JPH07317527A

JPH07317527A - ディーゼルパティキュレートフィルタにおけるフィルタ構造

Info

Publication number: JPH07317527A
Application number: JP6132454A
Authority: JP
Inventors: Hideo Kawamura; 英男河村
Original assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Current assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Priority date: 1994-05-24
Filing date: 1994-05-24
Publication date: 1995-12-05
Anticipated expiration: 2014-07-12
Also published as: JP2918450B2

Abstract

(57)【要約】【目的】このフィルタ構造は、不織布と織布を組み合
わせ、排気ガス中に含まれるパティキュレートを三次元
的に捕集し、捕集効率を向上する。【構成】本発明は、ディーゼルエンジンの排気系に配
置されたフィルタ２５を、炭化ケイ素系繊維から成る不
織布２８、不織布２８の排気ガス流れの下流側に隣接し
て配置されたＳｉ−Ｃ系及びＳｉ−Ｃ−Ｔｉ−Ｏ系の長
繊維から選択されているセラミックス長繊維から作製さ
れた織布２９、不織布２８の排気ガス流れの上流側に隣
接して配置された金網ヒータ６、並びに不織布２８、織
布２９及び金網ヒータ６を互いに保持する係止部材３０
から構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ディーゼルエンジン
から排出される排気ガスを浄化処理するため、排気系に
組み込まれるディーゼルパティキュレートフィルタに関
する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンの燃焼は、高温、高
圧空気中に燃料を噴射する、所謂、ヘトロジニアス混合
によるものである。ヘトロジニアス混合はホモジニアス
混合気と異なって空気と燃料が均一に混合していないの
で、燃料中の炭素成分は、燃焼による高温熱によって
煤、ＨＣ等に変化し、それらが凝集してパテキュレート
となって外部に放出され、周囲環境を汚染することにな
る。

【０００３】従来、エンジンの排気ガスを処理する排気
ガス処理装置として、フィルタの面積が大きく、そのフ
ィルタの前面部にカーボンが堆積されて捕集される。そ
の堆積したカーボンを焼却するため、パティキュレート
フィルタの一部に加熱ヒータを取り付け、堆積したカー
ボンを含むパティキュレートを焼却することによりフィ
ルタを再生している。

【０００４】従来、特開平２−２５６８１２号公報に
は、電気的に再生可能なパティキュレートトラップが開
示されている。該電気的に再生可能なパティキュレート
トラップは、ガス透過性支持体、複数のセラミックスフ
ァイバーからなる繊維層及びヒータから成り、繊維層が
ヒータと共にガス透過性支持体から半径方向に延びる空
間に配置され、該繊維層の隙間に排気ガスを流して排気
ガス中のパティキュレートをヒータの近傍に捕集し、ヒ
ータを通電することによって捕集したパティキュレート
を焼却するものである。繊維層は、１．５Ｌ／Ｍ／ｃｍ
²未満の一様な通気率を備える織布であり、該織布が約
１１５０℃の温度で長期間安定し、糸と糸との間が糸径
の７．５倍以上を離れていないものである。また、セラ
ミックス繊維は、連続した溶融シリカ、ガラス、アルミ
ナシリカ、ジルコニアシリカ、アルミナクロミア、チタ
ニア、黒鉛、炭化ケイ素、アルミナボリアシリカから選
定されたものである。更に、セラミックス繊維は、ガス
透過性支持体又はヒータ上に直接に編組又は巻き付けら
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ディーゼル
パティキュレートフィルタは、車両等に搭載するため、
できるだけコンパクトに構成し且つカーボン、煤、ＨＣ
等のパティキュレートの捕集が効率的になるように製造
することは必要である。一般に、パティキュレートは主
としてディーゼルエンジンに含まれるカーボンと炭化水
素の合成物であり、その大きさは、数μｍから数十μｍ
まで分散している。該パティキュレートは、酸素と反応
して容易に燃焼するが、燃焼には高温度が必要であり、
排気ガス温度のみでは完全に燃焼することができない。
従来の再生可能なディーゼルパティキュレートフィルタ
は、同じサイズのフィルタを排気ガス流れに二個並列に
配置し、一方のフィルタがパティキュレートの捕集によ
って詰まると、他方のフィルタに排気ガスを流し、詰ま
った方のフィルタにパティキュレートの焼却に必要な空
気を送り込んでフィルタを加熱し、捕集されたパティキ
ュレートを焼却してフィルタを再生している。従来の再
生可能なディーゼルパティキュレートフィルタは、パテ
ィキュレート、スモークを除去する装置が従来から多く
開発されているが、いずれも構造が複雑であり、機能が
煩雑である等の欠点があり、実用に供し得ないのが現状
である。例えば、再生可能なディーゼルパティキュレー
トフィルタでは、パティキュレートをフィルタで捕集
し、パティキュレートがフィルタに堆積した時、着火用
グロープラグ又はヒータによって加熱してパティキュレ
ートを焼却させている。

【０００６】そこで、この発明の目的は、上記の課題を
解決することであり、ディーゼルエンジンの燃焼ガス中
に含まれているカーボン、煤、ＨＣ等のパティキュレー
トを捕集するフィルタを設け、フィルタで捕集したパテ
ィキュレートを加熱燃焼させるため金網ヒータをフィル
タに隣接して設け、フィルタを耐熱耐酸化性の材料を選
定すると共に、排気ガス中のパティキュレートの捕集効
率をアップさせるためフィルタを不織布と織布とを組み
合わせて三次元的な構造に構成し、しかも不織布の飛散
を防止して環境汚染の発生を防止できるディーゼルパテ
ィキュレートフィルタにおけるフィルタ構造を提供する
ことである。

【０００７】更に、この発明の別の目的は、上記特性を
有するフィルタを主フィルタと該主フィルタの加熱再生
時に排気ガスを流すサブフィルタとで構成し、主フィル
タとサブフィルタとの空気通過抵抗をバランスさせるよ
うに予め設定し、サブフィルタに開閉弁を設けると共
に、再生のために金網ヒータを主フィルタに設けたコン
パクトで且つパティキュレートの捕集及びフィルタの再
生が簡単になるように構成したディーゼルパティキュレ
ートフィルタに組み込むフィルタ構造を提供することで
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、ディーゼルエンジンの排気系に組み込まれ
たケース内に配置された金網ヒータを備えたフィルタで
排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集し、前記
金網ヒータを通電して前記フィルタに捕集されたパティ
キュレートを加熱焼却するディーゼルパティキュレート
フィルタにおいて、炭化ケイ素繊維から成る不織布、該
不織布の排気ガス流れの下流側に隣接して配置されたセ
ラミックス長繊維から作製された織布、前記不織布の排
気ガス流れの上流側に隣接して配置された金網ヒータ、
並びに前記不織布、前記織布及び前記金網ヒータを互い
に密着保持する係止部材から構成されていることを特徴
とするディーゼルパティキュレートフィルタにおけるフ
ィルタ構造に関する。

【０００９】また、このディーゼルパティキュレートフ
ィルタにおけるフィルタ構造において、前記織布を構成
する前記セラミックス長繊維はＳｉ−Ｃ系及びＳｉ−Ｃ
−Ｔｉ−Ｏ系の長繊維から選択されている。また、前記
織布の目より粗い目を持つＳｉ−Ｃ系又はＳｉ−Ｃ−Ｔ
ｉ−Ｏ系の長繊維を積層して作製された織布が、前記金
網ヒータの排気ガス流れの上流側に隣接して配置されて
いる。更に、前記金網ヒータを構成するＮｉ−Ｃｒを含
有する耐熱鋼線材の表面にＡｌ₂Ｏ₃等の非導電性材料
がコーティングされているものである。

【００１０】また、このディーゼルパティキュレートフ
ィルタにおけるフィルタ構造は、前記ケース内に配置さ
れた前記不織布、前記織布及び前記金網ヒータから成る
主フィルタ、前記主フィルタの中央部に配設されたバイ
パス筒体内で前記主フィルタより濾過する網目が粗く且
つ前記不織布、前記織布及び前記金網ヒータから成る前
記主フィルタに並列に配置されたサブフィルタ、該サブ
フィルタの排気ガス流入側に配置された前記サブフィル
タの流入口を開閉するバイパス弁、及び該バイパス弁を
開閉作動するアクチュエータを有し、前記サブフィルタ
の空気通過抵抗は前記主フィルタの空気通過抵抗に比較
して小さく設定されているものである。また、前記主フ
ィルタは、排気ガス流れに並列に積層された前記サブフ
ィルタに設けられた前記バイパス弁が開放された場合、
前記金網ヒータに通電して前記主フィルタに捕集された
パティキュレートを加熱焼却して再生され、前記主フィ
ルタが捕集を再開した後、前記サブフィルタに設けた金
網ヒータに通電して前記サブフィルタに捕集されている
パティキュレートを加熱焼却して前記サブフィルタを再
生するものである。

【００１１】

【作用】この発明によるディーゼルパティキュレートフ
ィルタにおけるフィルタ構造は、上記のように構成され
ており、次のように作用する。即ち、このディーゼルパ
ティキュレートフィルタにおけるフィルタ構造は、フィ
ルタを炭化ケイ素繊維から成る不織布とＳｉ−Ｃ系又は
Ｓｉ−Ｃ−Ｔｉ−Ｏ系から選択されたセラミックス長繊
維から作製された織布から構成し、金網ヒータを前記不
織布の排気ガス流れの上流側に隣接して配置したので、
フィルタ材料が耐熱耐酸化性に富み、しかも積層したフ
ィルタ繊維間を排気ガスがジグザグ状に流れ、その流れ
に伴って排気ガス中に含まれるカーボン、すす、スモー
ク等のパティキュレートが繊維或いは繊維の交点に引っ
掛かり即ち捕集され、その部分が核となってパティキュ
レートが堆積し、三次元的なフィルタ効果を発揮でき
る。また、不織布の繊維がその層から分離して飛散し易
いが、それらの繊維は織布で保持されて飛散することが
なく、後流に流出することが防止される。

【００１２】また、このフィルタ構造は、排気ガス流入
側の面にヒータを配置した主フィルタの中央部にバイパ
ス筒体を介して排気ガス流れに並列にサブフィルタを配
置し、前記サブフィルタの流入口にバイパス弁を設け、
前記サブフィルタの空気通過抵抗を前記主フィルタの空
気通過抵抗に比較して小さく設定したディーゼルパティ
キュレートフィルタに適用でき、その場合には、主フィ
ルタの入口に切換弁を設ける必要なく、サブフィルタに
ヒータを設置する必要がなく、また主フィルタの再生時
に主フィルタに空気を送り込むポンプを設ける必要もな
く、全体をコンパクトな構造に構成できる。

【００１３】しかるに、ディーゼルエンジンでは、供給
される空気は燃料に対して過剰に設定されているので、
全負荷時でもディーゼルエンジンから排気される排気ガ
ス中には２０％程度の空気が含まれている。そこで、主
フィルタを再生する時に、主フィルタに少量の排気ガス
を流せば、主フィルタに捕集されているパティキュレー
トを燃焼させるＯ₂を供給できることになる。従って、
前記サブフィルタの空気通過抵抗を前記主フィルタの空
気通過抵抗に比較して小さく設定しておけば、バイパス
弁を開放した時に、サブフィルタには多量の排気ガスが
流れるが、パティキュレートを捕集している主フィルタ
にも少量の排気ガスが流れることになり、主フィルタの
パティキュレートの焼却に必要なＯ₂を供給できる。

【００１４】また、バイパス弁を閉鎖して主フィルタに
排気ガスを流す場合には、バイパス弁から漏洩する排気
ガスがサブフィルタを流れ、主フィルタの再生時にサブ
フィルタで捕集したパティキュレートは同様にサブフィ
ルタに供給され、しかもサブフィルタは主フィルタの内
部に配置されているので、主フィルタから受熱して冷却
されることなく、サブフィルタに捕集されているパティ
キュレートは排気ガスに含まれるＯ₂で焼却される。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明によるディ
ーゼルパティキュレートフィルタにおけるフィルタ構造
の実施例を説明する。図１はこの発明によるディーゼル
パティキュレートフィルタにおけるフィルタ構造の一実
施例を示す一部破断の斜視図、図２は図１のフィルタ構
造の一例を示す断面図、図３はこのフィルタ構造の別の
例を示す断面図、及び図４はこのフィルタ構造の更に別
の例を示す断面図である。

【００１６】このディーゼルパティキュレートフィルタ
におけるフィルタ構造の一実施例を図１及び図２を参照
して説明する。この発明によるフィルタ構造は、ディー
ゼルエンジンの排気系に配置され、排気ガス中に含まれ
るカーボン、すす、スモーク等のパティキュレートを捕
集し、捕集されたパティキュレートを加熱焼却できるデ
ィーゼルパティキュレートフィルタに適用できるもので
ある。この実施例では、図１及び図２に示すように、フ
ィルタ２５は、炭化ケイ素繊維から成る不織布２８、及
び該不織布２８の排気ガス流れの下流側に隣接して配置
されているＳｉ−Ｃ系又はＳｉ−Ｃ−Ｔｉ−Ｏ系の長繊
維から作製された織布２９から作製されている。更に、
このフィルタ構造は、不織布２８の排気ガス流れの上流
側に隣接して配置された金網ヒータ６、並びに不織布２
８、織布２９及び金網ヒータ６を互いに保持する係止部
材３０から構成されている。係止部材３０は、例えば、
Ｕ字形針、ステープル、Ｕ字形留め金、籠状針金等を使
用することができる。不織布２８に排気ガスを流すと、
繊維が分離して飛散する虞があるが、不織布２８の後流
に織布２９を配置することによって、不織布２８から分
離した繊維は織布２９でキャッチされ、織布２９の後流
に不織布２８から分離した繊維が飛散することが防止さ
れる。

【００１７】また、金網ヒータ６を構成する線材の表面
にはＡｌ₂Ｏ₃等の非導電性材料がコーティングされて
いるものである。金網ヒータ６にＡｌ₂Ｏ₃をコーティ
ングすることによって、金網ヒータ６に通電した場合
に、金網同志が接触したとしても、異常に通電して金網
ヒータ６が不均一に加熱されることがない。このフィル
タ２５は、後述のディーゼルパティキュレートフィルタ
に組み込む場合に、主フィルタ１として適用できるもの
である。

【００１８】次に、このディーゼルパティキュレートフ
ィルタにおけるフィルタ構造の別の実施例を図３を参照
して説明する。この実施例では、フィルタ２６は、図３
に示すように、上記実施例のフィルタ２５において、織
布２９の目より粗い目を持つＳｉ−Ｃ系又はＳｉ−Ｃ−
Ｔｉ−Ｏ系の長繊維から作製された織布３１が、金網ヒ
ータ６の排気ガス流れの上流側に隣接して配置されてい
るものであり、その他の構成については上記実施例のフ
ィルタ２５と同一であるので、同一の部材には同一の符
号を付している。金網ヒータ６の上流側に金網ヒータ６
に極めて目の粗い織布３１を積層して係止することによ
って、金網ヒータ６が熱応力を受けて変形することによ
る金網同志の接触が防止され、フィルタ２６の加熱が不
均一になることが防止され、均一に加熱されることにな
る。このフィルタ２６は、後述のディーゼルパティキュ
レートフィルタに組み込む場合に、主フィルタ１として
適用できるものである。

【００１９】また、このディーゼルパティキュレートフ
ィルタにおけるフィルタ構造の更に別の実施例を図４を
参照して説明する。この実施例では、フィルタ２７は、
図４に示すように、図３に示すフィルタ２６と比較して
金網ヒータ６を不織布の内側に備えている以外は上記実
施例のフィルタ２６と同一であるので、同一の部材には
同一の符号を付している。このフィルタ２７は、後述の
ディーゼルパティキュレートフィルタに組み込む場合
に、サブフィルタ２として適用できるものである。

【００２０】図５及び図６を参照して、このフィルタ構
造を適用したディーゼルパティキュレートフィルタの一
実施例を説明する。このディーゼルパティキュレートフ
ィルタの実施例では、図２又は図３に示すフィルタ２５
又はフィルタ２６を主フィルタ１として適用し、また、
金網ヒータを備えていないフィルタ２７をサブフィルタ
２として適用している。

【００２１】このディーゼルパティキュレートフィルタ
は、ディーゼルエンジンの排気系に配置され、排気ガス
中に含まれるカーボン、すす、スモーク等のパティキュ
レートを捕集し、捕集されたパティキュレートを加熱焼
却できるものである。このディーゼルパティキュレート
フィルタは、ディーゼルエンジンの排気管（図示せず）
にフランジ２３を介して連結されるケース３を有してい
る。ケース３内には、パティキュレートを捕集できる主
フィルタ１とサブフィルタ２とが排気ガス流れ方向にバ
イパス筒体４によって分離され、排気ガス流れに並列に
排気ガス入口１５から排気ガス出口１６に延びるように
配置されている。また、ケース３と主フィルタ１との間
には、主フィルタ１からケース３を通じて外部に放熱す
るのを防止するため遮熱材５が配置されている。

【００２２】この実施例では、主フィルタ１は、排気ガ
ス通路２２に配置され、その同心上に二重に配置された
内筒１９と外筒２０とから構成されている。主フィルタ
１の内筒１９の内側には、主フィルタ１とサブフィルタ
２との排気ガス流れを遮断する遮蔽用バイパス筒体４が
配置され、バイパス筒体４の内側にサブフィルタ２が配
置されている。主フィルタ１及びバイパス筒体４は、複
数本の支柱１８によってケース３に支持固定されてお
り、サブフィルタ２はバイパス筒体４に複数本の支柱１
７によって支持固定されている。また、排気ガス通路２
２の排気ガス入口１５側において、サブフィルタ２と遮
蔽用バイパス筒体４との間には、バイパス通路２１の入
口側と出口側を遮断するため、遮蔽プレート２４が設け
られている。この実施例では、主フィルタ１は、排気ガ
ス流れに並列に二重に積層された筒体から構成されてい
るが、１つの筒体で構成してもよく、或いは三重以上に
積層された筒体で構成してもよいものである。即ち、主
フィルタ１の中央部にバイパス筒体４を介在して主フィ
ルタ１に対して排気ガス流れに並列にサブフィルタ２が
配置されている。

【００２３】更に、このディーゼルパティキュレートフ
ィルタは、主フィルタ１及びサブフィルタ２の表面全体
に金網ヒータ６から成るヒータが配置されている。金網
ヒータ６は、主フィルタ１及びサブフィルタ２に捕集さ
れたパティキュレートを加熱燃焼させるために、コント
ローラ１０の指令で通電制御されるように構成されてい
る。金網ヒータ６は、排気ガス通路２２の主フィルタ１
の流入上流側の全面及びバイパス通路２１のサブフィル
タ２の流入上流側の全面にわたって延びており、電極端
子９を通じてコントローラ１０に接続されている。金網
ヒータ６は、Ｎｉ系金属で作製することが好ましく、主
フィルタ１の表面に対して均一に加熱することができる
ように構成されている。

【００２４】また、サブフィルタ２の排気ガス流入側に
はサブフィルタ２の流入口を開閉するバイパス弁７が配
置されている。バイパス弁７は、コントローラ１０の指
令で駆動されるアクチュエータ８によって開閉作動され
るものである。バイパス弁７には、サブフィルタ２の再
生のため、僅かな排気ガスが漏洩する通孔を形成しても
よく、また、バイパス弁７自体を漏洩するようにバイパ
ス通路２１に配設してもよい。

【００２５】また、このディーゼルパティキュレートフ
ィルタにおいて、ケース３の排気ガス入口１５には排気
ガス圧を検出する排気ガス圧センサー１４が設けられて
おり、排気ガス圧センサー１４によって検出された排気
ガス圧の情報はコントローラ１０に入力されるように構
成されている。更に、コントローラ１０にはエンジン作
動状態、即ち、エンジン回転数を検出する回転センサー
１１、エンジン負荷を検出する負荷センサー１２及び排
気ガス温度を検出する温度センサー１３が設けられてい
る。コントローラ１０は、エンジン作動状態のこれらの
検出信号を受けて、エンジン作動状態に対応して予め決
定されている排気ガス圧の検出値に対応するパティキュ
レートの捕集状態を判断し、バイパス弁７の開放タイミ
ング即ち主フィルタ１の再生タイミングを制御するよう
に構成されている。

【００２６】このディーゼルパティキュレートフィルタ
は、上記構成において、サブフィルタ２の空気通過抵抗
を主フィルタ１の空気通過抵抗に比較して小さく設定さ
れているものである。主フィルタ１とサブフィルタ２と
の空気通過抵抗は、フィルタを構成する材質を変更する
ことで確保できる。例えば、サブフィルタ２を構成する
繊維径を主フィルタ１を構成する繊維径より大きくする
ことによって達成できる。そして、主フィルタ１とサブ
フィルタ２との空気通過抵抗値は、次のようにして設定
することができる。主フィルタ１とサブフィルタ２との
空気通過抵抗は、主フィルタ１の再生のためのバイパス
弁７の開放時の主フィルタ１とサブフィルタ２とを通過
する全排気ガス流量Ｑ_Tと、主フィルタ１の再生完了時
の主フィルタ１を通過する排気ガス流量Ｑ_{2 1}との比が
Ｑ_T／Ｑ_{2 1}＞２０を満足するように設定されている。
この数値即ちＱ_T／Ｑ_{2 1}＞２０は、ディーゼルエンジ
ンの空気過剰率を考慮して排気ガスに含まれる約２０％
の空気量によって決定されている。

【００２７】このディーゼルパティキュレートフィルタ
において、主フィルタ１とサブフィルタ２との空気通過
抵抗値の設定を図７を参照して説明する。図７は図５の
ディーゼルパティキュレートフィルタの捕集時間Ｔに対
する主フィルタ１とサブフィルタ２との空気通過抵抗値
Ｒを示すグラフである。

【００２８】このディーゼルパティキュレートフィルタ
において、主フィルタ１及びサブフィルタ２が排気ガス
の濾過機能を有して排気ガス中のパティキュレートを捕
集する場合には、主フィルタ１とサブフィルタ２との圧
力損失は次のようになる。主フィルタ１でパティキュレ
ートが捕集されて捕集時間Ｔ₂の間に主フィルタ１にパ
ティキュレートが堆積し、主フィルタ１が空気通過抵抗
値Ｒ_{2 2}になって所定の圧力損失に達すると、コントロ
ーラ１０の指令によってアクチュエータ８が駆動してバ
イパス弁７が開放し、金網ヒータ６が通電され、主フィ
ルタ１が加熱されて主フィルタ１の再生状態になる。主
フィルタ１が加熱されると、主フィルタ１に捕集されて
いるパティキュレートが加熱され、排気ガス中のＯ₂を
利用してパティキュレートはＣＯ₂とＨ₂Ｏのガスに変
化して焼却される。

【００２９】主フィルタ１の再生時には、最初は排気ガ
スのほとんどがサブフィルタ２を流れ、主フィルタ１に
は微量の排気ガスが流れるが、主フィルタ１の再生処理
が進行するに従って、主フィルタ１の空気通過抵抗値が
段々小さくなると共に、サブフィルタ２に排気ガス中の
パティキュレートが捕集されてサブフィルタ２の空気通
過抵抗値が段々大きくなる。それ故に、主フィルタ１の
再生処理の進行につれて主フィルタ１とサブフィルタ２
との空気通過抵抗のバランスによって主フィルタ１側へ
排気ガスが流れるようになる。この場合、主フィルタ１
の再生時には、主フィルタ１側に過度な排気ガス及び空
気が流れないようにすることが重要である。

【００３０】このディーゼルパティキュレートフィルタ
において、主フィルタ１による排気ガス中のパティキュ
レートの捕集を所定時間Ｔ₂ にわたって行って、所定量
のパティキュレートが主フィルタ１に捕集され、主フィ
ルタ１にパティキュレートが堆積して詰まった状態にな
り、その時、即ち、主フィルタ１の再生を開始する時の
主フィルタ１の空気通過抵抗値をＲ₂ ₂ とする。また、
サブフィルタ２には排気ガスが流されていないので、サ
ブフィルタ２にパティキュレートは堆積されておらず、
その時のサブフィルタ２の空気通過抵抗値をＲ₁ ₁ とす
る。また、主フィルタ１の再生が終わった時の空気通過
抵抗をＲ₂ ₁ とし、サブフィルタ２がパティキュレート
で詰まった場合の空気通過抵抗をＲ₁ ₂ とする。バイパ
ス弁７が開放して主フィルタ１の再生が完了すると、フ
ィルタ全体での空気通過抵抗値をＲとすると、１／Ｒ＝
（１／Ｒ₁ ₂ ）＋（１／Ｒ₂ ₁ ）が成り立つので、Ｒ＝
Ｒ₁ ₂ ・Ｒ₂ ₁ ／（Ｒ₁ ₂ ＋Ｒ₂ ₁ ）である。従って、
差圧ΔＰに対して排気ガス流量の関数Ｑ_Tは、Ｋを係数
とすると、 ΔＰ＝Ｋ・Ｑ_T×〔Ｒ₁ ₂ ・Ｒ₂ ₁ ／（Ｒ₁ ₂ ＋Ｒ₂
₁ ）〕で表される。また、主フィルタ１についての排気
ガス流量の関数Ｑ₂ ₁ とし、サブフィルタ２についての
排気ガス流量の関数Ｑ₁ ₂ とすると、 ΔＰ＝Ｋ・Ｒ₁ ₂ ・Ｑ₁ ₂ ＝Ｒ₂ ₁ ・Ｑ₂ ₁ Ｑ_T＝Ｑ₁ ₂ ＋Ｑ₂ ₁ で表される。上記の各式から、Ｑ
₂ ₁ ／Ｑ_T＝Ｒ₁ ₂ ／（Ｒ₁ ₂ ＋Ｒ₂ ₁ ）となる。

【００３１】主フィルタ１の再生が進行して主フィルタ
１に捕集されているパティキュレートが加熱焼却され、
主フィルタ１の再生が完了するが、その時の主フィルタ
１の空気通過抵抗値をＲ₂ ₁ とする。また、その間にサ
ブフィルタ２には排気ガスが流されてサブフィルタ２が
パティキュレートを捕集時間Ｔ₁ にわたって捕集してパ
ティキュレートが堆積し、その時のサブフィルタ２の空
気通過抵抗値をＲ₁ ₂とする。また、主フィルタ１につ
いての排気ガス流量の関数Ｑ₂ ₁ とし、サブフィルタ２
についての排気ガス流量の関数Ｑ₁ ₂ とすると、この時
に、主フィルタ１にはパティキュレートの焼却ができる
条件が整っていれば良い。ここで、ディーゼルエンジン
の空気過剰率を考慮して排気ガスに含まれる空気量が２
０％程度とすると、Ｑ₂ ₁ ／Ｑ_T＜１／２０の範囲に、
主フィルタ１とサブフィルタ２との空気通過抵抗が設定
されると、主フィルタ１に捕集されているパティキュレ
ートが焼却されるのに必要な空気量が供給されることに
なる。即ち、主フィルタ１の再生時に、排気ガスにより
主フィルタ１が冷却されることなく、パティキュレート
が加熱焼却されるに十分な空気量が供給され、主フィル
タ１の再生が完了することになる。

【００３２】また、このディーゼルパティキュレートフ
ィルタでは、主フィルタ１の再生が完了すると、その間
にサブフィルタ２は排気ガス中のパティキュレートを捕
集してサブフィルタ２にパティキュレートが堆積された
状態になる。そこで、バイパス弁７を閉鎖し、サブフィ
ルタ２の再生を開始する。その時は、サブフィルタ２は
主フィルタ１の内部に配置されているので、サブフィル
タ２には排気ガスの熱エネルギーが蓄熱され、その熱エ
ネルギーによってサブフィルタ２は加熱されているの
で、バイパス弁７の閉鎖後、直ちにサブフィルタ２に設
けたヒータ６に通電し、サブフィルタ２に捕集されたパ
ティキュレートを焼却すればよく、バイパス弁７を通じ
て漏洩する排気ガスに含まれている空気を利用してパテ
ィキュレートを燃焼し、サブフィルタ２が再生される。

【００３３】このディーゼルパティキュレートフィルタ
は、上記のように構成されており、次のように作動す
る。ディーゼルエンジンが駆動され、排気ガスが排気管
を通じて排気ガス通路２２に送り込まれる。この時、バ
イパス弁７は閉鎖状態であり、排気ガスは入口１５から
排気ガス通路２２に送り込まれ、排気ガス通路２２から
主フィルタ１を通過し、主フィルタ１で排気ガス中に含
まれるすす、カーボン、スモーク等のパティキュレート
が捕集され、クリーンな排気ガスは出口１６へと排出さ
れている。捕集されたパティキュレートは主フィルタ１
に堆積することになり、図７に示すように、捕集時間に
従って主フィルタ１の空気通過抵抗が徐々に上昇するこ
とになる。一方、コントローラ１０は、回転センサー１
１、負荷センサー１２及び温度センサー１３からの検出
信号を受け、それらの検出値からエンジン作動状態を判
断し、予め設定されている排気ガス圧の検出値が幾らに
なるとアクチュエータ８を作動してバイパス弁７を開放
するかを決定する。

【００３４】そこで、排気ガス通路２２に設けた排気ガ
ス圧センサー１４が予め設定した排気ガス圧を検出する
と、主フィルタ１は十分なパティキュレートを捕集して
いる状態であるので、コントローラ１０は、主フィルタ
１の再生を行うために、アクチュエータ８を作動する指
令を発し、アクチュエータ８の作動によってバイパス弁
７が開放される。バイパス弁７が開放すると、排気ガス
の大部分はバイパス通路２１を通じてサブフィルタ２を
通過し、排気ガスの微量が排気ガス通路２２から主フィ
ルタ１へ送り込まれるようになる。更に、コントローラ
１０は電極端子９を通じて金網ヒータ６に電流を流す指
令を発し、金網ヒータ６は加熱されて主フィルタ１が加
熱される。サブフィルタ２を通過する排気ガスはその中
に含まれるパティキュレートがサブフィルタ２で捕集さ
れ、捕集されたパティキュレートはサブフィルタ２に堆
積する。この時、サブフィルタ２の空気通過抵抗値は、
図７に示すように、Ｒ_{1 1}からＲ_{1 2}へと徐々に上昇す
ることになる。

【００３５】金網ヒータ６が加熱されて主フィルタ１が
加熱されると、主フィルタ１に捕集されているパティキ
ュレートは主フィルタ１を通過する微量の排気ガスに含
まれる空気を使用してＣＯ₂、Ｈ₂Ｏに変化して焼却さ
れ、ガスになって出口１６から放出される。主フィルタ
１の再生が進行すると、図７に示すように、主フィルタ
１の空気通過抵抗値はＲ_{2 2}からＲ_{2 1}へと徐々に低下
する変化し、主フィルタ１の再生が完了する。主フィル
タ１の再生完了は、エンジン作動状態を考慮して予め設
定されている排気ガス圧値によって、コントローラ１０
で判断される。この時、主フィルタ１とサブフィルタ２
との空気通過抵抗のバランスによって排気ガスの流れは
サブフィルタ２から主フィルタへと徐々に多くなるよう
に移って行くようになるが、この実施例では、主フィル
タ１の再生完了時における主フィルタ１の空気通過抵抗
値Ｒ_{2 1}はサブフィルタ２の空気通過抵抗値Ｒ_{1 2}より
高くなるように設定されている。従って、主フィルタ１
の再生完了時においても、サブフィルタ２に流れる排気
ガスが主フィルタ１に流れる排気ガスよりも多くなって
いる。

【００３６】主フィルタ１の再生が完了すると、コント
ローラ１０はアクチュエータ８を作動してバイパス弁７
を閉鎖する指令を発する。バイパス弁７が閉鎖すると、
排気ガスは排気ガス通路２２から主フィルタ１を通過す
るようになり、通常の排気ガス処理、即ち、主フィルタ
１によるパティキュレートの捕集処理になる。この時、
微量の排気ガスはバイパス弁７に形成した通孔或いは隙
間からを通過してバイパス通路２１に送り込まれる。更
に、バイパス通路２１は主フィルタ１に囲まれているの
で、そこに蓄熱される状態になっている。そこで、サブ
フィルタ２に捕集されているパティキュレートは主フィ
ルタ１がパティキュレートを捕集している間に通電さ
れ、バイパス通路２１からサブフィルタ２を通過する微
量の排気ガスに含まれる空気を利用して焼却され、サブ
フィルタ２は再生されることになる。このディーゼルパ
ティキュレートフィルタは、上記の作動サイクルが繰り
返されて排気ガスが連続して浄化処理されることにな
る。

【００３７】

【発明の効果】この発明によるディーゼルパティキュレ
ートフィルタにおけるフィルタ構造は、上記のように構
成されており、次のような効果を有する。即ち、このフ
ィルタ構造は、フィルタを炭化ケイ素繊維から成る不織
布と該不織布の後流に配置されたＳｉ−Ｃ系又はＳｉ−
Ｃ−Ｔｉ−Ｏ系から選択されたセラミックス長繊維から
作製された織布との組み合わせ構造から構成し、金網ヒ
ータを前記不織布の排気ガス流れの上流側に隣接して配
置したので、フィルタ自体は耐熱耐酸化性に富み、しか
も積層したフィルタ繊維間を排気ガスがジグザグ状に流
れ、その流れに伴って排気ガス中に含まれるパティキュ
レートが繊維或いはそれらの交点に捕集され、その部分
が核となってパティキュレートがフィルタに堆積し、三
次元的な捕集効果を発揮できる。また、不織布の繊維が
その層から分離して飛散し易いが、それらの繊維は織布
で保持されて飛散することがなく、後流に流出すること
が防止される。

【００３８】また、このフィルタ構造は、前記織布の目
より粗い目を持つＳｉ−Ｃ系又はＳｉ−Ｃ−Ｔｉ−Ｏ系
の長繊維から作製した織布を前記金網ヒータの排気ガス
流れの上流側に隣接して配置したので、前記金網ヒータ
が熱応力を受けて変形したとしても、金網同志の接触が
防止され、フィルタ自体は均一に加熱され、局部過熱が
発生することがなく、フィルタに捕集されたパティキュ
レートを良好に過熱焼却でき、フィルタの再生が良好に
行われ、耐久性を向上させることができる。

【００３９】また、このフィルタ構造は、ディーゼルエ
ンジンの排気系途中のケース内に収容された主フィルタ
と前記主フィルタの中央部にバイパス筒体を介在して前
記主フィルタに対して排気ガス流れに並列に配置された
サブフィルタとを設けたディーゼルパティキュレートフ
ィルタに容易に且つ簡単に組み込むことができる。その
ディーゼルパティキュレートフィルタとして、該主フィ
ルタの排気ガス流入側の面にヒータを配置し、前記サブ
フィルタの流入口をアクチュエータで開閉するバイパス
弁を設け、前記サブフィルタの空気通過抵抗が前記主フ
ィルタの空気通過抵抗に比較して小さく設定した場合に
は、前記バイパス弁の閉鎖時には排気ガスは前記主フィ
ルタでスムースに浄化処理され、排気ガス中のパティキ
ュレートは前記主フィルタに捕集される。

【００４０】更に、前記主フィルタを再生する時には、
前記バイパス弁を開放して前記金網ヒータを通電するだ
けであり、前記主フィルタに捕集されたパティキュレー
トを焼却するための空気を別置きのポンプ等を利用して
送り込む必要が無く、前記主フィルタには前記主フィル
タと前記サブフィルタとの空気通過抵抗のバランスによ
り微量の排気ガスが送り込まれることになる。しかる
に、ディーゼルエンジンの特性である空気過剰率の現象
からディーゼルエンジンの排気ガスには微量の空気が含
まれているので、その空気を利用して前記主フィルタに
捕集されているパティキュレートは焼却されることにな
る。

【００４１】従って、このフィルタ構造を組み込んだデ
ィーゼルパティキュレートフィルタは、捕集されたパテ
ィキュレートの焼却のための空気供給装置を必要としな
いばかりでなく、装置そのものがコンパクトに且つ簡単
な構造に形成され、しかも、ディーゼルエンジンから放
出される排気ガスの処理機能が極めて簡潔で且つ連続し
て排気ガスを浄化することができ、例えば、車両等のス
ペース上、厳しい場所にも良好に搭載することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるディーゼルパティキュレートフ
ィルタにおけるフィルタ構造の一実施例を示す一部破断
の斜視図である。

【図２】図１のフィルタ構造の一例を示す断面図であ
る。

【図３】このフィルタ構造の別の例を示す断面図であ
る。

【図４】このフィルタ構造の更に別の例を示す断面図で
ある。

【図５】この発明によるフィルタ構造を適用したディー
ゼルパティキュレートフィルタの一例を示し且つバイパ
ス弁の閉鎖状態を示す断面図である。

【図６】図５のディーゼルパティキュレートフィルタに
おけるバイパス弁の開放状態を示す断面図である。

【図７】このフィルタ構造を組み込んだディーゼルパテ
ィキュレートフィルタにおける捕集時間に対する主フィ
ルタとサブフィルタとの空気通過抵抗値を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

１主フィルタ２サブフィルタ３ケース４バイパス筒体６金網ヒータ７バイパス弁１０コントローラ１４排気ガス圧センサー２１バイパス通路２２排気ガス通路２５，２６，２７フィルタ２８不織布２９，３１織布３０係止部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ディーゼルエンジンの排気系に組み込ま
れたケース内に配置された金網ヒータを備えたフィルタ
で排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集し、前
記金網ヒータを通電して前記フィルタに捕集されたパテ
ィキュレートを加熱焼却するディーゼルパティキュレー
トフィルタにおいて、炭化ケイ素繊維から成る不織布、
該不織布の排気ガス流れの下流側に隣接して配置された
セラミックス長繊維から作製された織布、前記不織布の
排気ガス流れの上流側に隣接して配置された金網ヒー
タ、並びに前記不織布、前記織布及び前記金網ヒータを
互いに密着保持する係止部材から構成されていることを
特徴とするディーゼルパティキュレートフィルタにおけ
るフィルタ構造。
【請求項２】前記織布を構成する前記セラミックス長
繊維はＳｉ−Ｃ系及びＳｉ−Ｃ−Ｔｉ−Ｏ系の長繊維か
ら選択されていることを特徴とする請求項１に記載のデ
ィーゼルパティキュレートフィルタにおけるフィルタ構
造。
【請求項３】前記織布の目より粗い目を持つＳｉ−Ｃ
系又はＳｉ−Ｃ−Ｔｉ−Ｏ系の長繊維を積層して作製さ
れた織布が、前記金網ヒータの排気ガス流れの上流側に
隣接して配置されていることを特徴とする請求項１に記
載のディーゼルパティキュレートフィルタにおけるフィ
ルタ構造。
【請求項４】前記金網ヒータを構成するＮｉ−Ｃｒを
含有する耐熱鋼線材の表面にＡｌ₂Ｏ₃等の非導電性材
料がコーティングされていることを特徴とする請求項１
に記載のディーゼルパティキュレートフィルタにおける
フィルタ構造。
【請求項５】前記ケース内に配置された前記不織布、
前記織布及び前記金網ヒータから成る主フィルタ、前記
主フィルタの中央部に配設されたバイパス筒体内で前記
主フィルタより濾過する網目が粗く且つ前記不織布、前
記織布及び前記金網ヒータから成る前記主フィルタに並
列に配置されたサブフィルタ、該サブフィルタの排気ガ
ス流入側に配置された前記サブフィルタの流入口を開閉
するバイパス弁、及び該バイパス弁を開閉作動するアク
チュエータを有し、前記サブフィルタの空気通過抵抗は
前記主フィルタの空気通過抵抗に比較して小さく設定さ
れていることを特徴とする請求項１に記載のディーゼル
パティキュレートフィルタにおけるフィルタ構造。
【請求項６】前記主フィルタは、排気ガス流れに並列
に積層された前記サブフィルタに設けられた前記バイパ
ス弁が開放された場合、前記金網ヒータに通電して前記
主フィルタに捕集されたパティキュレートを加熱焼却し
て再生され、前記主フィルタが捕集を再開した後、前記
サブフィルタに設けた金網ヒータに通電して前記サブフ
ィルタに捕集されているパティキュレートを加熱焼却し
て前記サブフィルタを再生することを特徴とする請求項
５に記載のディーゼルパティキュレートフィルタにおけ
るフィルタ構造。