位時間あたりの煤（スート、黒煙）の生成量（排ガス中に含まれる煤の量）を任意の値に設定可能なディ－ゼルエンジン（１）、ＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）とＤＰＦ（ディーゼル微粒子低減フィルター）から構成されるＰＭ（ディーゼル微粒子）低減装置（２）、ディ－ゼルエンジン（１）とＰＭ低減装置（２）とを連結する排気管（３ａ）、排気管（３ａ）の上流側に設置されたＰＭ低減装置（１）に流入する排ガスを加熱するために排ガスに燃料を添加するための装置及び、又は電気ヒーターなどの加熱手段（４）、排気管（３ａ）とＰＭ低減装置（２）の結合部付近に設置されたディ－ゼルエンジン（１）から排出されＰＭ低減装置（２）に流入する排ガス中の温度と圧力を計測するための温度センサー（５ａ）と圧力センサー（６）、ＤＯＣとＤＰＦの間に設置された温度センサー（５ｂ）、ＰＭ低減装置（２）から排出された排ガスを外気へ導くための排気管（３ｂ）に設置された排ガス中のＣＯ（一酸化炭素）濃度を計測するための装置（７）及び温度・圧力センサーからの信号を温度と圧力に変換する装置とＣＯ濃度の分析装置を内蔵し、その結果を表示する制御盤（８）から構成され、自動車等のディーゼルエンジンに設置されたＤＯＣとＤＰＦから構成されるＰＭ低減装置に設置されたＤＰＦにおいて、排ガス中のＤＰＦ入口温度に対応したＤＰＦに捕集された煤の単位時間当たりの酸化除去量を計測し、その値を評価できる機能を有することを特徴とする。
【0034】
請求項７に記載の発明は、ディーゼルエンジン（１）と、ＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）とＤＰＦ（ディーゼル微粒子捕集フィルター）から構成されるＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）とＤＰＦ（ディーゼル微粒子低減フィルター）から構成されるＰＭ（ディーゼル微粒子）低減装置（２）と、ディ－ゼルエンジン（１）とＰＭ低減装置（２）とを連結する排気管（３ａ）の上流側に設置されたＰＭ低減装置（１）に流入する排ガスを加熱するために排ガスに燃料を添加するための装置及び、又は電気ヒーターなどの加熱手段（４）と、排気管（３ａ）とＰＭ低減装置（２）の結合部付近に設置されたディ－ゼルエンジン（１）から排出されＰＭ低減装置（２）に流入する排ガス中の温度と圧力を計測するための温度センサー（５ａ）と圧力センサー（６）、ＤＯＣとＤＰＦの間に設置された温度センサー（５ｂ）、ＰＭ低減装置（２）から排出された排ガスを外気へ導くための排気管（３ｂ）に設置された排ガス中のＣＯ（一酸化炭素）濃度を計測するための装置（７）及び温度・圧力センサーからの信号を温度と圧力に変換する装置とＣＯ濃度の分析装置を内蔵し、その結果を表示する制御盤（８）から構成されることを特徴とする。
【0035】
請求項８に記載の発明は、ディーゼルエンジン（１）と、ＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）とＤＰＦ（ディーゼル微粒子捕集フィルター）から構成されるＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）とＤＰＦ（ディーゼル微粒子低減フィルター）から構成されるＰＭ（ディーゼル微粒子）低減装置（２）と、ディ－ゼルエンジン（１）とＰＭ低減装置（２）とを連結する排気管（３ａ）の上流側に設置されたＰＭ低減装置（１）に流入する排ガスを加熱するために排ガスに燃料を添加するための装置及び、又は電気ヒーターなどの加熱手段（４）と、排気管（３ａ）とＰＭ低減装置（２）の結合部付近に設置されたディ－ゼルエンジン（１）から排出されＰＭ低減装置（２）に流入する排ガス中の温度と圧力を計測するための温度センサー（５ａ）と圧力センサー（６）、ＤＯＣとＤＰＦの間に設置された温度センサー（５ｂ）、ＰＭ低減装置（２）から排出された排ガスを外気へ導くための排気管（３ｂ）に設置された排ガス中のＣＯ（一酸化炭素）濃度を計測するための装置（７）及び温度・圧力センサーからの信号を温度と圧力に変換する装置とＣＯ濃度の分析装置を内蔵し、その結果を表示する制御盤（８）から構成されるシステムを用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【0036】
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ＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）とＤＰＦ（ディーゼル微粒子捕集フィルター）から構成されるＰＭ（粒子状物質）低減装置において、ＤＯＣとＤＰＦに担持された酸化触媒が活性化する温度を物理的な手法により表示することができるとともに、ＤＰＦのＰＭ低減効果を客観的、汎用的な単位で示すことができる。
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。
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】
【0037】
【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ＰＭ低減装置内のＤＰＦにおける、時間の経過とともに排ガスの温度を上昇させたときの、経過時間と排気管内の圧力の関係の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0038】
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、ディ－ゼルエンジン（１）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ためＰＭ（粒子状物質）が生成される。ＰＭを含む排ガスは排気管（３）を経てＰＭ低減装置（２）内に流入し、ＤＯＣにおいて排ガス中のＣＯがＣＯ２に、ＮＯがＮＯ２に（化学）変化するとともに、ＰＭの成分であるＳＯＦの一部又は全部が酸化除去される。ディ－ゼルエンジン（１）とＰＭ低減装置（２）とを連結する排気管（３ａ）には、排気管（３ａ）の上流側に設置されたＰＭ低減装置（１）に流入する排ガスを加熱するために排ガスに燃料を添加するための装置及び、又は電気ヒーターなどの加熱手段（４）が設置されるとともに、排気管（３ａ）とＰＭ低減装置（２）の結合部付近にはディ－ゼルエンジン（１）から排出されＰＭ低減装置（２）に流入する排ガス中の温度と圧力を計測するための温度センサー（５ａ）と圧力センサー（６）が設置されている。また、ＤＯＣとＤＰＦの間にも温度センサー（５ｂ）が設置されており、この温度センサーによりＤＰＦ入口における排ガス温度が計測できる。また、ＰＭ低減装置（２）から排出された排ガスを外気へ導くための排気管（３ｂ）には排ガス中のＣＯ（一酸化炭素）濃度を計測するための装置（７）が設置されており、ＰＭ低減装置を経て外気へ放出される排ガス中のＣＯ濃度が計測できる。温度センサー（５）、圧力センサー（６）及びＣＯ濃度計からの信号は制御盤（８）に送られ、それぞれの温度、圧力及びＣＯ濃度が表示される。
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、ディ－ゼルエンジン（１）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ためＰＭ（粒子状物質）が生成される。ＰＭを含む排ガスは排気管（３）を経てＰＭ低減装置（２）内に流入し、ＤＯＣにおいて排ガス中のＣＯがＣＯ２に、ＮＯがＮＯ２に（化学）変化するとともに、ＰＭの成分であるＳＯＦの一部又は全部が酸化除去される。ディ－ゼルエンジン（１）とＰＭ低減装置（２）とを連結する排気管（３ａ）には、排気管（３ａ）の上流側に設置されたＰＭ低減装置（１）に流入する排ガスを加熱するために排ガスに燃料を添加するための装置及び、又は電気ヒーターなどの加熱手段（４）が設置されるとともに、排気管（３ａ）とＰＭ低減装置（２）の結合部付近にはディ－ゼルエンジン（１）から排出されＰＭ低減装置（２）に流入する排ガス中の温度と圧力を計測するための温度センサー（５ａ）と圧力センサー（６）が設置されている。また、ＤＯＣとＤＰＦの間にも温度センサー（５ｂ）が設置されており、この温度センサーによりＤＰＦ入口における排ガス温度が計測できる。また、ＰＭ低減装置（２）から排出された排ガスを外気へ導くための排気管（３ｂ）には排ガス中のＣＯ（一酸化炭素）濃度を計測するための装置（７）が設置されており、ＰＭ低減装置を経て外気へ放出される排ガス中のＣＯ濃度が計測できる。温度センサー（５）、圧力センサー（６）及びＣＯ濃度計からの信号は制御盤（８）に送られ、それぞれの温度、圧力及びＣＯ濃度が表示される。
【0039】
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ＰＭ低減装置内のＤＰＦにおける、時間の経過とともに排ガスの温度を上昇させたときの、経過時間と排気管内の圧力の関係の一例を示した図である。
この図において、時間の経過に比例して排ガスの温度も上昇している。また、時間の経過とともにＤＰＦにＰＭが堆積されるため、排気管内圧力も上昇している。しかし、排ガスの温度がＡに達したときに排気管内圧力の上昇割合が緩やかになっている（減少している）。これは、排ガスの温度がＤＰＦに担持された触媒が活性化する（ＤＰＦに堆積された煤を酸化除去できる状態になる）温度に達したためである。
このことから、排気管内圧力の上昇割合の変化からＤＰＦに堆積したＰＭが酸化除去されているか否か及び、又はエンジンにおいて発生するＰＭの量とＤＰＦにおいて触媒の働きによりＰＭが酸化除去される量の関係を知ることが可能となる。
この図において、時間の経過に比例して排ガスの温度も上昇している。また、時間の経過とともにＤＰＦにＰＭが堆積されるため、排気管内圧力も上昇している。しかし、排ガスの温度がＡに達したときに排気管内圧力の上昇割合が緩やかになっている（減少している）。これは、排ガスの温度がＤＰＦに担持された触媒が活性化する（ＤＰＦに堆積された煤を酸化除去できる状態になる）温度に達したためである。
このことから、排気管内圧力の上昇割合の変化からＤＰＦに堆積したＰＭが酸化除去されているか否か及び、又はエンジンにおいて発生するＰＭの量とＤＰＦにおいて触媒の働きによりＰＭが酸化除去される量の関係を知ることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【0040】
本発明は、自動車等のディーゼルエンジンに設置されたＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）とＤＰＦ（ディーゼル微粒子捕集フィルター）から構成されるＰＭ（粒子状物質）低減装置の性能を客観的、汎用的な単位で示すことができるため、既存の酸化触媒及びＰＭ低減装置の性能評価及び新たに開発される酸化触媒及びＰＭ低減装置の性能評価に適用可能である。
【符号の説明】
【0041】
１．ディーゼルエンジンＰＭ低減装置
２．ＰＭ低減装置
３．排気管
４．排ガスの加熱装置
５．温度センサー
６．圧力センサー
７．ＣＯ濃度計
８．制御盤（制御装置）
２．ＰＭ低減装置
３．排気管
４．排ガスの加熱装置
５．温度センサー
６．圧力センサー
７．ＣＯ濃度計
８．制御盤（制御装置）
【図1】
【図2】