JP2002155728A - パーティキュレート・フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 排気ガス中のパーティキュレートを捕捉燃焼
させるペレットタイプのフィルタの加熱性能の向上、排
気ガス流れ抵抗の低減を可能にすることを目的とする。 【構成】パーティキュレート・フィルタ１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１
７と内周筒部１８との間に酸化反応用粒群２３を収納
し、ヒーター２７で加熱する。外周筒部外側の空間と粒
群２３は、支持部材２４、介在ピストン２２で上流側と
下流側とに分断し、排気ガスを外周筒部１７、粒群２
３、内周筒部１８の順に上流側から流し内周筒部内に流
入させた後、この逆の順に下流側から流出させる。

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
どの粒子状物質が排気系から外への排出される量を低減
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】ディゼルエンジン等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・フィルタとしては、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
ものが知られている（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）。こ
の中には、上記パーティキュレート・フィルタとして、
軸方向がこの軸方向に沿って配置されたステンレスワイ
ヤメッシュやセラミック製のハニカム構造を利用して中
空筒状の通路の外側から内側に向かって排気ガスが流れ
るようにしたものや、骨格が海綿のようになっている金
属（ニッケル、クローム、アルミニウム）の多孔体で円
筒を作っ複数個重ね、筒の内側から外側へ排気ガスを流
すようにしたものが記載されている。一方、排気ガスを
軸方向に流すフィルタ・ケーシング断面全面にわたる円
柱状のフィルタを用い、この内部に直径約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パーティキュレート・フィルタも
知られており、この構造のものは、上記ハニカム・タイ
プ等のパーティキュレート・フィルタより大きいＰＭの
吸着面積を確保でき、コストも安い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ＰＭを多量に捕捉する
には、その捕集面積をできるだけ広くしなければならな
い。この目的で、上記従来のケーシングの断面全面にわ
たる円柱状の酸化反応室を用いる場合、径や軸方向長さ
を長く設定することが考えられるが、径の拡大はパーテ
ィキュレート・フィルタを車両に搭載する上で制限さ
れ、軸方向の長さ拡大は排気ガスの流れ抵抗が増加して
しまうことになる。

【０００４】

【発明の目的】本発明の目的は、径を大きくすることな
く排気ガス中のＰＭをより多量に捕捉できる広い捕捉面
積を確保しながら排気ガスの流れ抵抗をより少なくで
き、しかも捕捉したＰＭを確実に燃焼できるようにした
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】本発明の実施態様による
パーティキュレート・フィルタにあっては、ケーシング
内に、エンジンから排出された排気ガスが導入される入
口部と、この入口部から導かれた排気ガスを通過させ酸
化させる酸化反応用の粒群を収納する酸化反応室と、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、を備えている。上記酸化反応室は、ケーシング
内に配置されて軸方向がケーシングの軸方向に沿う外周
筒部とこの外周筒部内側の内周筒部とが設けられる。そ
して、上記両筒部の間に、酸化反応用の粒群を上流側粒
群と下流側粒群とに分断されて収納する。また、入口部
から導かれた排気ガスが外周筒部の上流側部分の外周面
外側から入り半径方向内側へ向かい、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後、ここ
から軸方向下流側へ流れ、内周筒部の下流側部分の内周
面内側から入り下流側粒群を通過して外周筒部の下流部
分の外周面外側へ流れ出るように構成する。上記酸化反
応室には、ヒーターを設け、酸化反応用の粒群を加熱し
捕捉されたＰＭを加熱燃焼して灰にするようにしてあ
る。また酸化反応室から流出した排気ガス中の灰分を捕
集する排気蓄積室が酸化反応室の下流に設けられる。

【０００６】上記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稼働により排気ガスが排
出され、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・フィルタ内部へ流入する。入口部か
ら流入した排気ガスは、酸化反応室を構成する外周筒部
の上流側部分の外周面外側から半径方向内側へ向かい、
上流側の酸化反応用の粒群を通過する。この際、排気ガ
ス中のＰＭの少なくとも一部は、この酸化反応用の上流
側粒群に捕捉される。上流側粒群は、ヒーターにより加
熱されて高温となっているので、ここで捕捉されたＰＭ
は加熱燃焼され灰分となる。上流側粒群を通過した排気
ガスは、内周筒部の上流側部分の内周面内側へ出るが、
内周筒部内部の空間は、ヒーターや排気ガス自身の熱で
高温に保たれているので、排気ガスはここでさらに加熱
される。内周筒部内部の排気ガスは、この軸方向下流へ
流れ、内周筒部の下流側部分の内周面内側から入って半
径方向外側へ向かう。その結果、この排気ガスは、下流
側粒群を通過するが、この際、上流側で捕捉、燃焼され
なかったＰＭは下流側粒群で捕捉され、高温の下流側粒
群で加熱燃焼される。このようにＰＭを排除された排気
ガスは、外周筒部の下流側部分の外周面外側へ流出す
る。外周筒部下流部分の外側へ排出された排気ガスは、
ＰＭが捕捉燃焼され除去された状態で出てくるが、ＰＭ
より細かい灰分となって排気ガスに一部が含まれてい
る。この灰分は、酸化反応室の下流に設けた灰分蓄積室
で捕集、蓄積される。この結果、排気ガスは、パーティ
キュレート・フィルタからＰＭや灰分が除去された状態
で外へ排出される。上記から分かるように、排気ガスの
酸化反応室への出入りは、外周筒部と内周筒部の外周
面、内周面から流入、流出される。したがって、径の大
きさが制限されていてもその軸方向を拡大することで、
排気ガスの流入・流出面積を拡大することができ、した
がって、排気ガスの流れ抵抗を低く保ちながらＰＭの捕
捉、燃焼面積を拡大できることになる。また、このこと
により、早期目づまりを防ぐこともできるようになる。
上記に加え、排気ガス中のＰＭを上流側粒群で捕捉加熱
し、内周筒部内の高温でさらに加熱し、さらに続けて下
流側粒群で捕捉加熱するので、ＰＭを確実に捕捉燃焼し
て灰分とすることが可能となる。

【０００７】上記外周筒部と上記ケーシングとは、好ま
しくは、これら間に形成された空間を上流側空間と下流
側空間とに分割する環状の空間分断部材を有するように
構成する。これにより、入口部から流入した排気ガス
は、外周側筒部の外側にある上流側空間に導かれる。上
流側空間に導かれた排気ガスは、さらに軸方向下流に流
れて直接下流側空間へ入り込もうとするが、空間分断部
材により阻止される。この結果、上流側空間に導かれた
排気ガスは、外周筒部の上流側部分の外周面外側から内
側に入り半径方向内側へ向かわされ上流側粒群を通過さ
せられてＰＭが捕捉燃焼される。ここから内周筒部の下
流側部分の内周面内側へ流入した排気ガスは、下流側粒
群を通過し残ったＰＭが捕捉燃焼され、外周筒部の下流
側部分の外周面外側から下流側空間へ出た排気ガスは、
空間分断部材により上流側空間へ逆流するのを阻止さ
れ、確実に下流の灰分蓄積室へ流出される。

【０００８】上記空間分断部材は、好ましくは、外周筒
部の外周面及びケーシングの内周面のいずれか一方に固
定し、外周筒部の外周面及びケーシングの内周面の他方
に軸方向移動可能に係合して、酸化反応室を前記ケーシ
ングに、ケーシングから軸方向に脱着可能に支持する。
これにより、上記同様、排気ガスを最適な流れ方向に導
くことが可能となる他、空間分断部材を用いて酸化反応
室をケーシングへ支持することも可能となる。また、酸
化反応用の粒の交換等で酸化反応室をケーシングから取
り外すときは、酸化反応室をケーシングの軸方向へ移動
させることで容易に達成できる。

【０００９】上記酸化反応室は、好ましくは、外周筒部
と内周部との間に配置されて酸化反応用粒群を上流側粒
群と下流側粒群とに分割する環状の粒群分割部材を有す
るようにする。これにより、外周筒部の上流部分の外周
面外側から上流側粒群へ流入した排気ガスは、直接下流
側粒群へ流れ込むのを粒群分割部材が阻止する。この結
果、排気ガスのＰＭは、少なくともその一部が上流側粒
群で捕捉燃焼され、ここで取り逃がしあるいは燃焼し損
なったＰＭも下流側粒群でさらに捕捉加熱され燃焼され
て灰分とすることが可能となる。

【００１０】上記ヒーターは、好ましくは、この少なく
とも下流側を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、上流側粒群で加熱された排気
ガスを、ヒーターで高温に保った内周筒部内の空間でさ
らに加熱し続け、この空間の下流に流れてきた排気ガス
を直接ヒーターで加熱する。また、このヒーターは下流
側粒群を加熱し高温に保っているから、排気ガスはさら
に加熱される。したがって、排気ガス中のＰＭを高い加
熱効率で確実に燃焼することができる。

【００１１】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、ヒーターを
簡単な構造とし、製造も容易にすることが出来るように
なる。

【００１２】上記酸化反応用粒は、好ましくは、発泡石
骨粒から構成する。この発泡石骨粒は、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
小孔を有するものを数ｍｍ程度の粒径のペレット状とす
る。そして、好ましくは、外周面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らせる。また、その表面には、ニ
ッケルやコバルトなどの卑金属を付着させることで酸化
反応を促進させるようにすることも可能である。これに
よりハニカム構造や編み物構造のものに比べて、ＰＭの
広い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。、

【００１３】上記灰分蓄積室は、好ましくは、この内部
に発泡石骨粒を収納するようにする。これにより、酸化
反応室で捕捉加熱されたＰＭが灰分となり、排気ガスと
ともに下流へ流されても、灰分蓄積室に溜まるか、この
発泡石骨粒により捕集される。この結果、パーティキュ
レート・フィルタからＰＭや灰分が外へ排出されるのを
防ぐことが可能となる。

【００１４】上記灰分蓄積室の発泡石骨粒は、好ましく
は、この径を前記酸化反応室の発泡石骨粒より小さくす
る。これにより、ＰＭより細かくなる灰分をも確実に捕
集することができる。

【００１５】上記外周筒部は、好ましくは、この下流側
部分の外周に前記酸化反応室及び前記灰分蓄積室の酸化
反応用の粒群よりも目の細かいミクロフィルタを設け
る。これにより、ＰＭや灰分の多い燃焼装置にあって
も、確実にＰＭや灰分を捕集できる。

【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でき
る外径とした円筒状の上記筒部１０ａと、この筒部１０
ａ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１
１が貫通挿入されて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１１の入口側空間１２への挿入部分外周に複数の連
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の当接円内に複数の連通孔１０ｃ
が、当接円外には複数の連通孔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の外周面に設けた連通孔
１１ａから入口側空間１２へ出て側面部１０ｂの連通孔
1１ｄから流出するものとに分かれるので、側壁部１０
ｂ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１０
ａの左端がケーシング６の左端部に、ボルト７ａ及びナ
ット８ａで軸方向へ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より径方向外側位置に複数の連通孔１
３ｂ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１
５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１５ａの取付け部材１６より径方向外側に複数の連通
孔１５ｂ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、
１６ａ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ったものである。そし
て、表面には酸化反応促進のため、ニッケルやコバルト
などの卑金属を固着しておくとよい。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１
９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にて端部ピストン２０を
付勢し粒群２３を押圧する。この押圧力は、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同士の表面
の一部が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間位置
に伝達ピストン（粒群分断部材）２２が設けられて、酸
化反応用粒群２３を上流側粒群２３Ａと下流側粒群２３
Ｂとに分割する。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のケーシング６からの取り
外し時には、支持部材（空間分断部材）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をケーシング６から取り外す時に
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１３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３０、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で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との間の隙間に、カラー３５を挟んだ状態
で、酸化反応室３内の発泡石骨粒より径が小さい微細発
泡石骨粒３６が多数収納され、カラー３５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、３２
ｃが形成され排気ガスを通過可能としている。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４０ｂとを有している。この筒部４０ｂの下流端
は、ボルト７ｂ及びナット８ｂでケーシング６に、軸方
向へ取り外し可能に固定される。またこの筒部４０ｂ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の中心部には貫
通孔４０ａが形成され、この貫通孔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、上記貫通孔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４
１ａには、アウトレット・パイプ４２の当接する円の内
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に形成した連通孔１
７ａ、１８ａ、３２ｃ、３４ａ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１０ａのインレット・パイプ１１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１４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２３群Ａは、この微細な孔で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１８ａを通って、この内部空間へ至る。こ
のとき、介在ピストン２２が粒群２３中にあるので上流
側粒群２３Ａ中の排気ガスは、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２７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、下
流側粒群２３Ｂの微細孔に捕捉燃焼されなかったＰＭを
捕捉する。この下流粒群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。なお、上記で説明した排
気ガスの流れは、図中、幅広の矢印で示してある。

【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、比較的細か
いものは円盤状プレート３４の連通孔３４ａを通って微
細発泡石骨粒３６の微細孔により捕集される。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４１ｂを通り、一部は出口側空間４
５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４２の内部に入り、
また残りは直接アウトレット・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。

【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は、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が、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、さらに介在ピストン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２
３との膨張差に基づく粒間の間隙変化分、両ピストン２
０、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、粒が早期
破損、早期摩耗するのを防止できる。この場合、介在ピ
ストン２２により粒群２３を上流側と下流側とに分けて
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】以上のように、上記パーティキュレート・
フィルタにあっては、排気ガス中のＰＭは、上流側粒群
２３Ａで捕捉燃焼、次いで内周筒部１８内の高温に保っ
た空間で加熱、逃れたＰＭをさらに下流側粒群２３Ｂで
捕捉燃焼し、これらで発生した灰分を灰分蓄積室で捕集
するので、排気ガスからＰＭ及びこの灰分を確実に除去
できる。また、上記両筒部は、径方向が制限受けるのに
対し、軸方向の長さを比較的自由に取れる。したがっ
て、両筒部の外周面、内周面も、軸方向長さを長くする
ことで径方向にあまり大きくすることなく、排気ガスが
流入、流出する面積を確保できる。したがって、排気ガ
スの流れ抵抗を小さくでき、早期目づまりも防止でき
る。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
周面に酸化反応用の粒群２３や微細発泡石骨粒３６より
細かい目の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 ２２ 介在ピストン（粒群分断部材） ２３ 粒 ２４ 支持部材（空間分断部材） 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 (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 AA04 BA04 DA12 4D019 AA01 BA07 BB12 BC07 CA03 CB04 4D058 JA51 JB02 JB39 KA18 KB11 MA42 MA44 SA08

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【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、 該ケーシング内に軸方向が外ケーシングの軸方向に沿う
   ようにそれぞれ配置された外周筒部とこの外周筒部内側
   の内周筒部との間に、酸化反応用の粒群を上流側粒群と
   下流側粒群とに分けて収納し、前記入口部から導かれた
   排気ガスが前記外周筒部の上流側部分の外周面外側から
   入り半径方向内側へ向かい、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後、
   ここから前記内周筒部の下流側部分の内周面内側から入
   り半径方向外側へ向かい、前記下流側粒群を通過して前
   記外周筒部の下流部分の外周面外側へ流れ出るようにし
   た酸化反応室と、 前記酸化反応用粒群を加熱するヒーターと、 前記酸化反応室から流出した排気ガス中の灰分を捕集す
   る排気蓄積室と、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。
2. 【請求項２】前記外周筒部と前記ケーシングとは、これ
   ら間に形成された空間を上流側空間と下流側空間とに分
   割する環状の空間分断部材を有すること、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。
3. 【請求項３】前記空間分断部材は、前記外周筒部の外周
   面及び前記ケーシングの内周面のいずれか一方に固定
   し、前記外周筒部の外周面及び前記ケーシングの内周面
   の他方に係合して、前記酸化反応室を前記ケーシング
   に、該ケーシングから軸方向に脱着可能に支持したこ
   と、を特徴とする請求項２に記載のパーティキュレート
   ・フィルタ。
4. 【請求項４】前記酸化反応室は、前記外周筒部と前記内
   周筒部との間に配置され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する環状の粒群分割部材を有
   すること、を特徴とする請求項１から３のいずれかに記
   載のパーティキュレート・フィルタ。
5. 【請求項５】前記ヒーターは、少なくともこの下流側を
   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１から４に記載のパー
   ティキュレート・フィルタ。
6. 【請求項６】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５に記載
   のパーティキュレート・フィルタ。
7. 【請求項７】前記酸化反応用粒は、発泡石骨粒から構成
   したこと、を特徴とする請求項１から６のいずれかに記
   載のパーティキュレート・フィルタ。
8. 【請求項８】前記灰分蓄積室は、この内部に発泡石骨粒
   を収納していること、を特徴とする請求項１から７のい
   ずれかに記載のパーティキュレート・フィルタ。
9. 【請求項９】前記灰分蓄積室の発泡石骨粒は、この径を
   前記酸化反応室の発泡石骨粒より小さくしたこと、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。
10. 【請求項１０】前記外周筒部は、この下流側部分の外周
    に前記酸化反応室及び前記灰分蓄積室の粒よりも目の細
    かいミクロフィルタを設けたこと、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。