JP2002147221A - Ｄｐｆ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】エンジンの排気ガスの熱エネルギー及びフィル
タ再生時のＰＭの燃焼によって発生する熱エネルギーを
蓄熱して利用することにより、フィルタ再生時に外部か
ら供給するエネルギーを節約でき、フィルタ再生用の電
力を小さくできるＤＰＦ装置を提供する。 【解決手段】複数のフィルタユニット１０Ａ，１０Ｂを
有し、該フィルタユニット１０Ａ，１０Ｂへの排気ガス
通路を交互に切り換えて、車両に搭載した内燃機関の排
気ガス中のパティキュレートの捕集と前記フィルタユニ
ット１０Ａ，１０Ｂ内のフィルタ１２Ａ，１２Ｂの再生
を行うＤＰＦ装置１において、前記フィルタ１２Ａ，１
２Ｂに臨む熱放射面３１Ａ，３１Ｂを有する蓄熱体３０
Ａ，３０Ｂを配設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トラックやバス等
のディーゼルエンジンから排出されるＰＭ（粒子状物
質）を捕集するためのＤＰＦ（ディーゼルパティキュレ
ートフィルタ）装置に関するものである。

【０００２】より詳細には、排気ガスの熱エネルギーを
蓄える蓄熱体により再生用の熱エネルギーを補給するこ
とで、外部から供給する再生時のエネルギーを少なくす
るＤＰＦ装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】自動車等のディーゼルエンジンから排出
される排気ガス中には、カーボンと未燃ＨＣ等の合成物
である数μｍ〜数十μｍのＰＭ（パティキュレート：粒
子状物質）が含まれており、このＰＭの除去が公害防止
の面から重要となっている。このＰＭの除去のために、
ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ：Diesel
Particulate Filter ）が用いられ、これを備えたＤＰ
Ｆ装置がエンジンの排気通路に配設されている。

【０００４】このＤＰＦは、コーディエライトや金属多
孔体（セルメット）や無機繊維材から構成されるが、無
機繊維材を使用する場合には、炭化ケイ素系、アルミナ
系、ジルコニア系等の、繊維径が１μｍ〜２０μｍ程度
（特に８．５μｍや１４μｍ等）で、繊維長さが１０μ
ｍ〜１００μｍ程度のセラミックス繊維で不織布を形成
し、この不織布でフィルタを構成している。

【０００５】このＤＰＦ装置では、ＰＭを捕集しつづけ
ると、この捕集したＰＭによりフィルタが目詰まりを起
こすので、このＤＰＦの目詰まりを排気圧等の変化によ
り検知して、捕集し続けたＤＰＦを電気ヒータ等で加熱
して捕集ＰＭを燃焼させて、フィルタを再生している。

【０００６】図５に、従来の中型・小型用の２個のフィ
ルタユニット１０Ｃ，１０ＤからなるＤＰＦ装置１Ｘの
例を示すが、このＤＰＦ装置１Ｘにおいては、エンジン
から排出された排気ガスＧは排気通路（上流側）２２か
ら中央に配置された切換え弁ケース２３内に入り、切換
え弁２４のバルブ動作により、第１及び第２排気入口通
路２５Ｃ，２５Ｄのいずれかに切り換えられ、それぞれ
に配設された第１フィルタユニット１０Ｃとの第２フィ
ルタユニット１０Ｄのどちらか一方に導かれるように構
成されている。

【０００７】つまり、この第１、第２フィルタユニット
１０Ｃ，１０Ｄのいずれかのフィルタユニットを通過し
た排気ガスＧは、このフィルタユニット１０Ｃ，１０Ｄ
内のフィルタ１２Ｃ，１２ＤでＰＭが捕集され、浄化さ
れた排気ガスＧｃになった後、第１、第２フィルタユニ
ット１０Ｃ，１０Ｄの第１、第２排気出口通路２６Ｃ，
２６Ｄのいずれかに排出され、これらの第１、第２排気
出口通路２６Ｃ，２６Ｄが合流する排気通路（下流側）
２７経由で排出される。

【０００８】そして、一方のフィルタユニットでＰＭを
捕集している間に、他方のフィルタユニットでは捕集し
たＰＭを燃焼する再生処理を行う。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】この従来のフィルタユ
ニット１０Ｃ，１０Ｄにおいては、フィルタ１２Ｃ，１
２Ｄの出口が大気に直結する排気通路２７に接続されて
おり、再生時のＰＭの燃焼によって発生した熱エネルギ
ーや排気ガスの熱エネルギーは、そのまま外部に排出さ
れる構造になっている。

【００１０】一方、再生時のフィルタの加熱に必要なエ
ネルギーを確保するために、ヒータ専用ジェネレータを
用意して電源（例えば２６Ｖ電源）を追加する必要があ
り、トラックやバス等の車にＤＰＦ装置を追設する場合
に、再生用の加熱ヒータに関連する電気系統の追加部品
の数が増加し、ＤＰＦ改造工事におけるコストが高くな
るという問題がある。

【００１１】そのため、特開平８−９３４５３号公報の
内燃機関の排気微粒子処理装置においては、フィルタエ
レメントの外周部に遮熱鞘として機能する中空円筒管を
嵌挿し、主に中空円筒管内の対流効果により、空気を逐
次効率よく排気微粒子の燃焼に供給できるようにすると
共に、再生時の燃焼熱等の中空円筒管による輻射熱を利
用してフィルタエレメントの再生を良好なものとしよう
としている。

【００１２】しかしながら、この中空円筒管において
は、熱効率の面から考えると、ＰＭ燃焼時に、その熱の
一部をフィルタエレメントに輻射して、燃焼に必要な熱
の一部を供給することはできるが、フィルタエレメント
の外周部に配置されるため、燃焼ガス自体はこの中空円
筒管の内部を通ることが無い。そのため、中空円筒管の
上昇温度は低く、また、内部を流れる新気のために冷却
されてしまうので、再生時に発生した燃焼熱を十分に利
用できず、しかも、熱エネルギーを吸収蓄熱することが
できないので、熱効率が悪いという問題がある。

【００１３】その上、この構造では、中空円筒管がフィ
ルタエレメントの外周部に配置されるため、フィルタケ
ースが太くなり、幅方向のスペースが少ない車両には搭
載することが困難となるという問題や製造コストが上昇
するという問題がある。

【００１４】本発明は、上述の従来技術の問題を解決す
るためになされたものであり、その目的は、エンジンの
排気ガスの熱エネルギー及びフィルタ再生時のＰＭの燃
焼によって発生する熱エネルギーを蓄熱して利用するこ
とにより、フィルタ再生時に外部から供給するエネルギ
ーを節約でき、フィルタ再生用の電力を小さくできるＤ
ＰＦ装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】以上のような目的を達成
するためのＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィル
タ）装置は、以下のように構成される。

【００１６】複数のフィルタユニットを有し、該フィル
タユニットへの排気ガス通路を交互に切り換えて、車両
に搭載した内燃機関の排気ガス中のパティキュレートの
捕集と前記フィルタユニット内のフィルタの再生を行う
ＤＰＦ装置において、前記フィルタに臨む熱放射面を有
する蓄熱体を配設して構成される。

【００１７】この蓄熱体は、エンジンの排気ガス中の熱
エネルギーや再生時のＰＭの燃焼によって発生する熱エ
ネルギーを吸収して、再生時にフィルタに向かって熱放
射するものであればよく、場所と形状を特に限定する必
要は無く、例えば、フィルタの上流側であっても、フィ
ルタの途中であっても、下流側であってもよい。また、
フィルタに沿って配置してもよい。

【００１８】そして、上記のＤＰＦ装置において、前記
蓄熱体を通気性を有する固体で形成すると共に、前記フ
ィルタの下流側に配置する。

【００１９】例えば、この蓄熱体をフィルタの浄化され
たガスの出口部分に配設したり、中空円筒形状のフィル
タの中空部に肉厚の円管の形状をした蓄熱体を配置する
こともできる。

【００２０】この構成によると、排気ガスをこの蓄熱体
の内部を通過して熱伝達することができるので、排気ガ
スの熱エネルギーも、再生時のＰＭの燃焼によって発生
する熱エネルギーも、効率よく吸収できる。また、この
蓄熱体をフィルタユニットのフィルタの下流側に、特に
排気ガス出口部分に配置すると、フィルタユニットの構
造を変更することなく、蓄熱体を配設できる。

【００２１】また、更に、上記のＤＰＦ装置において、
前記蓄熱体をコーディエライト製の多孔性固体で形成す
る。

【００２２】つまり、本発明では、フィルタの出口にコ
ーディエライト製の多孔性固体や積層ステンレスメッシ
ュ等で形成される蓄熱体を設け、加熱ヒータによる発熱
やパティキュレートの燃焼による熱エネルギーを蓄熱す
る。この蓄熱した熱を放射してフィルタを加熱すること
により、フィルタ内部の温度を上昇させ、再生時に外部
から供給する熱エネルギーの量を減少する。

【００２３】この構成のＤＰＦ装置によれば、再生時に
外部から供給する熱エネルギーの量を減少することがで
きるので、再生用ヒータの消費電力を低減できる。

【００２４】そのため、ＤＰＦ装置を追設する場合にお
いて、特殊な電圧のジェネレータが不要になったり、通
常の標準のジェネレータで済ませたりすることができ
る。

【００２５】また、フィルタ内部の温度が高くなるた
め、加熱ヒータによる熱エネルギーの供給が少なくて済
むので、高価な耐熱金属製の金網で形成される加熱ヒー
タのメッシュを粗くすることができる。そのため、フィ
ルタの製造コストが低減し、また、装置全体として軽量
化することができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、本発明に係
る実施の形態のＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフ
ィルタ）装置について説明する。

【００２７】図１に示すように、このＤＰＦ装置１は、
２個の第１フィルタユニット１０Ａと第２フィルタユニ
ット１０Ｂを車両の長手方向に一列に配設して構成し、
エンジンから排出された排気ガスＧが、排気通路（上流
側）２２から中央に配置された切換え弁ケース２３内に
入り、切換え弁２４のバルブ動作により、第１及び第２
排気入口通路２５Ａ，２５Ｂのいずれかに切り換えら
れ、それぞれに配設された第１フィルタユニット１０Ａ
との第２フィルタユニット１０Ｂのどちらか一方に導か
れるように構成される。

【００２８】そして、本発明においては、この第１、第
２フィルタユニット１０Ａ，１０Ｂのフィルタ１２Ａ，
１２Ｂの下流側に、このフィルタ１２Ａ，１２Ｂの内面
に臨む熱放射面３１Ａ，３１Ｂを有する蓄熱体３０Ａ，
３０Ｂを配設する。

【００２９】図１の実施例では、この蓄熱体３０Ａ，３
０Ｂをフィルタ１２Ａ，１２Ｂの浄化されたガスＧｃの
排気ガス出口１５Ａ，１５Ｂ部分に配設しているが、図
２（ａ），（ｂ）に示すように中空円筒形状のフィルタ
１５の中空部１７に肉厚の円管の形状をした蓄熱体３０
を配置することもできる。図２（ａ）では肉厚の円管の
蓄熱体３０をフィルタ１５内に収容しているが、図２
（ｂ）では、先端に円錐台が付いた肉厚の円管の蓄熱体
３０’を浄化されたガスＧｃの排気ガス出口１５部分に
連続して配置している。

【００３０】この蓄熱体３０Ａ，３０Ｂは、厚さ１０ｍ
ｍ〜３０ｍｍ程度の通気性を有するコーディエライト製
の多孔性固体や積層ステンレスメッシュで形成し、フィ
ルタ１２Ａ，１２Ｂで濾過された排気ガスがすべて通過
するように構成する。

【００３１】この構成により、この第１、第２フィルタ
ユニット１０Ａ，１０Ｂのフィルタ１２Ａ，１２Ｂを通
過した排気ガスＧは、このフィルタ１２Ａ，１２ＢでＰ
Ｍが捕集され、浄化された排気ガスＧｃになった後、蓄
熱体３０Ａ，３０Ｂを通過して、この蓄熱体３０Ａ，３
０Ｂに熱エネルギーの一部を付与してから、第１、第２
フィルタユニット１０Ａ，１０Ｂの第１、第２排気出口
通路２６Ａ，２６Ｂに排出され、これらの第１、第２排
気出口通路２６Ａ，２６Ｂが合流する排気通路（下流
側）２７経由で排出される。

【００３２】そして、一方のフィルタがＰＭを捕集して
いる間に、他方のフィルタは、加熱ヒータに通電してＰ
Ｍが燃焼を開始する温度（約６００℃）以上にフィルタ
を加熱して、捕集したＰＭを燃焼する再生処理を行う。

【００３３】この再生処理において、ＰＭの燃焼によっ
て発生する排気ガスも蓄熱体３０Ａ，３０Ｂを通過し
て、この蓄熱体３０Ａ，３０Ｂに熱エネルギーの一部を
付与してから、外部に排出される。

【００３４】次に、このＤＰＦ装置１に使用する第１、
第２フィルタユニット１０Ａ，１０Ｂの構造の詳細につ
いて、フィルタユニット１０Ａを例に取って説明する。

【００３５】このフィルタユニット１０Ａは、入口側通
路の外壁面を形成する外筒（フィルタケース）１１Ａ
と、一端側を閉鎖した中空円筒状の、蛇腹式のセラミッ
ク繊維のフェルト等で形成したフィルタ１２Ａとから構
成される。

【００３６】この外筒１１Ａは、一端側に排気ガス入口
１３Ａを有して形成され、この排気ガス入口１３Ａから
排気ガスＧが通過できる所定の距離を設けて、フィルタ
１２Ａの閉鎖面１２ａＡが配置される。また、外筒１１
Ａの内面はフィルタ１２Ａの外周より大きく形成される
と共に、外筒１１Ａの他端側の端面１１ｂＡはフィルタ
１２Ａの他端側に接しており、この端面１１ｂＡにはフ
ィルタ１２Ａの内部に連通する排気ガス出口１５Ａが設
けられている。

【００３７】この排気ガス出口１５Ａの部分に熱放射面
３１Ａを有する蓄熱体３０Ａを設ける。この熱放射面３
１Ａはフィルタ１２Ａに臨んで配置され、蓄熱体３０Ａ
に蓄えられた熱エネルギーを主として熱放射（輻射）に
より、フィルタ１２Ａに伝達する。

【００３８】そして、このフィルタ１０Ａでは、排気ガ
スＧは排気ガス入口１３Ａから入り、フイルタ本体１２
Ａの外周と外筒１１Ａの間で形成される通路１４Ａを通
りフィルタ１２Ａの外周囲に流入する。この排気ガスＧ
はフィルタ１２Ａ内を外側から内側に流れ、通過する際
に排気ガスＧ中のＰＭが捕集され浄化される。この浄化
した排気ガスＧｃはフィルタ１２Ａから蓄熱体３０Ａを
通過して排気ガス出口１５Ａから第１排気出口通路２６
Ａに排出される。

【００３９】以上の構成のＤＰＦ装置１においては、先
ず、第１フィルタ１０Ａで捕集し、第２フィルタ１０Ｂ
を再生する場合には、第１バルブ３１を開弁操作すると
共に、第２バルブ３２を閉弁操作し、排気ガスＧを第１
排気入口通路２３Ａに流し、第１フィルタ１０Ａで排気
ガスＧの浄化を行う。この時の排気ガス（温度は約２０
０〜４００℃）の熱エネルギーを蓄熱体３０Ａが熱放射
や排気ガスの蓄熱体３０Ａ通過による対流伝熱等により
吸収する。

【００４０】次に、第１フィルタ１０Ａを再生処理し、
第２フィルタ１０Ｂで捕集する場合には、切換え弁２４
を切換え操作し、排気ガスＧを第２フィルタ１０Ｂで排
気ガスＧの浄化を行う。

【００４１】この時、第１フィルタ１０Ａでは再生のた
めにフィルタ１０Ａに組み込まれた耐熱金網等の図示し
ない電熱ヒータ等の加熱手段によりフィルタ１０Ａを加
熱し、捕集したＰＭを燃焼処理するが、この再生処理時
においては、蓄熱体３０Ａが蓄熱した熱エネルギーを放
射し、第１フィルタ１０Ａに熱伝達して、この第１フィ
ルタ１０Ａの温度を高めているので、ＰＭの燃焼温度以
上にするために、加熱ヒータで供給する必要がある熱エ
ネルギーを少なくすることができる。

【００４２】そして、第１フィルタ１０Ａの温度がＰＭ
の燃焼温度（約６００℃）以上になると、捕集されてい
たＰＭが約６００℃〜約９００℃で燃焼し、第１フィル
タ１０Ａが再生される。この時のＰＭ燃焼により発生す
る熱エネルギーの一部も熱放射や排気ガスの蓄熱体３０
Ａ通過による対流伝熱等により蓄熱体３０Ａに蓄積され
る。特に、この再生時のＰＭ燃焼の温度が高いので、こ
の熱エネルギーを蓄熱体３０Ａで効率良く吸収できる。

【００４３】つまり、図３に示すように、蓄熱体３０Ａ
を通過する排気ガスの熱エネルギーを吸収して、蓄熱体
３０Ａが昇温するので、温度の上昇と共に急激に増加す
る熱放射量が増加し、フィルタ１２Ａに臨む熱放射面３
１Ａから放射される熱エネルギーがフィルタ１２Ａに伝
達されるので、フィルタ１２Ａの温度を高く維持でき
る。

【００４４】そして、この蓄熱体３０Ａを設けたことに
より、図４に示すように、多孔性固体の蓄熱体３０Ａが
無い点線Ｘ（従来技術）に対して、多孔性固体の蓄熱体
３０Ａが有る実線Ｙ（本発明）で示されるように、フィ
ルタユニット１０Ａの内部温度が上昇する。

【００４５】なお、蓄熱体３０Ａは全面から熱放射する
が、フィルタ１２Ａ側（上流側）の熱放射面の熱放射率
を高く、下流側の熱放射面の熱放射率を低く形成するこ
とでより、効率的にフィルタ１２Ａを温めることができ
る。この熱放射率の高低に関しては、熱放射面の表面の
状態を粗面と滑面にしたり、黒色と白色にすること等に
より設定することができる。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るＤＰ
Ｆ装置によれば、従来排出していたエンジンの排気ガス
中の熱エネルギー及びフィルタ再生時のＰＭ燃焼により
発生する熱エネルギーの一部を、フィルタ生成用のエネ
ルギーの一部として再利用できるので、フィルタ生成用
に必要な外部からのエネルギーを低減できる。電気ヒー
タで加熱する場合にはその消費電力を低減できる。

【００４７】従って、フィルタ再生用の電気ヒータを備
えたＤＰＦ装置を追設する場合において、特殊な電圧の
ジェネレータが不要にしたり、若しくは、通常の標準の
ジェネレータで済ませることができる。

【００４８】また、フィルタ内部の温度が高くなるた
め、熱エネルギーの供給が少なくて済むので、加熱手段
が簡素化し、製造コストの低減と軽量化を図ることがで
きる。耐熱金属製の金網の加熱ヒータを使用する場合に
は、加熱ヒータの金網のメッシュを粗くすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態のＤＰＦ装置の構成
図である。

【図２】蓄熱体の他の配置例を示す図であり、（ａ）は
フィルタ内部に配置した例を示す図で、（ｂ）はフィル
タ内部から浄化されたガスの出口まで配置した例を示す
図である。

【図３】図１の配置の蓄熱体の作用を説明するためのフ
ィルタユニットの部分断面図である。

【図４】蓄熱体の効果を説明するための排気ガスの温度
分布を示す図である。

【図５】従来のＤＰＦ装置の一例を示す構成図である。

【符号の説明】

１ ＤＰＦ装置 １０Ａ、１０Ｂ 第１、第２フィルタユニット １２Ａ，１２Ｂ フィルタ ３０，３０Ａ，３０Ｂ 蓄熱体 ３１，３１Ａ，３１Ｂ 熱放射面

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のフィルタユニットを有し、該フィ
   ルタユニットへの排気ガス通路を交互に切り換えて、車
   両に搭載した内燃機関の排気ガス中のパティキュレート
   の捕集と前記フィルタユニット内のフィルタの再生を行
   うＤＰＦ装置において、前記フィルタに臨む熱放射面を
   有する蓄熱体を配設したことを特徴とするＤＰＦ装置。
2. 【請求項２】 前記蓄熱体を通気性を有する固体で形成
   すると共に、前記フィルタの下流側に配置したことを特
   徴とする請求項１記載のＤＰＦ装置。
3. 【請求項３】 前記蓄熱体をコーディエライト製の多孔
   性固体で形成したことを特徴とする請求項２記載のＤＰ
   Ｆ装置。