JP2959595B2

JP2959595B2 - 微粒子浄化フィルタ装置

Info

Publication number: JP2959595B2
Application number: JP3200354A
Authority: JP
Inventors: 寿治近藤; 照高影山; 信彦村田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1991-08-09
Filing date: 1991-08-09
Publication date: 1999-10-06
Anticipated expiration: 2014-10-06
Also published as: JPH0544441A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、ディーゼル機
関の排気中に含まれる微粒子成分を補集する排気浄化装
置に関するものであり、特にこの排気浄化装置に付着し
た微粒子成分を燃焼除去させるヒータ手段に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ディーゼル機関より排出される
微粒子成分（以下パティキュレートと称す）を、例えば
セラミック製ハニカムフィルタで補集しようとする場
合、従来のように、フィルタの内燃機関側の端面のみヒ
ータを形成するだけでは、フィルタ外周部に燃え残りが
発生したり、フィルタ内外の温度勾配が大きくなってし
まい、そのためフィルタにクラックが発生してしまうと
いう問題が生じていた。

【０００３】そのため、これらの問題を解決するため
に、特開平２−１２３２１９号公報に示されているよう
に、フィルタの外周部にヒータを形成することが提案さ
れている。

【０００４】しかし、このように、単にフィルタの外周
にヒータを形成したのでは、以下に示すような問題が生
じてしまう。即ち、従来は、単にフィルタにヒータがコイル状または波状
に巻きつけてあるのみであるため、ヒータが高温になる
と、ヒータ自体が軟化変形してしまうために、ヒータへ
の通電使用時には、図７および図８に示すように、ヒー
タ自体の変形による、ヒータ間の接触が生じ、その接触
箇所が接触抵抗のため高温となり、断線してしまう。

【０００５】また、ヒータが短絡することになるので、
全体の抵抗が低くなり、ヒータの過剰加熱が生じ、ヒー
タの断線等の問題が生じてしまう。ヒータ線が細く直列配置のため、ヒータ抵抗が高くな
ってしまい、十分なヒータの発熱温度が必要な場合に
は、車載用バッテリー以上の高電圧を要求されるため、
十分なヒータの発熱を得ることができない。

【０００６】また、その対策として、図９および図１０
のように、ヒータを分割する方法があるが、このような
形状では、電極数が増加してしまい、全体の構成が複雑
になってしまうという問題が生じてしまう。従来のヒータ形状は、ヒータを均等加熱させるように
なっているが、このようなフィルタへの加熱では、フィ
ルタのケーシング後の放熱バランスの違いによって、フ
ィルタの外周において、フィルタ軸方向の略中央部分に
おいて、フィルタの温度が高く、上流側および下流側で
温度が低いという温度の不均一化が生じてしまい、フィ
ルタのクラックの発生が起きてしまう。

【０００７】図１１に、その実験結果を示す。図１１に
示す如く、従来のヒータ形状では、フィルタの加熱温度
が略中央部において、最も高くなってしまい、クラック
等の原因となってしまう。これは、フィルタの中央部で
あればあるほど、熱の放熱性が悪くなり、熱がこもって
しまうためである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、上
記問題点を鑑みて得られた発明であり、フィルタの熱に
よるクラックが発生することなしで、フィルタによって
補集された微粒子を低電圧で確実に燃焼除去させる微粒
子浄化フィルタ装置を提供することを目的とするもので
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、一
端側において、微粒子を含む流体を取り込む入口部を有
し、他端側において、微粒子が除去された前記流体を排
出する出口部を有するフィルタと、このフィルタによっ
て補集された微粒子を燃焼除去可能なように、フィルタ
を加熱可能となし、フィルタの外周側面において、一端
側領域とその反対側である他端側領域との間の略中央部
における抵抗値が、一端側領域および他端側領域の抵抗
値よりも低くなるように形成されたヒータ部を有するヒ
ータ手段とからなる微粒子浄化フィルタ装置を提供する
ものである。

【００１０】

【作用】従来のフィルタに、本発明のヒータ部を採用す
ることによって、このヒータに電圧を印加した場合、加
熱温度がフィルタの略中央部分がその上流側および下流
側に対して低くすることができるので、フィルタの略中
央部分の過剰な加熱を防ぐことができる。

【００１１】また、抵抗値を変化させることによって、
フィルタの必要な箇所のみを十分に加熱することがてき
るので、車載バッテリーでも十分な電圧でも、必要な加
熱温度を得ることができる。

【００１２】

【発明の効果】本発明の内燃機関用浄化装置では、フィ
ルタの外周側面の一端側領域と他端側領域との間の略中
央部における抵抗値が、一端側領域および他端側領域の
抵抗値よりも低くなるように形成されたヒータをフィル
タの外周側面に設けたので、フィルタケーシング後の放
熱バランスを考慮した上でフィルタの加熱を略均一に行
うことができ、フィルタの熱によるクラックが発生する
ことなしで、フィルタに付着した微粒子を低電圧で確実
に燃焼除去させることができた。

【００１３】

【実施例】図１は、本発明の内燃機関用排気浄化装置の
システムを示す概略図である。１は内燃機関であるディ
ーゼルエンジン、２は燃料噴射ポンプ、３は排気通路で
ある吸気マニホールド、４は燃料系配管、５はディーゼ
ルエンジンの冷却用ファン、６はトランスミッション、
７はエンジン回転数検出部、８はエンジン負荷検出部、
９はエンジン水温検出部、１０は排気通路である排気マ
ニホールド、１１は排気ガス温度検出部、１２は排気ガ
ス圧力検出部、１３は本発明のパティキュレート補集用
フィルタ、１４はこのフィルタのケース、１５はフィル
タ１３の下流側に設けられた排気ガス温度検出部、１６
はマイクロコンピュータ（以下ＥＣＵと称す。）であ
る。

【００１４】エンジン負荷検出部８、エンジン水温検出
部９、排気ガス温度検出部１１および１５、排気ガス圧
力検出部１２には周知の図示しない検出器がそれぞれ設
けられ、各検出器によって出力された検出値はＥＣＵ１
６に入力するようになっている。

【００１５】フィルタ１３は、コージエライト製ハニカ
ムフィルタよりなり、一端側である内燃機関１の排ガス
の入口部に開口が形成されている所の他端側である排ガ
スの出口部の開口端は、図示しない閉塞部材によって閉
じられ、また一端側の開口端が閉塞部材１３０によって
閉じられている所の他端側の開口端は開口されたハニカ
ム形状をなしている。

【００１６】そして、このフィルタ１３のケース１４へ
の固定は、フィルタ１３の周囲に、セラミック系繊維
（具体的な材質を記載してください。例えば、バーミキ
ュライト、ひる石よりなる。）をシート状に固めたシー
ル材１７が設けられ、このシール材１７を介してケース
１４に収められる。そして、このシール材は、一定温度
（例えば５００℃）になると膨張する性質をもってお
り、フィルタ１３は、ケーシング後の加熱によるシール
材１７の膨張圧により、ケース１４に固定される。

【００１７】また、フィルタ１３の外周には、Ｃｒ、Ａ
ｌおよびＦｅを主成分とするニクロムまたはカンタル材
等の板材からなるヒータ手段であるパティキュレート燃
焼用ヒータ２０が設けられている。そして、このヒータ
２０は、車載用バッテリー２１からの電圧の印加によっ
て、加熱し、フィルタ１３が補集したパティキュレート
を燃焼除去する。このヒータ２０は、フィルタ１３とシ
ール材１７との間に介在し、シール材１７の膨張圧によ
って、確実に固定されている。

【００１８】さらに、ヒータ２０と車載用バッテリー２
１との間には、ＥＣＵ１６からの信号によって、ヒータ
２０と車載用バッテリー２１との間を導通制御を行う加
熱用リレー２２が設けられている。

【００１９】このヒータ２０への電圧印加時期は、エン
ジン負荷検出部８、エンジン水温検出部９、排気ガス温
度検出部１１および１５、排気ガス圧力検出部１２に設
けられた周知のセンサからのＥＣＵ１６への入力信号に
よって決定され、加熱用リレー２２がＥＣＵ１６からの
加熱開始信号を入力して、ヒータ２０と車載用バッテリ
ー２１とを導通させ、ヒータ２０の発熱を促し、フィル
タ１３が補集したパティキュレートを燃焼除去する。

【００２０】次に、図２に本発明のフィルタ１３の外周
に形成するヒータ２０の形状について詳細に述べる。本
発明のヒータ２０は、フィルタ１３の外周側面に、この
フィルタ１３の一端側である一端側領域１３ｂとその反
対側である他端側領域１３ｃの略中央部１３ａに近づく
につれて、抵抗値が低くなるように、幅が徐々に広くな
ったフィルタの軸方向に長軸を有する楕円形状の複数の
ヒータ部２５が形成されている。

【００２１】そして、このフィルタ１３の略中央部１３
ａにおいて、この複数のヒータ部２５がこのヒータ部と
同様の材質よりなり、ヒータ部２５の略中央部１３ａの
幅以上の幅を有する導電連結部２０ａによって、電気的
に導通され、ヒータ２０を構成している。

【００２２】このヒータ２０のフィルタ１３への形成方
法は、あらかじめ図２の如く形状に成型したニクロムま
たはカンタル材等の厚さ０．５ｍｍの板材を、レーザー
カット成型した後、フィルタ１３に巻きつけることによ
って、ヒータ２０を第２図の如くフィルタ１３に設け
た。

【００２３】そして、このヒータ２０が巻付けられたフ
ィルタ１３を前述の如くケース１４に取り付ける際、フ
ィルタ１３をシート材１７によって押圧力させることに
よって、同時にヒータ２０のフィルタ１３の固定を確実
にしている。

【００２４】図３にヒータ部２５の詳細な寸法の一例を
示す。本実施例のヒータ部２５の長さｈは、フィルタ１
３の全長と同等かそれより１０％程度短くても十分パテ
ィキュレートの燃焼除去できることが確認された。

【００２５】本発明のヒータ部２５の幅は、最も細い箇
所ａ（フィルタ１３の上流側部１３ｂおよび下流側部１
３ｃに相当する箇所）では、０．５〜３．０ｍｍ、最も
太い箇所ｂ（フィルタ１３の略中央部１３ａに相当する
箇所）で１．０〜３．５ｍｍが良好であり、これより幅
が狭いと熱変形に弱く、また板状ヒータを使用しても、
加熱面積が十分活かされない。逆に、この範囲よりヒー
タ２５の幅が広いとヒータ部２５の加熱に相当量の電流
が必要となってしまい全体のシステムの負担が非常に大
きくなってしまう。

【００２６】ヒータ部２５の楕円形状の内側部２５ａの
幅ｃは、０．５〜３．０ｍｍが良く、０．５ｍｍ以下で
あるとヒータ部２５のリークの危険が高くなり、また、
３．０ｍｍ以上であるとフィルタを十分カバーできず、
フィルタの均一加熱が十分できなくなってしまう。

【００２７】複数のヒータ部２５の接続部２６の幅ｄ
は、２．０〜２０ｍｍが良く、２．０ｍｍ以下である
と、強度がなくなり、また２０ｍｍ以上であるとヒータ
の全体抵抗が低くなってしまいフィルタへの加熱温度が
低くなってしまう。しかし、ヒータ部２５の詳細な寸
法は、フィルタ１３がケーシングされた後でも、ヒータ
２０によって、均一に加熱可能なように任意に設定して
もよい。

【００２８】また、フィルタ１３の外周側面中に占める
この連続した楕円形状をなすヒータ２０の占有面積は、
フィルタ１３の外周側面全体の面積の約３０〜６０％程
度が、フィルタ２０の再生中において、最もフィルタ２
０の発熱が均一に維持できることを見出すことができ
た。

【００２９】さらにまた、フィルタ１３の大きさが変わ
ったとしても、上記ヒータ部２５の各寸法内に設定する
とともに、ヒータ部２５の数を変更することによって、
同等のフィルタ１３への加熱を行うことができる。

【００３０】以上のように、第１実施例においては、ヒ
ータを板材としたので、ヒータ自体の変形を少なくする
ことができ、ヒータ２０間に特殊な絶縁物を介すること
なくヒータ同士の接触を防止することができる。

【００３１】また、従来のような直列配置でなく並列配
置とし、単にヒータ２０の幅を変化させることによっ
て、抵抗値および発熱量を設定させたので、ヒータ抵抗
を低くおさえることができ、車載用バッテリーであって
も十分な発熱量を得ることができる。

【００３２】図４は本発明の第２実施例を示す。ここで
は、フィルタ３０の温度分布に応じてヒータ３１のピッ
チおよび形状を任意に設定してもよい。

【００３３】図５に、第２実施例に使用するヒータ３１
の単体の形状を示した。図６は本発明の第３実施例を示
すものであり、フィルタ４０の外周にヒータ４１をコイ
ル状に巻いている。この時、このヒータ４１は、フィル
タ４０の外周の略中央部４０ａにおいては、上流側部４
０ｂおよび下流側部４０ｃに比べて抵抗値が小さくなる
ように幅が広い形状となっている。

【００３４】前記第１実施例において、ヒータ２０の形
状をフィルタ２０の軸方向に沿った長軸を有する楕円形
状としたが、ヒータ形状はこれに限るものではなく、例
えば図７の如くひし形および図８の如くフィルタ２０の
一端および他端側から所定距離だけ中央部側に向かって
幅が同一のヒータを形状としてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の内燃機関用排気浄化装置
の概略図である。

【図２】本発明の第１実施例のフィルタの構成図であ
る。

【図３】ヒータ部の拡大図である。

【図４】本発明の第２実施例を示すフィルタの構成図で
ある。

【図５】本発明の第２実施例を示すヒータ形状を示す構
成図である。

【図６】本発明の第３実施例を示すフィルタの構成図で
ある。

【図７】本発明の他の実施例のヒータ形状を示す模式図
である。

【図８】本発明の他の実施例のヒータ形状を示す模式図
である。

【図９】従来のコイル状ヒータの時の断線状態図であ
る。

【図１０】従来の蛇行状ヒータの時の断線状態図であ
る。

【図１１】従来の電極分割タイプの概略図である。

【図１２】従来の電極分割タイプの概略図である。

【図１３】従来のフィルタ加熱時のフィルタ軸方向の加
熱バランス状態を示す特性図である。

【符号の説明】

１３フィルタ２０ヒータ手段２５ヒータ部

フロントページの続き (56)参考文献特開平５−106425（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−87817（ＪＰ，Ａ) 特開平１−232105（ＪＰ，Ａ) 特開平２−123219（ＪＰ，Ａ) 実開平３−17225（ＪＰ，Ｕ) 実公平２−18276（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F01N 3/02 301 - 341

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一端側において、微粒子を含む流体を取
り込む入口部を有し、他端側において、前記微粒子が除
去された前記流体を排出する出口部を有するフィルタ
と、該フィルタによって補集された微粒子を燃焼除去可能な
ように、前記フィルタを加熱可能となし、前記フィルタ
の外周側面において、一端側領域とその反対側である他
端側領域との間の略中央部における抵抗値が、前記一端
側領域および前記他端側領域の抵抗値よりも低くなるよ
うに形成されたヒータ部を有するヒータ手段と、からなることを特徴とする微粒子浄化フィルタ装置
【請求項２】前記ヒータ部は、前記フィルタの外周全
体に略均等に設けられるように形成されていることを特
徴とする請求項１記載の微粒子浄化フィルタ装置。
【請求項３】前記ヒータ部は、前記フィルタの外周側
面において、前記一端側領域と前記他端側領域との間の
略中央部に近づくにつれて、徐々に抵抗値が低くなるよ
うに形成されていることを特徴とする請求項１乃至２い
ずれか記載の微粒子浄化フィルタ装置。
【請求項４】一端側において、微粒子を含む流体を取
り込む入口部を有し、他端側において、前記微粒子が除
去された前記流体を排出する出口部を有するフィルタ
と、該フィルタの軸方向に沿った長軸を有する楕円形状であ
るとともに、前記フィルタの外周側面の一端側領域とそ
の反対側の他端側領域との中間の略中央部の抵抗値が、
前記一端側領域および前記他端側領域の抵抗値よりも低
くなるように、前記略中央部よりも前記一端側領域と前
記他端側領域の幅が小である、ヒータ部を有するヒータ
手段と、からなることを特徴とする微粒子浄化フィルタ装置。
【請求項５】前記ヒータ部は、前記フィルタの外周全
体に略均等に設けられるように形成されていることを特
徴とする請求項４記載の微粒子浄化フィルタ。
【請求項６】前記ヒータ手段は、前記フィルタの外周
の約３０〜６０％を占めていることを特徴とする請求項
４乃至５いずれか１記載の微粒子フィルタ浄化装置。
【請求項７】前記ヒータ部の長さは、前記フィルタの
全長より１０パーセント短い長さから前記フィルタの全
長から同等長さであることを特徴とする請求項４乃至６
いずれか１記載の微粒子フィルタ浄化装置。