JPH07317531A

JPH07317531A - ディーゼルパティキュレートフィルタ

Info

Publication number: JPH07317531A
Application number: JP6132452A
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

Abstract

(57)【要約】【目的】ディーゼルパティキュレートフィルタにおい
て、ディーゼルエンジンから放出される排気ガスを効果
的に浄化し、装置そのものをコンパクトに構成できる。【構成】本発明は、ディーゼルエンジンの排気系に配
置されたケース３内に主フィルタ１、その中央にサブフ
ィルタ２及び両者の中間にバイパス筒体４を配置する。
主フィルタ１の排気ガス流入側の面に金網ヒータ６を配
置し、サブフィルタ２の排気ガス流入側にアクチュエー
タ８で開閉するバイパス弁７を配置し、バイパス弁７で
サブフィルタ２の流入口を開閉する。サブフィルタ２の
空気通過抵抗は、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。

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
トを捕集する主フィルタを設けると共に、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を主フィルタ
の中央に設け、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て予め設定することによって、サブ
フィルタのみに開閉弁を設けると共に、再生のためにヒ
ータを主フィルタにのみ設けたコンパクトな構造に構成
したディーゼルパティキュレートフィルタを提供するこ
とである。

【０００７】

【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配置された
ケース内に配置された主フィルタ、該主フィルタの排気
ガス流入側の面全体に配置されたヒータ、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、該サブフィルタの排気ガス流入上流側に配置された
前記バイパス筒体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関する。

【０００８】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、前記主フィルタの排気ガス通過抵抗が
増加し、再生のための前記バイパス弁を開放して再生が
完了した場合、前記主フィルタと前記サブフィルタとを
通過する全排気ガス流量Ｑ_Tと前記主フィルタの再生完
了時の前記主フィルタを通過する排気ガス流量Ｑ_{2 1}と
の比がＱ_T／Ｑ_{2 1}＞２０を満足するように前記主フィ
ルタと前記サブフィルタとの空気通過抵抗値が設定され
ている。また、前記Ｑ_T／Ｑ_{2 1}＞２０の関係式は前記
ディーゼルエンジンの空気過剰率と前記主フィルタの再
生時に投入される電力を考慮して決定され、投入電力が
小さい場合はＱ_T／Ｑ_{2 1}が２０以上の値を持つように
設定されているものである。

【０００９】また、このディーゼルパティキュレートフ
ィルタにおいて、前記主フィルタは前記主フィルタが捕
集中に、その温度が所定値でその排気抵抗が高い場合、
直ちに前記サブフィルタを開放し、前記ヒータへの通電
動作に入るものである。また、前記サブフィルタと前記
主フィルタ間は遮熱により熱エネルギーの授受を遮断す
ると共に、前記サブフィルタに捕集されたパティキュレ
ートは前記サブフィルタの動作後直ちに前記サブフィル
タに設けたヒータへの通電により加熱され、前記バイパ
ス弁を通じて流れる微量の排気ガスに含まれている空気
を利用して焼却されて前記サブフィルタが再生されるも
のである。

【００１０】更に、このディーゼルパティキュレートフ
ィルタにおいて、前記主フィルタの再生タイミングは排
気ガス圧センサー、エンジンの回転数及び負荷の各検出
信号に応答しているコントローラの指令で前記バイパス
弁を開放することによって制御されている。更に、前記
主フィルタの再生タイミングはディーゼルエンジンの作
動状態に対応して予め決定されている前記排気ガス圧に
応答するように構成されているものである。

【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
たので、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。

【００１２】即ち、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を供給することができ
る。しかも、主フィルタの再生時には主フィルタへは少
量の排気ガスであり、主フィルタへは過度の排気ガスが
流れることがなく、排気ガスによって冷却されてパティ
キュレートの焼却が悪化することはない。

【００１３】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、フィルタ構造自体をコンパク
トに構成でき、サブフィルタは外側に位置する前記主フ
ィルタによって冷却されることなく、サブフィルタに設
けたヒータに通電してサブフィルタを加熱でき、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。

【００１４】

【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
ルタの一実施例を示し且つバイパス弁の閉鎖状態を示す
断面図、及び図２は図１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。

【００１５】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
入口１５から出口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。

【００１６】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。

【００１７】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。ま
た、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。

【００１８】また、サブフィルタ１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。

【００１９】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２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。

【００２０】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、特に、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。

【００２１】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３を参照して説明する。図３は図１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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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Ｒ_{2 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Ｒ_{1 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Ｒ_{2 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Ｒ_{1 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／Ｒ_{1 2}）＋（１／Ｒ_{2 1}）が成り立つので、Ｒ＝
Ｒ_{1 2}・Ｒ_{2 1}／（Ｒ_{1 2}＋Ｒ_{2 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×〔Ｒ_{1 2}・Ｒ_{2 1}／（Ｒ_{1 2}＋
Ｒ_{2 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Ｑ_{2 1}とし、サブフィルタ２につい
ての排気ガス流量の関数Ｑ_{1 2}とすると、 ΔＰ＝Ｋ・Ｒ_{1 2}・Ｑ_{1 2}＝Ｒ_{2 1}・Ｑ_{2 1} Ｑ_T＝Ｑ_{1 2}＋Ｑ_{2 1}で表される。上記の各式から、Ｑ
_{2 1}／Ｑ_T＝Ｒ_{1 2}／（Ｒ_{1 2}＋Ｒ_{2 1}）となる。

【００２５】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Ｒ_{2 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Ｒ_{1 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Ｑ_{2 1}とし、サブフィルタ２
についての排気ガス流量の関数Ｑ_{1 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、Ｑ_{2 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。

【００２６】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。

【００２７】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３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。

【００２８】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３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。

【００２９】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３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。

【００３０】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。

【００３１】

【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
れた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が
設けられており、該主フィルタの排気ガス流入側の面に
ヒータが配置され、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が設けられ、特に、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されているので、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。

【００３２】また、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。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。

【００３３】従って、この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
ィルタの一実施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２】図１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３】図１のディーゼルパティキュレートフィルタの
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５遮熱材６金網ヒータ７バイパス弁９電極端子１０コントローラ１１回転センサー１２負荷センサー１３温度センサー１４排気ガス圧センサー１５排気ガス入口１６排気ガス出口１９内筒２０外筒２１バイパス通路２２排気ガス通路

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配置され
たケース内に配置された主フィルタ、該主フィルタの排
気ガス流入側の面全体に配置されたヒータ、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、該サブフィルタの排気ガス流入上流側に配置され
た前記バイパス筒体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。
【請求項２】前記主フィルタの排気ガス通過抵抗が増
加し、再生のための前記バイパス弁を開放して再生が完
了した場合、前記主フィルタと前記サブフィルタとを通
過する全排気ガス流量Ｑ_Tと前記主フィルタの再生完了
時の前記主フィルタを通過する排気ガス流量Ｑ_{2 1}との
比がＱ_T／Ｑ_{2 1}＞２０を満足するように前記主フィル
タと前記サブフィルタとの空気通過抵抗値が設定されて
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。
【請求項３】前記Ｑ_T／Ｑ_{2 1}＞２０の関係式は前記
ディーゼルエンジンの空気過剰率と前記主フィルタの再
生時に投入される電力を考慮して決定され、投入電力が
小さい場合はＱ_T／Ｑ_{2 1}が２０以上の値を持つように
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。
【請求項４】前記主フィルタは前記主フィルタが捕集
中に、その温度が所定値でその排気抵抗が高い場合、直
ちに前記サブフィルタを開放し、前記ヒータへの通電動
作に入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。
【請求項５】前記サブフィルタと前記主フィルタ間は
遮熱により熱エネルギーの授受を遮断すると共に、前記
サブフィルタに捕集されたパティキュレートは前記サブ
フィルタの動作後直ちに前記サブフィルタに設けたヒー
タへの通電により加熱され、前記バイパス弁を通じて流
れる微量の排気ガスに含まれている空気を利用して焼却
されて前記サブフィルタが再生され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。
【請求項６】前記主フィルタの再生タイミングは排気
ガス圧センサー、エンジンの回転数及び負荷の各検出信
号に応答しているコントローラの指令で前記バイパス弁
を開放することによって制御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。
【請求項７】前記主フィルタの再生タイミングはディ
ーゼルエンジンの作動状態に対応して予め決定されてい
る前記排気ガス圧に応答するように構成されていること
を特徴とする請求項６に記載のディーゼルパティキュレ
ートフィルタ。