JP2002155727A

JP2002155727A - パーティキュレート・フィルタ

Info

Publication number: JP2002155727A
Application number: JP2000353922A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Sakurai; 櫻井眞一郎; Tomohiro Shinoda; 篠田智博
Original assignee: S & S Engineering Kk; S&S Engineering Corp
Current assignee: S & S Engineering Kk; S&S Engineering Corp
Priority date: 2000-11-21
Filing date: 2000-11-21
Publication date: 2002-05-31

Abstract

(57)【要約】【目的】エンジンエンジンから排出されるパーティキ
ュレートを捕捉燃焼させる酸化反応用粒群が、この収納
室の熱膨張で相対移動して衝突、こすれ合いで破損、早
期摩滅するのを防ぐことを目的とする。【構成】パーティキュレート・フィルタは、入口２から
流入した排気ガスが導かれる酸化反応室３とこの下流の
灰分蓄積室４を有する。酸化反応室３は、外周筒部１７
と内周筒部１８との間にパーティキュレートを付着して
捕捉し酸化する酸化反応用粒群２３が収納され、ヒータ
ー２７で加熱可能とされている。酸化反応用粒群２３
は、この端部からスプリング２１で付勢されたピストン
２０、２２により押圧されている。これにより、熱膨張
等で粒間の間隙が過大になろうとしてもピストン２０、
２２が間隙を詰め、粒２３同士の衝突、こすれ合いを防
ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼルエンジン等
の燃焼装置から排出された排気ガス中に含まれるススな
どの粒子状物質を捕捉して燃焼することで、これらがそ
のまま排気系から外への排出されるのを低減するように
したパーティキュレート・フィルタに関する。

【０００２】

【従来技術】ディゼルエンジンから排出される排気ガス
中には、スス（黒煙）を主成分とする有害な粒子状物質
（パーティキュレート・マター、以下「ＰＭ」という）
が含まれている。このＰＭを後処理で低減するものとし
て、パーティキュレート・フィルタが知られている。こ
のパーティキュレート・フィルタは、フィルタでＰＭを
捕捉し、ヒーター等で燃焼するようにしたもの（たとえ
ば、１９９７年７月１０日株式会社朝倉書店発
行、（社）自動車技術会編集の「自動車技術シリーズ
１自動車原動機の環境対応技術」における第１３９頁
〜第１４９頁の記載）が知られている。上記フィルタと
しては、一体押し出し成形したセラミック製のハニカム
構造のもの、セラミックファイバを布状に編んでステン
レス多孔管に巻き付けたもの、また直径約２ｍｍの球状
アルミナなどの高温強度の高いセラミック粒体が多数充
填したペレット構造のものなどがある。このうち、セラ
ミック製ハニカム構造やセラミック編み物構造のもの
は、ペレット構造のものに比べて強度的に優れるもの
の、ＰＭの吸着面積が小さく、また製造コストが高くな
る。そこで、本出願人は、特願平１１−１０１９５５号
等にて、上記ハニカム構造、編み物構造のものに比べ
て、ＰＭの吸着面積が広く製造コストも安くできるもの
として、発泡石骨粒からなる粒群を酸化反応室内に詰め
たパーティキュレート・フィルタを提案している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ぺレット構造のもの
は、ハニカム構造に比べ、ＰＭの吸着面積を大きくとれ
コストも低いというメリットがあるものの、粒の破損、
摩耗が著しいという問題点があった。そこで、この粒の
破損、摩耗の原因を本発明者らが調査したところ、下記
のように熱膨張に起因したものが多いことが分かった。
すなわち、パーティキュレート・フィルタは、排気ガス
やヒーターによる高熱にさらされることから、各部の熱
膨張が避けられない。熱膨張は、粒を収納する収納ケー
スやこの内部に収納した酸化反応用粒群の両方に生じる
ものの、金属製のケースの方が粒群より熱膨張率が大き
い。したがって、酸化反応用の粒を多数個収納したパー
ティキュレート・フィルタでは、エンジン非作動時に粒
が相対移動しないように粒同士をあらかじめ密着させて
いても、エンジン稼働時にあっては排気ガスやパーティ
キュレート・フィルタに設けたヒーター加熱による高温
に晒されて酸化反応室自体が粒より大きく熱膨張する結
果、この室内に入っている粒間に間隙が生じて粒同士間
で相対移動が生じやすくなる。この結果、粒同士が衝突
したり、過度にこすれあったりして、粒が破損あるいは
早期に摩耗し、耐久性が劣化する。この粒の耐久性劣化
は、エンジンや車体の振動によりパーティキュレート・
フィルタが振動されることで、さらに促進される。

【０００４】

【発明の目的】本発明の目的は、酸化反応用の粒群を利
用してＰＭを捕捉、燃焼するパーティキュレート・フィ
ルタにおいて、パーティキュレート・フィルタが熱膨張
しても、粒同士が相対移動をしにくくなるようにするこ
とにより、粒同士の衝突、過度のこすれ合いに起因した
破損、早期摩耗を防止し粒の耐久性を向上させるように
したパーティキュレート・フィルタを提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係るパーティキ
ュレート・フィルタは、エンジンから排出された排気ガ
スが導入される入口部及びこの排気ガスを排出する出口
部を有する筒状のケーシングと、このケーシング内にこ
の入口部から導かれた排気ガスを通過させてＰＭを捕
捉、酸化させる酸化反応用の粒群を収納した酸化反応室
と、酸化反応室を通過した排気ガス中に含まれる灰分を
捕集する灰分蓄圧室と、を備えている。上記酸化反応室
には、ヒーターを設け、酸化反応用の粒群で捕捉された
ＰＭを加熱燃焼して灰にするようにしてある。そして、
酸化反応室の酸化反応用粒群は、弾性体で付勢されたピ
ストンで押圧し粒間に過度の間隙が生じないようにして
ある。

【０００６】上記のように構成したパーティキュレート
・フィルタにあっては、ディーゼルエンジン等の燃焼装
置の稼働により排出された排気ガスは、パーティキュレ
ート・フィルタの入口部からパーティキュレート・フィ
ルタの内部へ流入し、酸化反応室へ導かれる。酸化反応
室内へ流入した排気ガスは、ここで酸化反応用粒群を通
過するが、このとき、排気ガス中に含まれたＰＭは、酸
化反応用の粒に付着して捕捉される。この酸化反応用粒
群はヒーターで加熱され高温となっているので、粒に付
着したＰＭは燃焼されて灰となる。この灰の一部は、排
気ガスとともに酸化反応室の下流へ流れるが、灰分蓄積
室にて捕集され、ここに溜められ外へ出ないようにされ
る。ＰＭや灰分を取り除かれた排気ガスは、出口部から
外へ排出される。一方、このディーゼルエンジン等の燃
焼装置の稼働時には、排気ガスやヒーターによる高温で
パーティキュレート・フィルタが熱膨張する。熱膨張率
の大きい酸化反応室自体は、この内部の酸化反応室の粒
群より大きく膨張して、粒同士間にこれらが相対移動容
易となる大きさの間隙を生じさせようとする。しかし、
弾性体で付勢されたピストンが粒群を押圧しながら上記
膨張差分ストロークする結果、粒同士は密着して相対移
動しにくい状態のままに保たれる。したがって、熱膨張
により粒間の間隙が過大となって、粒同士が相対移動し
て衝突あるいは過度のこすれ合いを生じ、粒が破損、早
期摩耗するといった事態を防ぐことが可能となる。ま
た、粒の一部が長時間の使用により破損、摩耗したりし
た場合でも、ピストンがその分、残った粒同士を押しな
がらストロークすることで、粒同士が容易に相対移動で
きるような間隙が生じるのを阻止し、残った粒の破損、
早期摩耗を防ぐことができる。なお、ここで、上記粒同
士の密着とは、粒の外表面全面で他の粒と接するという
ことではなく外表面での一部接触でもよいのであって、
要は粒同士が容易に破損、早期摩耗するような相対移動
が生じない程度に接触していればよいことを意味する。

【０００７】上記ピストンは、好ましくは、酸化反応用
粒群の端部側から押圧する端部ピストンと、この酸化反
応用粒群の間に介在し該粒群を上流側粒群と下流側粒群
とに分断する伝達ピストンとから構成する。したがっ
て、粒群が伝達ピストンにより上流側粒群と下流側粒群
とに分けられる結果、より少ない粒量ごとに各ピストン
で押圧するようになる。この結果、熱膨張時あるいは長
期使用による一部の粒の破損時に増大しようとする間隙
をつめるべくピストンが移動する。この場合、ピストン
の動きは、端末ピストン１個の場合よりスムーズ作動し
確実に間隙を詰めることが可能となる。

【０００８】上記酸化反応室は、好ましくは、ケーシン
グとの間に半径方向の隙間を有する外周筒部とこの外周
筒部内側に設けた内周筒部とをケーシング内に収納し、
これらの両筒部の軸方向がケーシングの軸方向に沿うよ
うにして配置するとともに、これらの両筒部間に酸化反
応用粒群を収納するように構成する。これにより、外周
筒部、内周筒部の外周面、内周面から排気ガスを出し入
れすることが可能となる。この結果、排気ガスを外周筒
部側から内周筒部内へ流すので、粒間の間隙を通過し加
熱された排気ガスは、高温に保たれた内周筒部の内部に
おいても続いて高熱にさらされ、ＰＭ等の燃焼が促進さ
れる。また、両筒間に入れられた粒群の端末側（両筒部
における一方端部の環状の側面）に粒群を押すピストン
を設けても、ピストンが排気ガスの流れを妨害すること
がなく排気ガスの流れ抵抗が小さくなる。また、排気ガ
スを軸方向に流すようにケーシングの断面全面にわたる
円柱形状の酸化反応室を設けた従来のパレット構造のも
のでは、排気ガスの流れ抵抗を大きくすることなくＰＭ
の吸着面積を拡大したいときや早期目づまりを避けたい
ときは、半径方向に大きくせざるを得ないが、この場合
車両への搭載上、制限される。これに対し、上記のよう
に両筒部で排気ガスを流す構成にあっては、径方向に拡
大しなくても両筒部の軸方向長さを長くすることで、排
気ガスが通過する外周面、内周面の面積を大きくとれ、
流れ抵抗を増やすことなく、十分な広さのＰＭ吸着面積
を確保し、また早期目づまりを防止できる。

【０００９】上記ヒーターは、好ましくは、この少なく
とも下流側部分が外周筒部に対し内周筒部側に位置する
ように配置する。これにより、ヒーターから半径方向外
側へ向かう熱が粒群を加熱するのに加え、ヒーターから
半径方向内側に向かう熱が内周筒部の内側を高温に保ち
にここへ流れ込んできた排気ガスをさらに加熱すること
になるので、ヒーターによる両方向の熱で排気ガスを有
効に加熱でき、加熱効率が向上する。また、この場合、
上流側で加熱された後、下流側粒群の手前にきた排気ガ
スは、ヒーターで直接加熱されることで高温が保たれ、
ＰＭ等をより燃焼させることが可能となる。

【００１０】上記ヒーターは、好ましくは、内周筒部に
沿ってスパイラルに配置する。これにより、簡単な構
造、製法でヒーターを加熱上効果的な内周筒部側に取り
つけることが可能となる。

【００１１】上記酸化反応室は、好ましくは、入口部か
ら導かれた排気ガスが外周筒部の外周面外側から入り、
酸化反応用粒群を通過した後、内周筒部の内周面内側へ
出るように構成する。これにより、上記同様に排気ガス
の流れに対する抵抗を小さくしながら、上流側の酸化反
応用粒群を通過して加熱燃焼された排気ガス中のＰＭ
を、内周筒部内の高温でさらに加熱するので、ＰＭをよ
く燃焼することが可能となる。

【００１２】上記酸化反応室は、好ましくは、外周筒の
上流側部分の外周面外側から上流側粒群を通過して内周
筒部の上流側部分の内周面内側へ出た排気ガスが、内周
筒部の下流部分の内周面内側から流入して下流側粒群を
通過した後、外周筒部の下流部分の外周面外側へ流出す
るように構成する。これにより、上流側の酸化反応用粒
群を通過して加熱された排気ガスが、内周筒部内の高温
でさらに加熱された後、再度、下流側の酸化反応用粒群
を通過しながら加熱されるので、より確実にＰＭを燃焼
させることが可能となる。また、上記同様、排気ガス流
れの抵抗を小さくことが可能である。

【００１３】上記酸化反応室は、好ましくは、外周筒部
の外周面外側に設けた環状の支持部材によりケーシング
に支持するとともに、この支持部材により外周筒部外周
面とケーシング内周面との間に形成された空間を上流側
空間と下流側空間とに分断するように構成する。これに
より、環状の支持部材を用いて、入口部から流入した排
気ガスが外周筒部外側の上流側空間から直接この下流側
空間へ流れ込むのを阻止することができる。この結果、
排気ガスを、外周筒部外側の上流側空間から半径方向内
側へ向かわせ上流側の酸化反応用粒群を通過させて内周
筒部の上流側部分の内側へ抜けさせた後、この内側で軸
方向へ進まさせ、内周筒部の下流側部分の内側から流入
させて下流側の酸化反応用粒群を通過させ外周筒部の下
流側部分の外側へ抜け出させることができるようにな
る。したがって、上記で説明したように加熱を繰り返す
ことでＰＭを高温下で確実に燃焼させやすくなる。ま
た、外周筒部外周の空間を分断する支持部材により、使
用中は両筒部等からなる酸化反応室をケーシングに支持
できるとともに、粒群の交換時などにあっては酸化反応
室のケーシングからの取り外しも簡単にできるようにな
る。

【００１４】上記伝達ピストンは、好ましくは、支持部
材と略同一の位置に配置してこの伝達ピストンにより酸
化反応用粒群を上流側粒群と下流側粒群とに分断するよ
うにして、入口部から流入した排気ガスが、支持部材で
分断された上流側空間から上流側粒群を通過した後、内
周筒部の内部へ至り、ここから下流側粒群を通過して下
流側空間へ流れ出るように構成する。これにより、熱膨
張時に粒間の間隙が過大になるのを、弾性体で付勢され
た端部ピストンと伝達ピストンによる押圧で防止しなが
ら、排気ガスが上流側空間から流入して上流側粒群を通
過し一旦内周筒部の内部に入った後、下流側粒群を通過
して下流側空間へ流出させるようにすることが可能とな
る。したがって、排気ガスをヒーターはもちろん、高温
の上流側粒群、内周筒部の内部、下流側粒群にて続けて
加熱することで、ＰＭをより確実に燃焼することが可能
となる。

【００１５】上記酸化反応用粒群は、好ましくは、パー
ティキュレト・マターを付着可能な発泡石骨粒から構成
する。ここで発泡石骨粒とは、たとえば火山噴出物を高
温で焼いて発泡させ、無数の独立気泡による微小孔を有
するものである。これを数ｍｍ程度の粒径のペレット状
とし、外周を研磨して一方の表面の微小孔から入った排
出ガスが他方の表面の微小孔から出るように孔がつなが
るようにすることが望ましい。また、この表面にはニッ
ケルやコバルトなどの卑金属を付着させておけば酸化を
さらに促進することが可能となる。これにより、ハニカ
ム構造や編み物構造のものに比べて、広いＰＭの吸着面
積をより安く確保でき、ＰＭの燃焼を促進できる。ま
た、粒は、還元や洗浄により再利用できる。

【００１６】

【実施態様】本実施態様によるパーティキュレート・フ
ィルタにつき、以下、図に基づき詳細に説明していく。
パーティキュレート・フィルタ１は、大きくは、図示し
ないディーゼルエンジンの排気ポートへ排気管を介して
接続した入口部２と、排気ガス中のＰＭを付着して燃焼
する酸化反応室３と、酸化反応室３から排出された排気
ガス中の灰分を捕捉蓄積する灰分蓄積室４と、ＰＭや灰
分等の固形物が除かれた排気ガスを排出する出口部５
と、を有する。

【００１７】以下、その構成を詳細に説明する。パーテ
ィキュレート・フィルタ１は、円筒状のケーシング６を
有し、図中左端にはボルト７ａ及びナット８ａにより入
口部２が、また図中右端には出口５がボルト７ｂ及びナ
ット８ｂにより取り外し可能に固定される。なお、ケー
シング６の内周面には消音部材（図示しない）を張り付
け、外部へ漏れる騒音を低減するようにしてもよい。入
口２は、入口側側壁９、入口側筒部材１０、インレット
・パイプ１１を有する。入口側側壁９は、円盤形状をし
ており、この外周部分が入口側筒部材１０の筒部１０ａ
の内周面入口側位置に溶接で固定される。入口側筒部材
１０は、外周面がケーシング６の内周面に挿入係合され
る円筒状の上記筒部１０ａと、この筒部１０ａの図中右
端に一体形成された円盤状の側壁部１０ｂとを有してい
る。この結果、この側壁部１０ｂと上記入口側側壁９と
の間に入口側空間１２が形成される。一方、入口側側壁
９の中心位置には貫通孔９ａが形成され、図示しないデ
ィーゼルエンジンの排気ポートに同じく図示しない排気
管等を介して接続したインレット・パイプ１１が貫通挿
入され、かつこの右端部が側壁部１０ｂに当接された状
態で、貫通孔９ａへの挿入部分及び側壁部１０ｂへの当
接部分において溶接固定される。インレット・パイプ１
１の入口側空間１２内への挿入部分外周面に複数の連通
孔１１ａを設けられるとともに、側壁部１０ｂにはイン
レット・パイプ１１の当接円内には複数の連通孔１０
ｃ、当接円外にも複数の連通孔１０ｄを設ける。この結
果、インレット・パイプ１１へ導かれた排出ガスは、そ
のまま側壁部１０ｂの当接円内連通孔１１ｃから直接流
出するものと、インレット・パイプ１１の外周面に設け
た排出孔１１ａから入口側空間１２へ出て側面部１０ｂ
の当接円外連通孔1１ｄから流出するものとに分かれる
ので、側壁部１０ｂ全面にわたって分散されて排気ガス
が下流側へ流れ出るようになる。上記入口側筒部材１０
は、この筒部１０ａの左端がケーシング６の左端部に、
複数箇所のボルト７ａ、ナット８ａで取り外し可能に固
定される。

【００１８】ケーシング６の入口側筒部材１０の下流に
は、筒状の保持部材１３が挿入される。保持部材１３
は、図中右端に円盤状の保持部１３ａを有し、この下流
側面にケーシング６の内径より小さい径とした円盤状の
取付け部材１４が取付けられるとともに、保持部１３ａ
の取付け部材１４より径方向外側に複数の連通孔１３ｂ
が形成される。同様に、この下流位置に筒状の保持部材
１５がケーシング６内に挿入され、この保持部材１５の
上流側面にケーシング６の内径より小さい径とした円盤
状の取付け部材１６が取付けられるとともに、保持部１
５ａの取付け部材１６より径方向外側に複数の連通孔１
５ｂが形成される。取付け部材１４の下流側面、及び取
付け部材１６の上流側面には、環状の窪み１４ａ、１６
ａがそれぞれ形成される。

【００１９】これらの窪み１４ａ、１６ａには、酸化反
応室３が取付けられる。すなわち、酸化反応室３は、円
筒状の外周筒部１７と、この内側に配置された円筒状の
内周筒部１８と間で形成した円筒状の隙間に酸化反応用
の粒２３が多量入れられて構成される。この酸化反応用
の粒２３としては、発泡石骨粒が用いられる。ここで、
発泡石骨粒とは、火山噴出物を高温で焼いて発泡させ、
無数の独立気泡による微小孔を有するものである。これ
を数ｍｍ程度の粒径のペレット状とし、外周を研磨して
一方の表面の微小孔から入った排出ガスが他方の表面の
微小孔から出るように孔がつながるようにする。また外
表面にニッケルやコバルトなどの卑金属を固着すれば酸
化反応を促進させることが可能となる。粒２３を収納し
た両筒部間の隙間は、この図中左端部側が環状プレート
１９で蓋をされるとともに、図中右端部側には環状の端
部ピストン２０が挿入され、取付け部材１６との間に配
置したスプリング（弾性体）２１により端部ピストン２
０を付勢して粒群２３を押圧する。この押圧力は、酸化
反応用の粒２３が破壊されるほど強くなく、また粒２３
同士が相対移動して衝突・過度の摩擦により容易に破
壊、あるいは早期摩耗するほど弱くはないような大きさ
で、粒２３同士の外表面の一部で密着するように設定す
る。また、外周筒部１７と内周筒部１８との間には、こ
れらの軸方向略中央位置に伝達ピストン２２を設けて、
酸化反応用粒群２３を上流側粒群２３Ａと下流側粒群２
３Ｂに分割する。なお、外周筒部１７には、複数の連通
孔１７ａが設けられて、この内外を連通させてＰＭを含
んだ排気ガスが通過できるようにする。同様に、内周筒
部１８にも、複数の連通孔１８ａが設けられて、この内
外を連通させてＰＭを含んだ排気ガスが通過できるよう
にする。

【００２０】外周筒部１７の外周面の外側中央位置に
は、環状の支持部材２４の内周側フランジ部２４ａが溶
接され、この支持部材２４の外周側フランジ部２４ｂが
ケーシング６の内周面に係止するようにして、支持部材
２４でも酸化反応室３の半径方向の荷重を支えるになっ
ている。また、酸化反応室３をケーシング６から取り外
す時には、支持部材２４とともに酸化反応室６をケーシ
ング６から軸方向に引き出すことができるようになって
いる。この支持部材２４は、外周筒部１７の外周面とケ
ーシング６の内周面との隙間で形成される空間を、上流
側空間２５Ａと下流側空間２５Ｂとに分断する。

【００２１】上流側空間２５Ａには、ケーシング６から
外周筒部１７の外周面近くまで排気温度センサ２６が挿
入され、排気温度を検出可能としてある。この排気温度
センサ２６は、ケーシング６外側へ取り出し可能にケー
シング６に取付けられる。また、内周筒部１８の外周面
に沿ってスパイラル状にヒーター２７が巻かれ、その端
末が取付け部材１４のすぐ下流位置で上流側空間２５Ａ
を通ってケーシング６外の配線２８に接続可能とされて
いる。酸化反応室３の取り外し時には、配線２８とヒー
ター２７とはケーシング６の外側から分離できる構造と
してある。なお、このヒーター２７は、排気温度センサ
２６が検出した排気温度信号等に基づき、図示しないコ
ントローラにより作動を制御される。上流側保持部材１
３の保持部１３ａと下流側保持部材１５の保持部１５ａ
とは、この中心位置において上流側取付け部材１４、下
流側取付け部材１６を貫通するボルト２９、ナット３
０、３１にて酸化反応室３を挟んだ状態で一体的に組み
付けられている。

【００２２】下流側保持部材１５は、灰分蓄積室４の上
流側の側壁を兼ねており、取付け部材１６の径方向外側
位置に連通孔１５ｂが形成されている。下流側保持部材
１５は、上記側壁に一体でこの外周から下流へ延び下流
側が開口された保持部１５ａがケーシング６内に挿入さ
れている。この保持部１５ａ内は、酸化反応室３から流
れてきた灰分を蓄積する空間を形成している。また、下
流側保持部材１５の保持部１５ａの下流側端部には、フ
ィルタ・カバー３２が配置される。このフィルタ・カバ
ー３２は、この上流側が開口した筒状部３２ａと、この
筒状部３２ａの下流側端の側壁部３２ｂとを有する。灰
分捕集フィルタ３３は、上記フィルタ・カバー３２の側
壁部３２ｂ側のスプリング４７により付勢された補正ピ
ストン４８とこの筒状部３２ａの上流側に配置した円盤
状プレート３４との間に、カラー３５を挟んだ状態で、
かつこれらの上記隙間に酸化反応室３内の発泡石骨粒よ
り小さい微細発泡石骨粒３６が多数収納され、カラー３
５内を貫通するボルト３７とナット３８で取り外し可能
に固定して構成される。なお、円盤状プレート３４、フ
ィルタ・カバー３２の側壁部３２ｂには、それぞれ連通
孔３４ａ、３２ｃが形成され排気ガスを通過可能として
いる。また、上記補正ピストン４８は、微細発泡石骨粒
３６を押圧することで、熱膨張時や長期使用による粒３
６の破損や早期摩耗時に粒３６同士間に過大な間隙が生
じないようにしている。ここで、下流保持部材１５、フ
ィルター・カバー３２、微細発泡石骨粒３５が多数収納
された灰分捕集フィルタ３３は、灰分蓄積室４を構成す
る。

【００２３】フィルタ・カバー３２の下流には、円筒の
カラー部材３９を介して出口部５が取付けられる。出口
５は、出口側側壁４０と出口側筒部材４１とアウトレッ
ト・パイプ４２とで構成される。出口側筒部材４１は、
この上流側の側壁部４１ａとこの外周から下流側に伸び
る筒部４１ｂとを有している。この筒部４１ｂの下流端
は、ボルト７ｂ及びナット８ｂでケーシング６に取り外
し可能に固定される。またこの筒部４１ｂ内周面には、
ボルト７ｂの上流側位置で出口側側壁４０が溶接で固定
され、この側壁４０と側壁部４１ａとで出口側空間４５
を形成する。出口側側壁４０の中心部には連通孔４０ａ
が形成され、この連通孔４０ａを貫通してアウトレット
・パイプ４２が挿入され、この上流側端が側壁部４１ａ
に当接される。アウトレット・パイプ４２は、上記連通
孔４０ａへの貫通部分、上記側壁部４１ａへの当接部分
にてそれぞれ溶接で固定される。側壁部４１ａには、ア
ウトレット・パイプ４２が当接する円の内外にわたり複
数の連通孔４１ｃ、４１ｄが形成され、アウトレット・
パイプ４２外周面の上記出口空間４５内部分にも多数の
連通孔４２ａが形成される。これにより、灰分収集フィ
ルタ３３の断面全面にわたって排気ガスが通過するよう
にしている。なお、上記外周筒部１７、内周筒部１８や
灰分捕集フィルタ３３の連通孔１７ａ、１８ａ、３４
ａ、３２ｃ等については、図中、明瞭にするため、その
径を誇張して大きくする一方、その個数は少なくして描
いてある。

【００２４】上記パーティキュレート・フィルタの作動
につき、以下説明する。図外のディーゼルエンジンが稼
働していると、排気ポートからＰＭ等を含む排気ガスが
排出される。この排気ガスは、入口部２のインレット・
パイプ１１へ導かれ、一部は連通孔１１ａから半径方向
外側へ出て入口側空間へ広がり、入口側筒部材１０の側
壁部１０ｂのインレット・パイプ１１の当接円より外側
に設けた連通孔１０ｄから保持部材１３内へ入る。また
インレット・パイプ１１の残りの排気ガスは、入口側筒
部材１０の側壁部１０ａのインレット・パイプ１１より
内側に設けた連通孔１０ｃから直接保持部材１３内へ入
る。このようにインレット・パイプ１１から導かれた排
気ガスは、偏りが少なくなった状態で側壁部１０ａの全
面からほぼ等しい量で保持部材１３の保持部１３ａ内へ
流入する。

【００２５】次いで排気ガスは、保持部材１３の外周側
に設けた連通孔１３ｂから外周筒部１７の外側の上流側
空間２５Ａへ流れ、支持部材２４にて軸方向への流れを
阻止される。したがって、上流側空間２５Ａ内の排気ガ
スは、外周筒部１７の連通孔１７ａを通り、半径方向内
側へ向かい内側の酸化反応用の上流側粒群２３Ａを通過
する。このとき、粒群２３ＡはＰＭを捕捉する。排気ガ
スは、粒群２３Ａを通過し、内周筒部１８の連通孔１８
ａを通って、この内部空間へ至る。このとき、伝達ピス
トン２０が粒群２３中にあるので上流側粒群２３Ａ内へ
入った排気ガスは、直接下流側粒群２３Ｂへ流入するこ
とはない。一方、上流側空間２５Ａには、排気温度セン
サ２６が設けられて上流側空間２５Ａ内の排気ガスの温
度を検出している。この温度がたとえば所定温度（たと
えば４００℃〜４５０℃程度）より低いときは、図外の
コントローラはヒーター２７へ電力を供給しヒーター２
７を加熱する。この加熱により、粒群２３も加熱され高
温になっている。したがって、排気ガス中のＰＭは、こ
の上流側粒群２３Ａで加熱され燃焼され灰分となる。も
ちろん、内周筒部１８に沿ったヒーター２７で直接燃焼
されるものもある。検出排気温度が上記所定値以上のと
きはヒーター２７への電力供給は停止され、排気ガスの
高温そのものでＰＭを燃焼させる。

【００２６】上流側内周筒部１８の連通孔１８ａを通過
してこの内部空間へ入った排気ガスは、この内部空間を
下流側へ流れヒーター２７で直接加熱されるが、この端
部が取付け部材１６で塞がれているので、下流側の内周
筒部１８の連通孔１８ａより半径方向外側へ向かい、上
流側粒群２３Ａに捕捉燃焼されなかったＰＭを下流側粒
群２３Ｂにて捕捉する。この下流側粒群２３Ｂもヒータ
ー２７で加熱され高温となっているので、ここで残った
ＰＭは捕捉燃焼され灰分となる。下流側粒群２３Ｂを通
過した排気ガスは、外周筒部１７の下流側部分の連通孔
１７ａを通って下流側空間２５Ｂへ流出する。

【００２７】下流側空間２５Ｂ内の排気ガスは、保持部
材１５の外周側に設けた連通孔１５ｂから灰分蓄積室４
へ流入する。排気ガス中の灰分は、比較的大きいものは
保持部材１５の筒状部内に落下し溜まるが、細かいもの
は円盤状プレート３４の連通孔３４ａを通って径が酸化
反応用粒２３より小さい微細発泡石骨粒３６により捕集
される。このようにしてＰＭおよび灰分を除去された排
気ガスは、出口側筒部材４１の連通孔４１ｃを通り、一
部は出口側空間４５を経てアウトレット・パイプ４２の
外周に設けた連通孔４２ａからアウトレット・パイプ４
２の内部に入り、また残りは連通孔４１ｄから直接アウ
トレット・パイプ４２の内部に入って、アウトレット・
パイプ４２から外へ排出される。なお、上記排気ガスの
流れ方向を、図中に幅広の矢印で示してある。

【００２８】このエンジン稼働中、排気ガスや加熱した
ヒーターにより酸化反応室３等も加熱され膨張する。こ
の場合、金属製の外周筒部１７、内周筒部１８の熱膨張
率が粒２３より大きいので、粒２３が相対移動しやすく
なるように粒同士の間隙が広がろうとする。しかし、ス
プリング２１が端部ピストン２０を付勢して下流側粒群
２３Ｂを押圧し、さらに伝達ピストン２２を押して上流
側粒群２３Ａを押圧する。この結果、筒部１７、１８と
粒群２３との膨張差に基づく粒間の間隙変化分、両ピス
トン２０、２２をストロークさせて上記間隙が広がるの
を抑える。したがって、粒同士の間隙が広がり粒が相対
移動しやすくなって衝突、過度のこすれ合いが生じ、粒
が破損、早期摩耗するのを防止できる。この場合、伝達
ピストン２２により粒群２３を上流側粒群２３Ａと下流
側粒群２３Ｂとに分けているので、ピストン２０、２２
が直接押圧する粒群２３の量が端部ピストン２０だけで
押す場合に比べて少なく、スムーズなピストン移動が可
能となる。また、上記にもかかわらず、長期使用により
粒の一部が破損、摩耗することがある。この場合にも、
この破損分あるいは摩耗分だけ、ピストン２０、２２が
ストロークして粒同士の間隙が過大となるのを抑えるの
で、粒の耐久性は向上することになる。

【００２９】なお、エンジンによっては、ＰＭの排出量
が多いものがある。この場合は、外周筒部１７の下流側
部分の外周面に粒群２３や微細発泡石骨粒より細かい炭
素繊維等を利用したミクロフィルタ４６を取付け、より
細かい灰分をここで捕捉するようにしてもよい。この場
合、粒群中で燃焼しなかったＰＭもミクロフィルタ４６
で燃焼することができる。このようなミクロフィルタ
は、灰分蓄積室内、たとえば灰分捕集フィルタ３３の下
流側に設けてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施態様によるパーティキュレート
・フィルタの断面を表す正面図である。

【符号の説明】

１パーティキュレート・フィルタ２入口部３酸化反応室４灰分蓄積室５出口部６ケーシング１１インレット・パイプ１３、１５保持部材１７外周筒部１８内周筒部２０端部ピストン２１スプリング（弾性体）２２伝達ピストン２３酸化反応用の粒２３Ａ上流側粒群２３Ｂ下流側粒群２４支持部材２５Ａ上流側空間２５Ｂ下流側空間２６排気温度センサ２７ヒーター３３灰分捕集フィルタ３６微細発泡石骨粒４２アウトレット・パイプ４６ミクロフィルタ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ０１Ｄ 53/94 Ｂ０１Ｄ 53/36 １０３Ｃ (72)発明者篠田智博神奈川県横浜市港北区新吉田町3219番５号株式会社エス・アンド・エスエンジニアリング内Ｆターム(参考） 3G090 AA01 AA04 BA04 DA12 4D019 AA01 BA07 BB12 BC07 BD06 CA10 CB01 CB02 CB09 4D048 AA14 AA24 AB01 CC11 CD05 4D058 JA51 JB13 JB33 KA18 KA29 MA42 MA44 RA02 SA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼装置から排出された排気ガスが導入さ
れる入口部及び排気ガスを排出する出口部を有する筒状
のケーシングと、該ケーシング内に設けられ、前記入口部から導かれた排
気ガスを通過させることで排気ガス中のパーティキュレ
ート・マターを捕捉、酸化する酸化反応用の粒群を収納
する酸化反応室と、前記酸化反応用の粒群を加熱するヒーターと、弾性体と、該弾性体により付勢されて前記酸化反応用粒群を押圧す
るピストンと、前記酸化反応室を通過した排気ガス中の灰分を捕集する
灰分蓄圧室と、を備えたこと、を特徴とするパーティキュレート・フィルタ。
【請求項２】前記ピストンは、前記酸化反応用粒群の端
部側から押圧する端部ピストンと、前記酸化反応用粒群
の間に介在して該粒群を上流側粒群と下流側粒群とに分
断する伝達ピストンと、を有すること、を特徴とする請
求項１に記載のパーティキュレート・フィルタ。
【請求項３】前記酸化反応室は、前記ケーシングとの間
に半径方向の隙間を有する外周筒部とこの外周筒部の内
側に設けた内周筒部とを、これらの両筒部の軸方向が前
記ケーシングの軸方向に沿うように配置して前記ケーシ
ング内に入れるとともに、前記外周筒部と前記内周筒部
との間に前記酸化反応用の粒群を収納させて構成したこ
と、を特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のパ
ーティキュレート・フィルタ。
【請求項４】前記ヒーターは、この少なくとも下流側部
分が前記外周筒部に対し前記内周筒部側に位置するよう
に配置したこと、を特徴とする請求項３に記載のパーテ
ィキュレート・フィルタ。
【請求項５】前記ヒーターは、前記内周筒部に沿ってス
パイラルに配置したこと、を特徴とする請求項１から４
のいずれかに記載のパーティキュレート・フィルタ。
【請求項６】前記酸化反応室は、前記入口部から導かれ
た排気ガスが前記外周筒部の外周面外側から入り、前記
酸化反応用粒群を通過した後、前記内周筒部の内周面内
側へ出るように構成してあること、を特徴とする請求項
３から５のいずれかに記載のパーティキュレート・フィ
ルタ。
【請求項７】前記酸化反応室は、前記外周筒の上流側部
分の外周面外側から上流側の前記上流側粒群を通過して
前記内周筒部の上流側部分の内周面内側へ出た排気ガス
が、前記内周筒部の下流側部分の内周面内側から流入し
て下流側の前記下流側粒群を通過した後、前記外周筒部
の下流部分の外周面外側へ出るようにしたこと、を特徴
とする請求項６に記載のパーティキュレート・フィル
タ。
【請求項８】前記酸化反応室は、前記外周筒部の外周面
外側に設けた環状の支持部材により前記ケーシングに支
持するとともに、前記支持部材により前記外周筒部外周
面と前記ケーシング内周面との間に形成され排気ガスが
通過する空間を上流側空間と下流側空間とに分断するよ
うに構成したこと、を特徴とする請求項７に記載のパー
ティキュレート・フィルタ。
【請求項９】前記酸化反応室は、前記伝達ピストンを前
記支持部材と略同一位置に配置して前記酸化反応用粒群
を上流側粒群と下流側粒群とに分断し、前記入口部から
流入した排気ガスが、前記支持部材で分断された前記上
流側空間から前記伝達ピストンで分断された前記上流側
粒群を通過した後、前記内周筒部の上流側部分の内側へ
至り、ここから前記下流側粒群を通過して前記外周筒部
の外周面外側の前記下流側空間へ流れるようにしたこ
と、を特徴とする請求項８に記載のパーティキュレート
・フィルタ。
【請求項１０】前記酸化反応用粒群は、前記パーティキ
ュレト・マターを付着可能な発泡石骨粒から構成されて
いること、を特徴とする請求項１から９のいずれかに記
載のパーティキュレート・フィルタ。