JP4308464B2 - 分割されたヒータを備えた排気ガス浄化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は，エンジンから排出される排気ガスに含まれるパティキュレート物質をフィルタで捕集し，捕集されたパティキュレート物質をフィルタに設けたヒータに通電して加熱焼却してフィルタを再生する排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来，ディーゼルパティキュレートフィルタ即ち排気ガス浄化装置として，ディーゼルエンジンから排気される排気ガス中には，浮遊粒子のカーボン，すす，ＨＣ，ＳＯX 等から成るパティキュレート物質を除去するため，セラミックス繊維を積層した構造のフィルタ，或いは多孔質セラミックスから成るハニカム構造のフィルタが使用されている。フィルタがパティキュレート物質を捕集する場合には，セラミックス繊維材のフィルタにパティキュレート物質の粒子が引っ掛かり，これらの粒子が逐次大きくなり，隣接する繊維材間の隙間を埋めながら堆積していく。また，パティキュレート物質を捕集したフィルタは，パティキュレート物質を加熱焼却して再生する必要があり，その時にフィルタに設けたヒータに通電してパティキュレート物質を加熱焼却してフィルタを再生しなければならない。フィルタの再生には，多量の電力が必要であり，その多量の電力を得るため，エンジンには，例えば，永久磁石式発電機が設けられている。
【０００３】
また，実開昭６１−１４９７１５号公報に開示されているディーゼルパティキュレート排気処理装置は，排気ガス流路内に配設された排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ部材と，該フィルタ部材の排気ガス流入方向端部に近接して配設されたパティキュレートを着火燃焼させるヒータ部材とを有し，更にフィルタ部材中に排気ガスの流れる方向に貫通するように設けられた空洞と，該空洞へ流れる排気ガスの流量を捕集されたパティキュレートを着火燃焼させる時に増加させる流量制御機構とを有する。
【０００４】
また，特開平８−３１２３２９号公報に開示された自己再生機能を持つディーゼルパティキュレートフィルタ装置は，パティキュレートの着火温度を低下させ，通電金網への電力の供給を低減できるものであり，排気系に設けた一対の排気ガス通路にフィルタをそれぞれ配置し，各フィルタに通電金網と酸化反応温度を低下させる酸化触媒用金網を配置したものである。該ディーゼルパティキュレートフィルタ装置は，排気ガス通路に設けたシャッタ弁を，所定値以上の排圧に応答して排気ガス流量を自動的に絞るように作動させ，酸化触媒用金網によってパティキュレートの着火温度が低下し，シャッタ弁を閉鎖すると、パティキュレートは容易に着火燃焼する。
【０００５】
また，ディーゼルパティキュレートフィルタを構成するフィルタは，セラミックス不織布を用いたものが知られている（例えば，特許第３１６４９６６号参照）。ディーゼルパティキュレートフィルタは，排気ガス中に含まれるパティキュレート物質を捕集するフィルタをセラミックス不織布で作製し，捕集効率を向上させ，セラミックス不織布の繊維飛散性を低下させ，耐久性及び耐腐食性を向上させたものであり，セラミックスフィルタをセラミックス不織布で内側と外側との間で周方向に順次に襞状に折り曲げて筒状に形成し，セラミックス不織布の目付け重量を２００〜３５０ｇ／ｍ2 の範囲に設定し，セラミックス不織布の繊維長を３５ｍｍ以上に調整し，フィルタに捕集されたパティキュレート物質を加熱焼却するためセラミックス不織布から成るフェルトに排気ガス流入側に金網ヒータを配設し，フェルトの排気ガス流入側の全面を金網ヒータによって囲んだものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，上記のようなディーゼルパティキュレート排気処理装置は，フィルタに近接して配設されたヒータによって捕集されたカーボン，スモーク等のパティキュレートを着火燃焼し，フィルタを再生している。従って，排気ガス浄化装置は，フィルタの先端以外の領域の再生には火炎の伝播を利用しており，フィルタへのすす付着の不均一さにより未燃焼すすによる再生不良や異常燃焼によるフィルタの溶損，それらによる熱応力によるフィルタの破損が発生することが問題になっている。従来のディーゼルパティキュレートフィルタは，２つのフィルタを設けたものであり，一方のフィルタによって排気ガス中に含まれるパティキュレート物質を捕集し，他方のフィルタに捕集されたパティキュレート物質をヒータに通電してフィルタを再生している。そのため，該ディーゼルパティキュレートフィルタでは，排気ガス中のパティキュレート物質を捕集するフィルタの有効活用できる割合は，１個のフィルタが再生処理されるシステムとなり，５０％と低くなる。また，フィルタを再生処理するために消費電力が大きく，車両等が有する電力では不足するのが現状である。
【０００７】
また，従来のディーゼルパティキュレートフィルタに使用されているフィルタは，セラミックス繊維材で筒状で襞状に折り曲げられて表面積が大きくなる形状に形成されているが，パティキュレート物質を加熱燃焼させる時にフィルタとその雰囲気温度は上昇し，その上昇温度によって襞状の円筒体が熱変形するので，その形状を維持するため，襞状のフィルタの折り曲げ部を耐熱性セラミックス等で補強しなければならず，また，フィルタが円筒状であるためハウジング内への配設が複雑になり，フィルタの部品点数が多くなり，製造コストがアップするという問題があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は，上記の課題を解決することであり，フィルタに捕集されたパティキュレート物質を加熱焼却する再生所要時間がフィルタによる排気ガス中のパティキュレート物質の捕集所要時間より短いことに着眼し，フィルタに設けたヒータを長手方向に二分割し，フィルタを半分ずつ再生処理し，消費電流値を低減すると共に，先に再生したフィルタ部分の再生熱の予熱を，後に行うフィルタ部分の再生熱として利用して消費電力を低減し，また，ハウジングに少なくとも３個の区画室にフィルタをそれぞれ配設し，少なくとも２個のフィルタによって排気ガスに含まれるパティキュレート物質を捕集し，フィルタの捕集有効活用率をアップすると共に，１個のフィルタのヒータの通電によってフィルタに捕集されたパティキュレート物質を加熱焼却し，ヒータへ供給する消費電力を低減してフィルタの加熱焼却を短時間に確実に達成してフィルタを順次に再生し，全体として構造が簡単化し，制御が容易である排気ガス浄化装置を提供することである。
【０００９】
この発明は，エンジンからの排気ガスを排出する排気管に接続されたハウジング，前記ハウジング内に配置された前記排気ガスに含まれるパティキュレート物質を捕集するフィルタ，及び前記フィルタに捕集された前記パティキュレート物質を加熱焼却して前記フィルタを再生するためのヒータを有する排気ガス浄化装置において，
前記ハウジングは，前記排気管に連通した前記排気ガスが送り込まれるガス室を形成する入口管，前記ガス室に接続して隔壁によって少なくとも３個以上に分割され且つ前記フィルタが内外周に排気ガス通路を形成してそれぞれ配置された区画室，及び前記区画室に接続され前記区画室から送り出される前記排気ガスを集合する集合管を有し，前記区画室の排気ガス入口には前記排気ガス入口を開閉するための開閉弁がそれぞれ配置され，
前記フィルタは，耐熱性に優れた一対のセラミックス不織布，前記セラミックス不織布を前記排気ガスの流れの上下流方向から挟み込んで保持する一対の金網，及び前記セラミックス不織布間に配置された前記ヒータから構成された５層構造に形成され，
前記ヒータは，前記フィルタの長手方向の排気ガス入口側の入口側ヒータと排気ガス出口側の出口側ヒータとに二分割されて構成され，前記フィルタを再生する時に，前記入口側ヒータと前記出口側ヒータとのいずれか一方を通電し，次いで他方を通電制御するコントローラを有し，
前記コントローラは，前記排気管からの前記排気ガスを前記区画室へ送り込むため前記開閉弁を開放制御し，前記フィルタに捕集された前記パティキュレート物質を加熱焼却して前記フィルタを再生するため前記開閉弁を閉鎖制御すると共に，前記入口側ヒータへ通電して前記フィルタの入口側部分を再生した後に，前記出口側ヒータへ通電して前記フィルタの出口側部分を再生する制御を行うことを特徴とする排気ガス浄化装置に関する。
【００１０】
この排気ガス浄化装置において，前記ヒータを構成する前記入口側ヒータと前記出口側ヒータは，前記フィルタの周方向に延びる縦線と長手方向に延びる横線から成る金網ヒータから形成されている。
【００１１】
前記金網ヒータの前記縦線は，前記フィルタの両端部に位置する部分で密に且つ中央部に位置する部分で粗に構成されている。或いは，前記入口側ヒータと前記出口側ヒータとを構成する前記金網ヒータの前記縦線は，前記入口側ヒータと前記出口側ヒータとの両端部に位置する部分で密に且つ中央部に位置する領域で粗にそれぞれ配設されている。
【００１２】
前記入口側ヒータを構成する前記金網ヒータの前記縦線は，前記入口側ヒータの両端部に位置する部分で密に且つ中央部に位置する領域で粗に配設され，また，前記出口側ヒータを構成する前記金網ヒータの前記縦線は前記フィルタの端部に位置する部分で密に且つそれ以外の部分で粗に構成されている。
【００１３】
また，この排気ガス浄化装置において，前記コントローラは，少なくとも２個の前記区画室の前記開閉弁を開放して前記排気ガスに含まれる前記パティキュレート物質を前記フィルタに捕集する捕集処理と，少なくとも１個の前記区画室の前記開閉弁を閉鎖して前記ヒータに通電して前記フィルタに捕集された前記パティキュレート物質を加熱焼却する再生処理とを順次経時的に制御するものである。
【００１４】
この排気ガス浄化装置は，上記のように，フィルタに設けたヒータを長手方向に二分割し，フィルタを半分ずつ再生するように構成したので，ヒータに通電する電力は小さくて済み，先に行ったフィルタの再生熱の予熱を後に行うフィルタの再生熱に有効に利用でき，トータルとして消費電力を低減でき，例えば，車両等の電力の不足するものに適用して好ましいものである。また，この排気ガス浄化装置は，ハウジング内を隔壁によって分割された３個以上の区画室にフィルタがそれぞれ配置して前記区画室に開閉弁をそれぞれ配置したので，その内の１個のフィルタを再生し，２個以上で排気ガスからパティキュレート物質を捕集するように，パティキュレート物質による目詰まり状態の異なる少なくとも３個のフィルタの交互の再生処理を行うことができ，それによって排気ガス中からのパティキュレート物質を捕集するフィルタの捕集有効活用率をアップさせると共に，１個のフィルタの再生処理をすることになり，ヒータに通電するのに必要な電力消費を２個で交互に再生する場合に比較して低減することができる。また，この排気ガス浄化装置は，パティキュレート物質の捕集作動を３個のうち２個で行うので，１個で行う場合に比較して排気ガスの捕集経過時間における圧力損失の変化を低く，例えば，２／３以下に抑えることができ，ＮＯX の発生を低減するためにＥＧＲ処理を行う場合でも排気ガス圧の変動が大幅に低減できるため，スムースなＥＧＲを行うことができ，従って，パティキュレート物質を効率的に捕集すると共に，ＥＧＲによるＮＯX の発生を低減することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下，図面を参照して，この発明による排気ガス浄化装置の実施例を説明する。この排気ガス浄化装置は，エンジンから排出される排気ガスに含まれるカーボン，すす，ＨＣ，ＳＯX 等から成るパティキュレート物質をハウジング１内に配設したフィルタ２で捕集し，フィルタ２に捕集されたパティキュレート物質をフィルタ２に設けたヒータ６に通電して加熱焼却し，フィルタ２を再生するものであり，車両に搭載するのに最適である。
【００１６】
この排気ガス浄化装置は，ハウジング１がエンジンからの排気ガスが流入する入口側排気管１１と浄化された排気ガスが排出する出口側排気管１２とに接続され，入口側排気管１１は，エンジンで発生した排気ガスが排出される排気管（図示せず）に接続されて組み込まれている。この排気ガス浄化装置は，車両のボディやフレームに対してブラケット等で簡単に取り付けることができ，例えば，消音機能を有するので既存の車両に設けたマフラーの代わりにマフラーの設置場所に容易に取り付けることもできる。また，この排気ガス浄化装置は，ハウジング１の外面を遮熱部材等で容易に遮熱構造に構成でき，車両等への熱による障害が発生しないように構成できることは勿論である。
【００１７】
ハウジング１は，図７に示すように，隔壁４によって少なくとも３個以上（図２，３，７では３個）の区画室３に分割され，区画室３にはフィルタ２がその外側に排気ガス通路３３を形成するようにそれぞれ配置されている。フィルタ２は，一端がフィルタ保持パイプ７１によってハウジング１にそれぞれ保持されると共に，他端が支持部材４７によってねじ４９等でハウジング１にそれぞれ支持されている。また，フィルタ２の外側の排気ガス通路３３には，フィルタ２の外周面に隔置して筒状反射板５０が支持部材４７で支持されて配置されている。ハウジング１の上流側には，入口側排気管１１に連通し且つ入口側排気管１１からの排気ガスを区画室３へ送り込むガス室１７を形成する入口管７が接続され，また，ハウジング１の区画室３には出口側排気管１２に連通し且つ区画室３から送り出される排気ガスを集合する集合管８が接続されている。また，区画室３の排気ガス入口１３を開閉するための開閉弁５がそれぞれ配置されている。
【００１８】
また，コントローラ１０は，入口側排気管１１からの排気ガスを区画室３へ送り込むため，開閉弁５を開放制御すると共に，フィルタ２に捕集されたパティキュレート物質を加熱焼却してフィルタ２を再生するため，開閉弁５を閉鎖制御すると共にフィルタ２に設けたヒータ６を通電制御する。ヒータ６への通電は，コントローラ１０の制御によってバッテリ５１等の電源からフィルタ２の設けた通電用電極５５を通じて行われる。
【００１９】
この排気ガス浄化装置は，特に，図１２に示すように，ヒータ６をフィルタ２の長手方向に二分割したことを特徴としている。ヒータ６は，フィルタ２の長手方向の排気ガス入口５６側と排気ガス出口５７側とに二分割された入口側ヒータ５８と出口側ヒータ５９とから構成されている。コントローラ１０は，フィルタ２を再生する時に，入口側ヒータ５８と出口側ヒータ５９とのいずれか一方を通電し，次いで他方を通電制御するようにプログラムされている。コントローラ１０は，例えば，入口側ヒータ５８へ通電してフィルタ２の入口側部分６６を再生した後に，出口側ヒータ５９へ通電してフィルタ２の出口側部分６７を再生する制御を行うように設定されている。
【００２０】
フィルタ２は，耐熱性に優れた上流側セラミックス不織布２７と下流側セラミックス不織布２８，セラミックス不織布２７，２８を排気ガスの流れの上下流方向から挟み込んで保持する一対の上流側金網２９と下流側金網３０，及び上流側セラミックス不織布２７と下流側セラミックス不織布２８の間に配置，言い換えれば，セラミックス不織布２７，２８内に埋め込まれた金網ヒータ等の入口側ヒータ５８と出口側ヒータ５９とから成るヒータ６から構成される５層構造に形成されている。セラミックス不織布２７，２８は，形状保持用の金網２９，３０で間に挟持することによって，耐久性を向上させ，５層構造に構成することによって，すす，カーボン等のパティキュレート物質の単位面積当たりの捕集効率をアップすることができる。また，金網ヒータ等のヒータ６をセラミックス不織布２７，２８の間に介在，言い換えれば，埋め込むことによって電力を有効に活用することができる。
【００２１】
セラミックス不織布２７，２８は，少なくとも炭化ケイ素不織布から成り，排気ガスの流れの上流側部分即ち上流側セラミックス不織布２７の繊維密度が粗に，また下流側部分即ち下流側セラミックス不織布２８の繊維密度が密に形成されている。セラミックス不織布２７，２８は，炭化ケイ素（ＳｉＣ），窒化ケイ素（Ｓｉ3 Ｎ4 ），アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）等の耐熱性セラミックスである。
【００２２】
フィルタ２は，ハウジング１に排気ガスの流れに交差する方向に指向してハウジング１の一側から対向する他側へ長手方向に延びるように配設されている。また，フィルタ２は，図９に示すように，排気ガスに接する表面積即ち捕集面積を大きくするため，全体として周方向に蛇腹状即ちコルゲート状に折り曲げられて内側に排気ガス通路３４を形成するように全体的に筒体３１にコンパクトに形成されている。図９では，フィルタ２の端部が開放状態に示されているが，具体的には，区画室３の入口側は端板プレート７５によって閉鎖され，また，区画室３の出口側はフィルタ保持パイプ７１と連通する出口７７を備えた環状リング７６によってフィルタ端面が閉鎖されている。それによって，排気ガスは，筒体３１の外周側から内周側に流れ，排気ガスに含まれるパティキュレート物質は，フィルタ２に捕集される。排気ガスがフィルタ２の外周側の排気ガス通路３３から内周側の排気ガス通路３４へ流れるように構成されているので，フィルタ２の排気ガス熱による径方向への膨らみは防止される。また，フィルタ２を形成する筒体３１は，その内外周に複数の形状固定用のリング３２が長手方向の複数箇所に配設されている。
【００２３】
この排気ガス浄化装置は，図１２に示すように，フィルタ２は，コルゲート状の筒体３１の形状が保持されるように骨組用補強部材３５によって補強されている。フィルタ２の両端部６５は，突起部３９を備えた円盤部材４０と突起部４１を備えたリング部材４２とが配置され，フィルタ２の長手方向の中間部には複数の突起部４１を備えたリング部材４２が配置され，更に，円盤部材４０と突起部４１を備えたリング部材４２との間の長手方向に樋状フィルタ４４が配置されている。また，ヒータ６を構成する入口側ヒータ５８と出口側ヒータ５９は，フィルタ２の周方向に延びる縦線６０と長手方向に延びる横線６１から成る金網ヒータから形成されていることが好ましい。ヒータ６は，特に，縦線６０に通電するものであり，フィルタ２の周方向に電流は流れる状態になる。
【００２４】
また，入口側ヒータ５８と出口側ヒータ５９を金網ヒータで作製し，金網ヒータの縦線６０の密度が長手方向に異なる状態に構成することができる。例えば，図１３に示すように，入口側ヒータ５８を構成する金網ヒータの縦線６０は，入口側ヒータ５８の両端部６２に位置する部分で密に且つ中央部６３に位置する領域で粗に構成することができる。また，出口側ヒータ５９を構成する金網ヒータの縦線６０は，フィルタ２の端部６５に対応する出口側ヒータ５９の端部６２に位置する部分で密に，且つフィルタ２の中央部６３に対応する出口側ヒータ５９の端部と中央部に位置する部分６４で粗に構成されている。即ち，入口側ヒータ５８に近い出口側ヒータ５９の端部は入口側ヒータ５８の予熱を利用できるようになるので，その部分６４は粗に構成されている。一般に，フィルタ２の端部６５が放熱し易く，フィルタ２の中央部に比較して温度が低下し易いが，金網ヒータを上記のように構成することによって，フィルタ２の全長にわたって均一に昇温でき，スムースなフィルタ再生を達成できる。或いは，図示していないが，入口側ヒータ５８と出口側ヒータ５９とが離れている場合には，入口側ヒータ５８と出口側ヒータ５９とを構成する金網ヒータの縦線６０は，入口側ヒータ５８と出口側ヒータ５９との両端部に位置する部分で密に且つ中央部に位置する領域で粗にそれぞれ配設され，それによって，フィルタ２の全長にわたって均一に昇温でき，スムースなフィルタ再生を達成できる。
【００２５】
コントローラ１０は，少なくとも２個の区画室３の開閉弁５を開放して排気ガスに含まれるパティキュレート物質をフィルタ２に捕集する捕集処理を制御すると共に，少なくとも１個の区画室３の開閉弁５を閉鎖してヒータ６に通電してフィルタ２に捕集されたパティキュレート物質を加熱焼却する再生処理を制御し，これらの制御は，図１０に示すように，３個のフィルタ２に対して順次経時的に制御するように設定されている。この時，ヒータ６への通電は，まず，入口側ヒータ５８に通電してフィルタ２の入口側部分６６を再生する。次いで，出口側ヒータ５９に通電してフィルタ２の出口側部分６７を再生し，この時，入口側部分６６の再生で発生した予熱を出口側部分６７の再生に活かすようにする。
【００２６】
この排気ガス浄化装置では，上記のように，フィルタ２の再生は，入口側部分６６と出口側部分６７とに分割されるので，入口側ヒータ５８と出口側ヒータ５９へ供給する電圧は，フィルタ２の全長にわたって再生する場合に比較して低くても十分であり，また，予熱を活かすことができるので，トータルの消費電力を低減することができる。ヒータ６を構成する入口側ヒータ５８と出口側ヒータ５９への通電電力は，例えば，車両に搭載された永久磁石式発電機５３によって供給される。コントローラ１０は，フィルタ２へのパティキュレート物質の堆積量及びフィルタ２の温度に応答して，アクチュエータ２４によって開閉弁５を開閉制御し，排気ガスの区画室３への送り込みを制御する。
【００２７】
この排気ガス浄化装置では，入口側ヒータ５８と出口側ヒータ５９とに別々に通電する場合は，入口側ヒータ５８と出口側ヒータ５９とに同時に通電する場合と比較すると，消費電力はほぼ同じであるが，電流値が半分になり，このため発電電力を最小にすることができ，従って発電機は小形のもので済むことになり，コストを低減できる。一般に，ヒータ６で短時間に大電流消費すると，永久磁石式発電機５３（ＡＣＧ）の能力をオーバした分はバッテリ５１から供給されるが，使用電流を，例えば，１／２に小さくすると，バッテリ５１からの放電が小になり，従って，発電機５３の大型化，運転状態等の強化が少なくて済むことになる。言い換えれば，同じ量の電力を消費する場合には，電力を短時間で消費するよりも長い時間で消費する方が，発電機５３を強化すること無く小形のもので済むことになる。しかも，この排気ガス浄化装置は，図１０に示すように，フィルタ２のパティキュレート物質を加熱焼却する再生時間は，フィルタ２によるパティキュレート物質の捕集時間に比較して短時間で済むものであるから，ヒータ６を入口側ヒータ５８と出口側ヒータ５９とに分けて別々に通電しても，再生時間を十分に確保することができる。
【００２８】
ハウジング１には，例えば，ハウジング１の中央部に区画室３を形成する隔壁４によって，バイパス通路９が形成されている。バイパス通路９は，予め決められた所定の圧力以上の排気ガス圧が負荷されることによってスプリング７０等のばね力に抗して開放するように構成されている。バイパス通路９は，緊急避難的な機能を果たすものであり，安全弁１４によって開放するので，例えば，コントローラ１０，センサ，アクチュエータ等のシステムが故障した場合には，車両を修理場等へ緊急的に移動させることができる。ハウジング１には，バイパス通路９を必ずしも設けなくてもよいが，安全弁等の緊急時の場合の安全性を考慮しておく必要がある。また，ハウジング１の中央部に隔壁４によってバイパス通路９を形成した場合には，ハウジング１の全体のサイズを大きくすることなく，バイパス通路９を形成でき，無駄スペースの有効活用ができ，装置そのものをコンパクトに形成することができる。
【００２９】
ハウジング１に形成された区画室３には，フィルタ２の再生時にパティキュレート物質の燃焼用空気を供給するため空気供給手段１５が設けられている。空気供給手段１５は，区画室３の入口１３の周囲に形成されて区画室３へ燃焼用空気を放射状に吹き出す複数の空気吹出口６８を備えた空気通路１６，空気通路１６に形成された空気入口６９を通じて空気通路１６に燃焼用空気を送り込む空気ポンプ１８，及び空気入口６９への燃焼用空気の送り込みを制御する空気分配弁１９を有する。空気分配弁１９は，３連ソレノイド弁等を使用することができ，１個の区画室３へ空気を供給するように構成されている。フィルタ２の再生時には，燃焼用空気は，空気ポンプ１８の作動によって空気分配弁１９が再生時の区画室３へ通じる空気入口６９を開放し，空気入口６９を通じて所定の区画室３の空気通路１６に送り込まれ，空気通路１６に設けた空気吹出口６８から区画室３内の排気ガス通路３３に送り込まれる。
【００３０】
ハウジング１は，外形が実質的に円筒形状に形成され，区画室３にそれぞれ配置されたフィルタ２は筒状に形成されている。ガス室１７から区画室３へ流入した排気ガスは，フィルタ２の外側から内側へ流れて集合管８を通じて出口側排気管１２へ排気される。また，開閉弁５は，区画室３の排気ガス入口１３を開閉する弁体２０，及び弁体２０をリンク機構２１をよって開閉作動する駆動モータ２２と減速機２３を備えたアクチュエータ２４から構成されている。開閉弁５の開閉作動では，排気ガス圧に打ち勝って行う必要があるので，アクチュエータ２４には，駆動モータ２２のトルクを減速機２３を通じて大きくし，それによってリンク機構２１を作動して弁体２０の排気ガス入口１３の開放を行うように構成されている。
【００３１】
入口側の排気管１１には，ハウジング１の区画室３へ送り込まれる排気ガスの温度を検出するための熱電対等の温度センサ２５，及び圧力を検出するための圧力センサ２６が設けられている。温度センサ２５は排気ガスの温度を計測し，コントローラ１０は，排気ガス温度の結果と，圧力センサ２６の検出値と発電機又はエンジン等の回転センサ７２で計測されるエンジン回転速度とからフィルタ２に捕集されたパティキュレート物質の詰まり割合即ち捕集量を演算し，フィルタ２の再生タイミングを指令することができる。その他，例えば，フィルタ２の温度を測定するため，温度センサ７４をフィルタ２の最も高温となる領域であるフィルタ２の蛇腹の折り曲げ部の高温領域に沿って配置することもできる。フィルタ２全域における温度は，温度センサ７４で検出した温度以下の温度に実質的に調整され，フィルタ２の再生時のヒータ６への通電量や空気ポンプ１８の空気供給量を制御し，フィルタ２が局部過熱等によって破損することが防止される。コントローラ１０は，温度センサ２５，７４，回転センサ７３，圧力センサ２６等からの検出信号に応答して開閉弁５の開閉を制御し，ヒータ６の通電を制御し，更に区画室３へ供給する燃焼用空気の供給するため空気供給手段１５を制御する。また，コントローラ１０は，温度センサ２５，７４，回転センサ７３，圧力センサ２６，バッテリ５１，電源制御装置５２，永久磁石式発電機５３等の情報，又はフィルタ２の再生中であること，トラブル情報をインジケータ５４に表示するように構成されている。発電機５３は，車両に搭載されているものを使用できるが，別の発電機を追加搭載することもできる。
【００３２】
この排気ガス浄化装置は，上記のように構成されており，排気ガスは，入口側排気管１１から入口管７を通じて３個のうち２個の区画室３へ送り込まれ，区画室３内に配置されたフィルタ２に送り込まれ，フィルタ２を通過する際に，排気ガスに含まれているパティキュレート物質がフィルタ２に捕集される。３個のうち１個の区画室３は，開閉弁５によって閉鎖され，ヒータ６が通電され，フィルタ２に捕集されているパティキュレート物質が加熱焼却されて浄化された排気ガスは，集合管８から出口側排気管１２へと排出される。従って，この排気ガス浄化装置は，図１１に示すように，従来の２個のフィルタによる交互の作動による経過時間における圧力損失ＸｍｍＨｇに比較して，経過時間における圧力損失ＹｍｍＨｇへと２／３以下に低減することができる。
【００３３】
コントローラ１０は，フィルタ２の過熱を防止するため，温度センサ７４からのフィルタ２の検出温度に応答してヒータ６への通電を制御すると共に，空気ポンプ１８を駆動する駆動モータ２２の作動を制御して排気ガス通路３３内への排気ガス及び空気の供給量を調節する。コントローラ１０は，フィルタ２の再生時に，例えば，温度センサ７４が高温を指示した時には，モータ２２の回転数を低減させてフィルタ２に小量の空気を送り込み，フィルタ２に捕集されたパティキュレート物質の燃焼スピードを減じ，フィルタ２の温度上昇を抑える制御をする。
【００３４】
コントローラ１０は，圧力センサ２６によって検出された圧力値を検出し，或いは圧力センサによってフィルタ２の上下流の通路の圧力値による圧力差によって予め決められた所定の圧力値或いは圧力差より大きくなれば，フィルタ２に捕集されたパティキュレート物質が予め決められた捕集量に達したと認識し，その圧力値或いは圧力差に応答して再生の開始を始め，次いで，フィルタ２に堆積されたパティキュレート物質を加熱焼却するため，ヒータ６に通電する制御を行う。また，コントローラ１０は，フィルタ２の再生に応答して空気ポンプ１８の作動と，開閉弁５の開閉作動を行うアクチュエータ２４の作動を制御する。更に，コントローラ１０は，回転センサで検出されたエンジン回転数，負荷センサで検出されたエンジン負荷等のエンジンの作動状態に応答して空気ポンプ１８の作動状態を制御する。
【００３５】
【発明の効果】
この発明による排気ガス浄化装置は，上記のように構成されているので，フィルタの再生が入口側部分と出口側部分とに経時的に行われ，フィルタの全長に通電する場合に比較して通電電圧を低く抑えることができ，また，入口側部分と出口側部分とのように隣接部分を逐次に再生することにより，先に行った再生熱を後で再生する再生熱に活かすことができ，トータルで消費電力を低減できる。従って，車両等の電力の不足するものには，最適のフィルタ再生システムを提供できる。また，フィルタを配設するハウジングを極めてコンパクトな構造に構成でき，新車は勿論のこと，既存の車両に対しても，マフラーの取付け構造或いはマフラーの代わりに消音機能を持つものとして容易に取り付けることができる。この排気ガス浄化装置は，少なくとも３個の区画室にフィルタをそれぞれ配置し，少なくとも２個のフィルタによって排気ガス中のパティキュレート物質を捕集するので，フィルタの捕集有効活用率がアップされ，また，フィルタの再生は１個のフィルタであるので，使用する電力が低い電力で済み，フィルタの再生を行うことができ，電力の不足し易い車両等に搭載して極めて好ましいものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による排気ガス浄化装置の実施例を示す概略説明図である。
【図２】 図１の排気ガス浄化装置の前端を示す側面図である。
【図３】 図１の排気ガス浄化装置の後端を示す側面図である。
【図４】 この発明による排気ガス浄化装置の実施例を示す概略断面図である。
【図５】 この排気ガス浄化装置におけるハウジングに取り付けられた入口管を示す斜視図である。
【図６】 この排気ガス浄化装置におけるハウジングに取り付けられた集合管を示す斜視図である。
【図７】 この排気ガス浄化装置におけるハウジングの区画室にフィルタをそれぞれ配設した配置状態を示す斜視図である。
【図８】 この排気ガス浄化装置における５層構造のフィルタをを示す説明図である。
【図９】 この排気ガス浄化装置におけるフィルタを示す斜視図である。
【図１０】 この排気ガス浄化装置における３個のフィルタの再生サイクルを説明する線図である。
【図１１】 フィルタについての経過時間に対する圧力損失を示す線図である。
【図１２】 二分割のヒータを持つフィルタを示す概略説明図である。
【図１３】 フィルタに組み込まれる二分割のヒータの別の実施例を示す説明図である。
【図１４】 図１２のＡ−Ａ断面における骨組用補強部材を備えたフィルタを示す断面図である。
【図１５】 図１２のＢ−Ｂ断面における骨組用補強部材を備えたフィルタを示す断面図である。
【符号の説明】
１ ハウジング
２ フィルタ
３ 区画室
４ 隔壁
５ 開閉弁
６ ヒータ
７ 入口管
８ 集合管
１０ コントローラ
１１ 入口側排気管
１２ 出口側排気管
１３ 区画室の排気ガス入口
２７ セラミックス不織布（上流側）
２８ セラミックス不織布（下流側）
２９ 金網（上流側）
３０ 金網（下流側）
３１ 筒体
３３ フィルタの外周側の排気ガス通路
３４ フィルタの内周側の排気ガス通路
５６ 排気ガス入口
５７ 排気ガス出口
５８ 入口側ヒータ
５９ 出口側ヒータ
６０ ヒータの縦線
６１ ヒータの横線
６２ 出入口側ヒータの両端部
６６ フィルタの入口側部分
６７ フィルタの出口側部分
【発明の属する技術分野】
この発明は，エンジンから排出される排気ガスに含まれるパティキュレート物質をフィルタで捕集し，捕集されたパティキュレート物質をフィルタに設けたヒータに通電して加熱焼却してフィルタを再生する排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来，ディーゼルパティキュレートフィルタ即ち排気ガス浄化装置として，ディーゼルエンジンから排気される排気ガス中には，浮遊粒子のカーボン，すす，ＨＣ，ＳＯX 等から成るパティキュレート物質を除去するため，セラミックス繊維を積層した構造のフィルタ，或いは多孔質セラミックスから成るハニカム構造のフィルタが使用されている。フィルタがパティキュレート物質を捕集する場合には，セラミックス繊維材のフィルタにパティキュレート物質の粒子が引っ掛かり，これらの粒子が逐次大きくなり，隣接する繊維材間の隙間を埋めながら堆積していく。また，パティキュレート物質を捕集したフィルタは，パティキュレート物質を加熱焼却して再生する必要があり，その時にフィルタに設けたヒータに通電してパティキュレート物質を加熱焼却してフィルタを再生しなければならない。フィルタの再生には，多量の電力が必要であり，その多量の電力を得るため，エンジンには，例えば，永久磁石式発電機が設けられている。
【０００３】
また，実開昭６１−１４９７１５号公報に開示されているディーゼルパティキュレート排気処理装置は，排気ガス流路内に配設された排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ部材と，該フィルタ部材の排気ガス流入方向端部に近接して配設されたパティキュレートを着火燃焼させるヒータ部材とを有し，更にフィルタ部材中に排気ガスの流れる方向に貫通するように設けられた空洞と，該空洞へ流れる排気ガスの流量を捕集されたパティキュレートを着火燃焼させる時に増加させる流量制御機構とを有する。
【０００４】
また，特開平８−３１２３２９号公報に開示された自己再生機能を持つディーゼルパティキュレートフィルタ装置は，パティキュレートの着火温度を低下させ，通電金網への電力の供給を低減できるものであり，排気系に設けた一対の排気ガス通路にフィルタをそれぞれ配置し，各フィルタに通電金網と酸化反応温度を低下させる酸化触媒用金網を配置したものである。該ディーゼルパティキュレートフィルタ装置は，排気ガス通路に設けたシャッタ弁を，所定値以上の排圧に応答して排気ガス流量を自動的に絞るように作動させ，酸化触媒用金網によってパティキュレートの着火温度が低下し，シャッタ弁を閉鎖すると、パティキュレートは容易に着火燃焼する。
【０００５】
また，ディーゼルパティキュレートフィルタを構成するフィルタは，セラミックス不織布を用いたものが知られている（例えば，特許第３１６４９６６号参照）。ディーゼルパティキュレートフィルタは，排気ガス中に含まれるパティキュレート物質を捕集するフィルタをセラミックス不織布で作製し，捕集効率を向上させ，セラミックス不織布の繊維飛散性を低下させ，耐久性及び耐腐食性を向上させたものであり，セラミックスフィルタをセラミックス不織布で内側と外側との間で周方向に順次に襞状に折り曲げて筒状に形成し，セラミックス不織布の目付け重量を２００〜３５０ｇ／ｍ2 の範囲に設定し，セラミックス不織布の繊維長を３５ｍｍ以上に調整し，フィルタに捕集されたパティキュレート物質を加熱焼却するためセラミックス不織布から成るフェルトに排気ガス流入側に金網ヒータを配設し，フェルトの排気ガス流入側の全面を金網ヒータによって囲んだものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，上記のようなディーゼルパティキュレート排気処理装置は，フィルタに近接して配設されたヒータによって捕集されたカーボン，スモーク等のパティキュレートを着火燃焼し，フィルタを再生している。従って，排気ガス浄化装置は，フィルタの先端以外の領域の再生には火炎の伝播を利用しており，フィルタへのすす付着の不均一さにより未燃焼すすによる再生不良や異常燃焼によるフィルタの溶損，それらによる熱応力によるフィルタの破損が発生することが問題になっている。従来のディーゼルパティキュレートフィルタは，２つのフィルタを設けたものであり，一方のフィルタによって排気ガス中に含まれるパティキュレート物質を捕集し，他方のフィルタに捕集されたパティキュレート物質をヒータに通電してフィルタを再生している。そのため，該ディーゼルパティキュレートフィルタでは，排気ガス中のパティキュレート物質を捕集するフィルタの有効活用できる割合は，１個のフィルタが再生処理されるシステムとなり，５０％と低くなる。また，フィルタを再生処理するために消費電力が大きく，車両等が有する電力では不足するのが現状である。
【０００７】
また，従来のディーゼルパティキュレートフィルタに使用されているフィルタは，セラミックス繊維材で筒状で襞状に折り曲げられて表面積が大きくなる形状に形成されているが，パティキュレート物質を加熱燃焼させる時にフィルタとその雰囲気温度は上昇し，その上昇温度によって襞状の円筒体が熱変形するので，その形状を維持するため，襞状のフィルタの折り曲げ部を耐熱性セラミックス等で補強しなければならず，また，フィルタが円筒状であるためハウジング内への配設が複雑になり，フィルタの部品点数が多くなり，製造コストがアップするという問題があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は，上記の課題を解決することであり，フィルタに捕集されたパティキュレート物質を加熱焼却する再生所要時間がフィルタによる排気ガス中のパティキュレート物質の捕集所要時間より短いことに着眼し，フィルタに設けたヒータを長手方向に二分割し，フィルタを半分ずつ再生処理し，消費電流値を低減すると共に，先に再生したフィルタ部分の再生熱の予熱を，後に行うフィルタ部分の再生熱として利用して消費電力を低減し，また，ハウジングに少なくとも３個の区画室にフィルタをそれぞれ配設し，少なくとも２個のフィルタによって排気ガスに含まれるパティキュレート物質を捕集し，フィルタの捕集有効活用率をアップすると共に，１個のフィルタのヒータの通電によってフィルタに捕集されたパティキュレート物質を加熱焼却し，ヒータへ供給する消費電力を低減してフィルタの加熱焼却を短時間に確実に達成してフィルタを順次に再生し，全体として構造が簡単化し，制御が容易である排気ガス浄化装置を提供することである。
【０００９】
この発明は，エンジンからの排気ガスを排出する排気管に接続されたハウジング，前記ハウジング内に配置された前記排気ガスに含まれるパティキュレート物質を捕集するフィルタ，及び前記フィルタに捕集された前記パティキュレート物質を加熱焼却して前記フィルタを再生するためのヒータを有する排気ガス浄化装置において，
前記ハウジングは，前記排気管に連通した前記排気ガスが送り込まれるガス室を形成する入口管，前記ガス室に接続して隔壁によって少なくとも３個以上に分割され且つ前記フィルタが内外周に排気ガス通路を形成してそれぞれ配置された区画室，及び前記区画室に接続され前記区画室から送り出される前記排気ガスを集合する集合管を有し，前記区画室の排気ガス入口には前記排気ガス入口を開閉するための開閉弁がそれぞれ配置され，
前記フィルタは，耐熱性に優れた一対のセラミックス不織布，前記セラミックス不織布を前記排気ガスの流れの上下流方向から挟み込んで保持する一対の金網，及び前記セラミックス不織布間に配置された前記ヒータから構成された５層構造に形成され，
前記ヒータは，前記フィルタの長手方向の排気ガス入口側の入口側ヒータと排気ガス出口側の出口側ヒータとに二分割されて構成され，前記フィルタを再生する時に，前記入口側ヒータと前記出口側ヒータとのいずれか一方を通電し，次いで他方を通電制御するコントローラを有し，
前記コントローラは，前記排気管からの前記排気ガスを前記区画室へ送り込むため前記開閉弁を開放制御し，前記フィルタに捕集された前記パティキュレート物質を加熱焼却して前記フィルタを再生するため前記開閉弁を閉鎖制御すると共に，前記入口側ヒータへ通電して前記フィルタの入口側部分を再生した後に，前記出口側ヒータへ通電して前記フィルタの出口側部分を再生する制御を行うことを特徴とする排気ガス浄化装置に関する。
【００１０】
この排気ガス浄化装置において，前記ヒータを構成する前記入口側ヒータと前記出口側ヒータは，前記フィルタの周方向に延びる縦線と長手方向に延びる横線から成る金網ヒータから形成されている。
【００１１】
前記金網ヒータの前記縦線は，前記フィルタの両端部に位置する部分で密に且つ中央部に位置する部分で粗に構成されている。或いは，前記入口側ヒータと前記出口側ヒータとを構成する前記金網ヒータの前記縦線は，前記入口側ヒータと前記出口側ヒータとの両端部に位置する部分で密に且つ中央部に位置する領域で粗にそれぞれ配設されている。
【００１２】
前記入口側ヒータを構成する前記金網ヒータの前記縦線は，前記入口側ヒータの両端部に位置する部分で密に且つ中央部に位置する領域で粗に配設され，また，前記出口側ヒータを構成する前記金網ヒータの前記縦線は前記フィルタの端部に位置する部分で密に且つそれ以外の部分で粗に構成されている。
【００１３】
また，この排気ガス浄化装置において，前記コントローラは，少なくとも２個の前記区画室の前記開閉弁を開放して前記排気ガスに含まれる前記パティキュレート物質を前記フィルタに捕集する捕集処理と，少なくとも１個の前記区画室の前記開閉弁を閉鎖して前記ヒータに通電して前記フィルタに捕集された前記パティキュレート物質を加熱焼却する再生処理とを順次経時的に制御するものである。
【００１４】
この排気ガス浄化装置は，上記のように，フィルタに設けたヒータを長手方向に二分割し，フィルタを半分ずつ再生するように構成したので，ヒータに通電する電力は小さくて済み，先に行ったフィルタの再生熱の予熱を後に行うフィルタの再生熱に有効に利用でき，トータルとして消費電力を低減でき，例えば，車両等の電力の不足するものに適用して好ましいものである。また，この排気ガス浄化装置は，ハウジング内を隔壁によって分割された３個以上の区画室にフィルタがそれぞれ配置して前記区画室に開閉弁をそれぞれ配置したので，その内の１個のフィルタを再生し，２個以上で排気ガスからパティキュレート物質を捕集するように，パティキュレート物質による目詰まり状態の異なる少なくとも３個のフィルタの交互の再生処理を行うことができ，それによって排気ガス中からのパティキュレート物質を捕集するフィルタの捕集有効活用率をアップさせると共に，１個のフィルタの再生処理をすることになり，ヒータに通電するのに必要な電力消費を２個で交互に再生する場合に比較して低減することができる。また，この排気ガス浄化装置は，パティキュレート物質の捕集作動を３個のうち２個で行うので，１個で行う場合に比較して排気ガスの捕集経過時間における圧力損失の変化を低く，例えば，２／３以下に抑えることができ，ＮＯX の発生を低減するためにＥＧＲ処理を行う場合でも排気ガス圧の変動が大幅に低減できるため，スムースなＥＧＲを行うことができ，従って，パティキュレート物質を効率的に捕集すると共に，ＥＧＲによるＮＯX の発生を低減することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下，図面を参照して，この発明による排気ガス浄化装置の実施例を説明する。この排気ガス浄化装置は，エンジンから排出される排気ガスに含まれるカーボン，すす，ＨＣ，ＳＯX 等から成るパティキュレート物質をハウジング１内に配設したフィルタ２で捕集し，フィルタ２に捕集されたパティキュレート物質をフィルタ２に設けたヒータ６に通電して加熱焼却し，フィルタ２を再生するものであり，車両に搭載するのに最適である。
【００１６】
この排気ガス浄化装置は，ハウジング１がエンジンからの排気ガスが流入する入口側排気管１１と浄化された排気ガスが排出する出口側排気管１２とに接続され，入口側排気管１１は，エンジンで発生した排気ガスが排出される排気管（図示せず）に接続されて組み込まれている。この排気ガス浄化装置は，車両のボディやフレームに対してブラケット等で簡単に取り付けることができ，例えば，消音機能を有するので既存の車両に設けたマフラーの代わりにマフラーの設置場所に容易に取り付けることもできる。また，この排気ガス浄化装置は，ハウジング１の外面を遮熱部材等で容易に遮熱構造に構成でき，車両等への熱による障害が発生しないように構成できることは勿論である。
【００１７】
ハウジング１は，図７に示すように，隔壁４によって少なくとも３個以上（図２，３，７では３個）の区画室３に分割され，区画室３にはフィルタ２がその外側に排気ガス通路３３を形成するようにそれぞれ配置されている。フィルタ２は，一端がフィルタ保持パイプ７１によってハウジング１にそれぞれ保持されると共に，他端が支持部材４７によってねじ４９等でハウジング１にそれぞれ支持されている。また，フィルタ２の外側の排気ガス通路３３には，フィルタ２の外周面に隔置して筒状反射板５０が支持部材４７で支持されて配置されている。ハウジング１の上流側には，入口側排気管１１に連通し且つ入口側排気管１１からの排気ガスを区画室３へ送り込むガス室１７を形成する入口管７が接続され，また，ハウジング１の区画室３には出口側排気管１２に連通し且つ区画室３から送り出される排気ガスを集合する集合管８が接続されている。また，区画室３の排気ガス入口１３を開閉するための開閉弁５がそれぞれ配置されている。
【００１８】
また，コントローラ１０は，入口側排気管１１からの排気ガスを区画室３へ送り込むため，開閉弁５を開放制御すると共に，フィルタ２に捕集されたパティキュレート物質を加熱焼却してフィルタ２を再生するため，開閉弁５を閉鎖制御すると共にフィルタ２に設けたヒータ６を通電制御する。ヒータ６への通電は，コントローラ１０の制御によってバッテリ５１等の電源からフィルタ２の設けた通電用電極５５を通じて行われる。
【００１９】
この排気ガス浄化装置は，特に，図１２に示すように，ヒータ６をフィルタ２の長手方向に二分割したことを特徴としている。ヒータ６は，フィルタ２の長手方向の排気ガス入口５６側と排気ガス出口５７側とに二分割された入口側ヒータ５８と出口側ヒータ５９とから構成されている。コントローラ１０は，フィルタ２を再生する時に，入口側ヒータ５８と出口側ヒータ５９とのいずれか一方を通電し，次いで他方を通電制御するようにプログラムされている。コントローラ１０は，例えば，入口側ヒータ５８へ通電してフィルタ２の入口側部分６６を再生した後に，出口側ヒータ５９へ通電してフィルタ２の出口側部分６７を再生する制御を行うように設定されている。
【００２０】
フィルタ２は，耐熱性に優れた上流側セラミックス不織布２７と下流側セラミックス不織布２８，セラミックス不織布２７，２８を排気ガスの流れの上下流方向から挟み込んで保持する一対の上流側金網２９と下流側金網３０，及び上流側セラミックス不織布２７と下流側セラミックス不織布２８の間に配置，言い換えれば，セラミックス不織布２７，２８内に埋め込まれた金網ヒータ等の入口側ヒータ５８と出口側ヒータ５９とから成るヒータ６から構成される５層構造に形成されている。セラミックス不織布２７，２８は，形状保持用の金網２９，３０で間に挟持することによって，耐久性を向上させ，５層構造に構成することによって，すす，カーボン等のパティキュレート物質の単位面積当たりの捕集効率をアップすることができる。また，金網ヒータ等のヒータ６をセラミックス不織布２７，２８の間に介在，言い換えれば，埋め込むことによって電力を有効に活用することができる。
【００２１】
セラミックス不織布２７，２８は，少なくとも炭化ケイ素不織布から成り，排気ガスの流れの上流側部分即ち上流側セラミックス不織布２７の繊維密度が粗に，また下流側部分即ち下流側セラミックス不織布２８の繊維密度が密に形成されている。セラミックス不織布２７，２８は，炭化ケイ素（ＳｉＣ），窒化ケイ素（Ｓｉ3 Ｎ4 ），アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）等の耐熱性セラミックスである。
【００２２】
フィルタ２は，ハウジング１に排気ガスの流れに交差する方向に指向してハウジング１の一側から対向する他側へ長手方向に延びるように配設されている。また，フィルタ２は，図９に示すように，排気ガスに接する表面積即ち捕集面積を大きくするため，全体として周方向に蛇腹状即ちコルゲート状に折り曲げられて内側に排気ガス通路３４を形成するように全体的に筒体３１にコンパクトに形成されている。図９では，フィルタ２の端部が開放状態に示されているが，具体的には，区画室３の入口側は端板プレート７５によって閉鎖され，また，区画室３の出口側はフィルタ保持パイプ７１と連通する出口７７を備えた環状リング７６によってフィルタ端面が閉鎖されている。それによって，排気ガスは，筒体３１の外周側から内周側に流れ，排気ガスに含まれるパティキュレート物質は，フィルタ２に捕集される。排気ガスがフィルタ２の外周側の排気ガス通路３３から内周側の排気ガス通路３４へ流れるように構成されているので，フィルタ２の排気ガス熱による径方向への膨らみは防止される。また，フィルタ２を形成する筒体３１は，その内外周に複数の形状固定用のリング３２が長手方向の複数箇所に配設されている。
【００２３】
この排気ガス浄化装置は，図１２に示すように，フィルタ２は，コルゲート状の筒体３１の形状が保持されるように骨組用補強部材３５によって補強されている。フィルタ２の両端部６５は，突起部３９を備えた円盤部材４０と突起部４１を備えたリング部材４２とが配置され，フィルタ２の長手方向の中間部には複数の突起部４１を備えたリング部材４２が配置され，更に，円盤部材４０と突起部４１を備えたリング部材４２との間の長手方向に樋状フィルタ４４が配置されている。また，ヒータ６を構成する入口側ヒータ５８と出口側ヒータ５９は，フィルタ２の周方向に延びる縦線６０と長手方向に延びる横線６１から成る金網ヒータから形成されていることが好ましい。ヒータ６は，特に，縦線６０に通電するものであり，フィルタ２の周方向に電流は流れる状態になる。
【００２４】
また，入口側ヒータ５８と出口側ヒータ５９を金網ヒータで作製し，金網ヒータの縦線６０の密度が長手方向に異なる状態に構成することができる。例えば，図１３に示すように，入口側ヒータ５８を構成する金網ヒータの縦線６０は，入口側ヒータ５８の両端部６２に位置する部分で密に且つ中央部６３に位置する領域で粗に構成することができる。また，出口側ヒータ５９を構成する金網ヒータの縦線６０は，フィルタ２の端部６５に対応する出口側ヒータ５９の端部６２に位置する部分で密に，且つフィルタ２の中央部６３に対応する出口側ヒータ５９の端部と中央部に位置する部分６４で粗に構成されている。即ち，入口側ヒータ５８に近い出口側ヒータ５９の端部は入口側ヒータ５８の予熱を利用できるようになるので，その部分６４は粗に構成されている。一般に，フィルタ２の端部６５が放熱し易く，フィルタ２の中央部に比較して温度が低下し易いが，金網ヒータを上記のように構成することによって，フィルタ２の全長にわたって均一に昇温でき，スムースなフィルタ再生を達成できる。或いは，図示していないが，入口側ヒータ５８と出口側ヒータ５９とが離れている場合には，入口側ヒータ５８と出口側ヒータ５９とを構成する金網ヒータの縦線６０は，入口側ヒータ５８と出口側ヒータ５９との両端部に位置する部分で密に且つ中央部に位置する領域で粗にそれぞれ配設され，それによって，フィルタ２の全長にわたって均一に昇温でき，スムースなフィルタ再生を達成できる。
【００２５】
コントローラ１０は，少なくとも２個の区画室３の開閉弁５を開放して排気ガスに含まれるパティキュレート物質をフィルタ２に捕集する捕集処理を制御すると共に，少なくとも１個の区画室３の開閉弁５を閉鎖してヒータ６に通電してフィルタ２に捕集されたパティキュレート物質を加熱焼却する再生処理を制御し，これらの制御は，図１０に示すように，３個のフィルタ２に対して順次経時的に制御するように設定されている。この時，ヒータ６への通電は，まず，入口側ヒータ５８に通電してフィルタ２の入口側部分６６を再生する。次いで，出口側ヒータ５９に通電してフィルタ２の出口側部分６７を再生し，この時，入口側部分６６の再生で発生した予熱を出口側部分６７の再生に活かすようにする。
【００２６】
この排気ガス浄化装置では，上記のように，フィルタ２の再生は，入口側部分６６と出口側部分６７とに分割されるので，入口側ヒータ５８と出口側ヒータ５９へ供給する電圧は，フィルタ２の全長にわたって再生する場合に比較して低くても十分であり，また，予熱を活かすことができるので，トータルの消費電力を低減することができる。ヒータ６を構成する入口側ヒータ５８と出口側ヒータ５９への通電電力は，例えば，車両に搭載された永久磁石式発電機５３によって供給される。コントローラ１０は，フィルタ２へのパティキュレート物質の堆積量及びフィルタ２の温度に応答して，アクチュエータ２４によって開閉弁５を開閉制御し，排気ガスの区画室３への送り込みを制御する。
【００２７】
この排気ガス浄化装置では，入口側ヒータ５８と出口側ヒータ５９とに別々に通電する場合は，入口側ヒータ５８と出口側ヒータ５９とに同時に通電する場合と比較すると，消費電力はほぼ同じであるが，電流値が半分になり，このため発電電力を最小にすることができ，従って発電機は小形のもので済むことになり，コストを低減できる。一般に，ヒータ６で短時間に大電流消費すると，永久磁石式発電機５３（ＡＣＧ）の能力をオーバした分はバッテリ５１から供給されるが，使用電流を，例えば，１／２に小さくすると，バッテリ５１からの放電が小になり，従って，発電機５３の大型化，運転状態等の強化が少なくて済むことになる。言い換えれば，同じ量の電力を消費する場合には，電力を短時間で消費するよりも長い時間で消費する方が，発電機５３を強化すること無く小形のもので済むことになる。しかも，この排気ガス浄化装置は，図１０に示すように，フィルタ２のパティキュレート物質を加熱焼却する再生時間は，フィルタ２によるパティキュレート物質の捕集時間に比較して短時間で済むものであるから，ヒータ６を入口側ヒータ５８と出口側ヒータ５９とに分けて別々に通電しても，再生時間を十分に確保することができる。
【００２８】
ハウジング１には，例えば，ハウジング１の中央部に区画室３を形成する隔壁４によって，バイパス通路９が形成されている。バイパス通路９は，予め決められた所定の圧力以上の排気ガス圧が負荷されることによってスプリング７０等のばね力に抗して開放するように構成されている。バイパス通路９は，緊急避難的な機能を果たすものであり，安全弁１４によって開放するので，例えば，コントローラ１０，センサ，アクチュエータ等のシステムが故障した場合には，車両を修理場等へ緊急的に移動させることができる。ハウジング１には，バイパス通路９を必ずしも設けなくてもよいが，安全弁等の緊急時の場合の安全性を考慮しておく必要がある。また，ハウジング１の中央部に隔壁４によってバイパス通路９を形成した場合には，ハウジング１の全体のサイズを大きくすることなく，バイパス通路９を形成でき，無駄スペースの有効活用ができ，装置そのものをコンパクトに形成することができる。
【００２９】
ハウジング１に形成された区画室３には，フィルタ２の再生時にパティキュレート物質の燃焼用空気を供給するため空気供給手段１５が設けられている。空気供給手段１５は，区画室３の入口１３の周囲に形成されて区画室３へ燃焼用空気を放射状に吹き出す複数の空気吹出口６８を備えた空気通路１６，空気通路１６に形成された空気入口６９を通じて空気通路１６に燃焼用空気を送り込む空気ポンプ１８，及び空気入口６９への燃焼用空気の送り込みを制御する空気分配弁１９を有する。空気分配弁１９は，３連ソレノイド弁等を使用することができ，１個の区画室３へ空気を供給するように構成されている。フィルタ２の再生時には，燃焼用空気は，空気ポンプ１８の作動によって空気分配弁１９が再生時の区画室３へ通じる空気入口６９を開放し，空気入口６９を通じて所定の区画室３の空気通路１６に送り込まれ，空気通路１６に設けた空気吹出口６８から区画室３内の排気ガス通路３３に送り込まれる。
【００３０】
ハウジング１は，外形が実質的に円筒形状に形成され，区画室３にそれぞれ配置されたフィルタ２は筒状に形成されている。ガス室１７から区画室３へ流入した排気ガスは，フィルタ２の外側から内側へ流れて集合管８を通じて出口側排気管１２へ排気される。また，開閉弁５は，区画室３の排気ガス入口１３を開閉する弁体２０，及び弁体２０をリンク機構２１をよって開閉作動する駆動モータ２２と減速機２３を備えたアクチュエータ２４から構成されている。開閉弁５の開閉作動では，排気ガス圧に打ち勝って行う必要があるので，アクチュエータ２４には，駆動モータ２２のトルクを減速機２３を通じて大きくし，それによってリンク機構２１を作動して弁体２０の排気ガス入口１３の開放を行うように構成されている。
【００３１】
入口側の排気管１１には，ハウジング１の区画室３へ送り込まれる排気ガスの温度を検出するための熱電対等の温度センサ２５，及び圧力を検出するための圧力センサ２６が設けられている。温度センサ２５は排気ガスの温度を計測し，コントローラ１０は，排気ガス温度の結果と，圧力センサ２６の検出値と発電機又はエンジン等の回転センサ７２で計測されるエンジン回転速度とからフィルタ２に捕集されたパティキュレート物質の詰まり割合即ち捕集量を演算し，フィルタ２の再生タイミングを指令することができる。その他，例えば，フィルタ２の温度を測定するため，温度センサ７４をフィルタ２の最も高温となる領域であるフィルタ２の蛇腹の折り曲げ部の高温領域に沿って配置することもできる。フィルタ２全域における温度は，温度センサ７４で検出した温度以下の温度に実質的に調整され，フィルタ２の再生時のヒータ６への通電量や空気ポンプ１８の空気供給量を制御し，フィルタ２が局部過熱等によって破損することが防止される。コントローラ１０は，温度センサ２５，７４，回転センサ７３，圧力センサ２６等からの検出信号に応答して開閉弁５の開閉を制御し，ヒータ６の通電を制御し，更に区画室３へ供給する燃焼用空気の供給するため空気供給手段１５を制御する。また，コントローラ１０は，温度センサ２５，７４，回転センサ７３，圧力センサ２６，バッテリ５１，電源制御装置５２，永久磁石式発電機５３等の情報，又はフィルタ２の再生中であること，トラブル情報をインジケータ５４に表示するように構成されている。発電機５３は，車両に搭載されているものを使用できるが，別の発電機を追加搭載することもできる。
【００３２】
この排気ガス浄化装置は，上記のように構成されており，排気ガスは，入口側排気管１１から入口管７を通じて３個のうち２個の区画室３へ送り込まれ，区画室３内に配置されたフィルタ２に送り込まれ，フィルタ２を通過する際に，排気ガスに含まれているパティキュレート物質がフィルタ２に捕集される。３個のうち１個の区画室３は，開閉弁５によって閉鎖され，ヒータ６が通電され，フィルタ２に捕集されているパティキュレート物質が加熱焼却されて浄化された排気ガスは，集合管８から出口側排気管１２へと排出される。従って，この排気ガス浄化装置は，図１１に示すように，従来の２個のフィルタによる交互の作動による経過時間における圧力損失ＸｍｍＨｇに比較して，経過時間における圧力損失ＹｍｍＨｇへと２／３以下に低減することができる。
【００３３】
コントローラ１０は，フィルタ２の過熱を防止するため，温度センサ７４からのフィルタ２の検出温度に応答してヒータ６への通電を制御すると共に，空気ポンプ１８を駆動する駆動モータ２２の作動を制御して排気ガス通路３３内への排気ガス及び空気の供給量を調節する。コントローラ１０は，フィルタ２の再生時に，例えば，温度センサ７４が高温を指示した時には，モータ２２の回転数を低減させてフィルタ２に小量の空気を送り込み，フィルタ２に捕集されたパティキュレート物質の燃焼スピードを減じ，フィルタ２の温度上昇を抑える制御をする。
【００３４】
コントローラ１０は，圧力センサ２６によって検出された圧力値を検出し，或いは圧力センサによってフィルタ２の上下流の通路の圧力値による圧力差によって予め決められた所定の圧力値或いは圧力差より大きくなれば，フィルタ２に捕集されたパティキュレート物質が予め決められた捕集量に達したと認識し，その圧力値或いは圧力差に応答して再生の開始を始め，次いで，フィルタ２に堆積されたパティキュレート物質を加熱焼却するため，ヒータ６に通電する制御を行う。また，コントローラ１０は，フィルタ２の再生に応答して空気ポンプ１８の作動と，開閉弁５の開閉作動を行うアクチュエータ２４の作動を制御する。更に，コントローラ１０は，回転センサで検出されたエンジン回転数，負荷センサで検出されたエンジン負荷等のエンジンの作動状態に応答して空気ポンプ１８の作動状態を制御する。
【００３５】
【発明の効果】
この発明による排気ガス浄化装置は，上記のように構成されているので，フィルタの再生が入口側部分と出口側部分とに経時的に行われ，フィルタの全長に通電する場合に比較して通電電圧を低く抑えることができ，また，入口側部分と出口側部分とのように隣接部分を逐次に再生することにより，先に行った再生熱を後で再生する再生熱に活かすことができ，トータルで消費電力を低減できる。従って，車両等の電力の不足するものには，最適のフィルタ再生システムを提供できる。また，フィルタを配設するハウジングを極めてコンパクトな構造に構成でき，新車は勿論のこと，既存の車両に対しても，マフラーの取付け構造或いはマフラーの代わりに消音機能を持つものとして容易に取り付けることができる。この排気ガス浄化装置は，少なくとも３個の区画室にフィルタをそれぞれ配置し，少なくとも２個のフィルタによって排気ガス中のパティキュレート物質を捕集するので，フィルタの捕集有効活用率がアップされ，また，フィルタの再生は１個のフィルタであるので，使用する電力が低い電力で済み，フィルタの再生を行うことができ，電力の不足し易い車両等に搭載して極めて好ましいものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による排気ガス浄化装置の実施例を示す概略説明図である。
【図２】 図１の排気ガス浄化装置の前端を示す側面図である。
【図３】 図１の排気ガス浄化装置の後端を示す側面図である。
【図４】 この発明による排気ガス浄化装置の実施例を示す概略断面図である。
【図５】 この排気ガス浄化装置におけるハウジングに取り付けられた入口管を示す斜視図である。
【図６】 この排気ガス浄化装置におけるハウジングに取り付けられた集合管を示す斜視図である。
【図７】 この排気ガス浄化装置におけるハウジングの区画室にフィルタをそれぞれ配設した配置状態を示す斜視図である。
【図８】 この排気ガス浄化装置における５層構造のフィルタをを示す説明図である。
【図９】 この排気ガス浄化装置におけるフィルタを示す斜視図である。
【図１０】 この排気ガス浄化装置における３個のフィルタの再生サイクルを説明する線図である。
【図１１】 フィルタについての経過時間に対する圧力損失を示す線図である。
【図１２】 二分割のヒータを持つフィルタを示す概略説明図である。
【図１３】 フィルタに組み込まれる二分割のヒータの別の実施例を示す説明図である。
【図１４】 図１２のＡ−Ａ断面における骨組用補強部材を備えたフィルタを示す断面図である。
【図１５】 図１２のＢ−Ｂ断面における骨組用補強部材を備えたフィルタを示す断面図である。
【符号の説明】
１ ハウジング
２ フィルタ
３ 区画室
４ 隔壁
５ 開閉弁
６ ヒータ
７ 入口管
８ 集合管
１０ コントローラ
１１ 入口側排気管
１２ 出口側排気管
１３ 区画室の排気ガス入口
２７ セラミックス不織布（上流側）
２８ セラミックス不織布（下流側）
２９ 金網（上流側）
３０ 金網（下流側）
３１ 筒体
３３ フィルタの外周側の排気ガス通路
３４ フィルタの内周側の排気ガス通路
５６ 排気ガス入口
５７ 排気ガス出口
５８ 入口側ヒータ
５９ 出口側ヒータ
６０ ヒータの縦線
６１ ヒータの横線
６２ 出入口側ヒータの両端部
６６ フィルタの入口側部分
６７ フィルタの出口側部分
Claims (6)
- エンジンからの排気ガスを排出する排気管に接続されたハウジング，前記ハウジング内に配置された前記排気ガスに含まれるパティキュレート物質を捕集するフィルタ，及び前記フィルタに捕集された前記パティキュレート物質を加熱焼却して前記フィルタを再生するためのヒータを有する排気ガス浄化装置において，
前記ハウジングは，前記排気管に連通した前記排気ガスが送り込まれるガス室を形成する入口管，前記ガス室に接続して隔壁によって少なくとも３個以上に分割され且つ前記フィルタが内外周に排気ガス通路を形成してそれぞれ配置された区画室，及び前記区画室に接続され前記区画室から送り出される前記排気ガスを集合する集合管を有し，前記区画室の排気ガス入口には前記排気ガス入口を開閉するための開閉弁がそれぞれ配置され，
前記フィルタは，耐熱性に優れた一対のセラミックス不織布，前記セラミックス不織布を前記排気ガスの流れの上下流方向から挟み込んで保持する一対の金網，及び前記セラミックス不織布間に配置された前記ヒータから構成された５層構造に形成され，
前記ヒータは，前記フィルタの長手方向の排気ガス入口側の入口側ヒータと排気ガス出口側の出口側ヒータとに二分割されて構成され，前記フィルタを再生する時に，前記入口側ヒータと前記出口側ヒータとのいずれか一方を通電し，次いで他方を通電制御するコントローラを有し，
前記コントローラは，前記排気管からの前記排気ガスを前記区画室へ送り込むため前記開閉弁を開放制御し，前記フィルタに捕集された前記パティキュレート物質を加熱焼却して前記フィルタを再生するため前記開閉弁を閉鎖制御すると共に，前記入口側ヒータへ通電して前記フィルタの入口側部分を再生した後に，前記出口側ヒータへ通電して前記フィルタの出口側部分を再生する制御を行うことを特徴とする排気ガス浄化装置。 - 前記ヒータを構成する前記入口側ヒータと前記出口側ヒータは，前記フィルタの周方向に延びる縦線と長手方向に延びる横線から成る金網ヒータから形成されていることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記金網ヒータの前記縦線は，前記フィルタの両端部に位置する部分で密に且つ中央部に位置する部分で粗に構成されていることを特徴とする請求項２に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記入口側ヒータと前記出口側ヒータとを構成する前記金網ヒータの前記縦線は，前記入口側ヒータと前記出口側ヒータとの両端部に位置する部分で密に且つ中央部に位置する領域で粗にそれぞれ配設されていることを特徴とする請求項２に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記入口側ヒータを構成する前記金網ヒータの前記縦線は，前記入口側ヒータの両端部に位置する部分で密に且つ中央部に位置する領域で粗に配設され，また，前記出口側ヒータを構成する前記金網ヒータの前記縦線は前記フィルタの端部に位置する部分で密に且つそれ以外の部分で粗に構成されていることを特徴とする請求項２に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記コントローラは，少なくとも２個の前記区画室の前記開閉弁を開放して前記排気ガスに含まれる前記パティキュレート物質を前記フィルタに捕集する捕集処理と，少なくとも１個の前記区画室の前記開閉弁を閉鎖して前記ヒータに通電して前記フィルタに捕集された前記パティキュレート物質を加熱焼却する再生処理とを順次経時的に制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
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