JPH074226A - ディーゼルパティキュレート濾過装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれる微
粒子を捕捉して、排気ガスを浄化するディーゼルパティ
キュレート濾過装置に関し、フィルタ素子の特別な再生
作業が不要で、フィルタ素子の寿命も長いディーゼルパ
ティキュレート濾過装置を提供することを目的とする。 【構成】 フィルタ素子１１に補足された微粒子を燃焼
させて除去する再生部１２と、再生部１２とは独立に配
置された濾過部１３とを備え、フィルタ素子１１を再生
部１２と濾過部１３の両方を共通に貫通させて配置し、
かつ、濾過部１３に位置するフィルタ素子１１の部分を
再生部１２に移動する移動手段１４を設けた構成とす
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の
排気ガスに含まれる微粒子を捕捉して、排気ガスを浄化
するディーゼルパティキュレート濾過装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンは、ガソリンエンジ
ンに比較して熱効率が高く、気化が困難な軽油や重油で
も利用できるから運転の経済性が高く、大型トラックや
バスを始めとして、近年では、中小型の乗用車にも搭載
されて、ガソリンエンジンのいくつかの分野を置き換え
つつある。

【０００３】しかし、ガソリンに比較して炭素含有率の
高い軽油や重油をディーゼルエンジンで燃料として用い
ると、排気ガス中に含まれる未燃焼のパティキュレー
ト、すなわち、炭素の微粉末や油滴粒子やその混合物の
微粒子、が増して、排気ガスが黒煙化されて悪臭を伴う
等、種々の不都合を発生する。

【０００４】そこで、ディーゼルエンジンの排気ガスか
ら上記の微粒子を除去して排気ガスを清浄化するディー
ゼルパティキュレート濾過装置が提案された。ディーゼ
ルパティキュレート濾過装置の一般的なものは、排気ガ
スから微粒子を濾し取る多孔質セラミック製のフィルタ
素子を内蔵し、ディーゼルエンジンの排気経路に直列に
接続される。

【０００５】フィルタ素子は、多孔質セラミック製の円
柱の両方の底面から対向する底面に向かって無数の盲孔
を互い違いに形成した外観を有し、両方の底面の盲孔同
士を隔てる薄い隔壁部分が微粒子の濾過機能を発揮す
る。

【０００６】ディーゼルエンジンの排気ガス中の微粒子
は、多孔質セラミックの隔壁が有する無数の微小開口を
排気ガスが通過する際に、多孔質セラミックの隔壁の微
小組織や盲孔の表面に漉し取られ、蓄積される。

【０００７】フィルタ素子は、ディーゼルエンジンの運
転を通じて次第に目詰まりし、排気ガスの抵抗を増して
排気側圧力を高めて、ディーゼルエンジンの運転効率を
低下させる。従って、ディーゼルエンジンの一定の運転
時間ごとに、フィルタ素子の交換や再生作業が必要であ
る。

【０００８】多孔質セラミック製のフィルタ素子は、酸
素（空気）を通じながら６００度〜９００度の高温に保
持されて加熱再生される。加熱再生は、多孔質セラミッ
クの隔壁の微小組織や表面に蓄積された微粒子を燃焼さ
せて、無害な水蒸気と炭酸ガスに変換し、多孔質セラミ
ックの隔壁を通過させて大気中に放出する。

【０００９】従来、フィルタ素子は、濾過装置から取り
出され、単独の状態で特殊な加熱炉に収納されて、商用
電力、ガス燃料、プラズマ、マグネトロン等を利用して
加熱再生された。

【００１０】しかし、従来の再生システムでは、(1) 微
粒子を大量に蓄積したフィルタ素子の取り出しと、その
後の取扱いが大変な汚れ作業となる、(2) フィルタ素子
の取り出し、加熱再生、取り付けの各段階でフィルタ素
子を破損させ易い、(3) 交換用の予備のフィルタ素子が
必要で、使用済みのフィルタ素子を遠くの処理施設まで
運ぶ必要がある、(4) ディーゼルエンジンの停止後、数
時間を経ないとフィルタ素子の温度が高過ぎて取り出せ
ない、等の問題がある。

【００１１】そこで、現在では、各車輛ごとに再生装置
を設けて、自動車を運転しない夜間等に、濾過装置にフ
ィルタ素子を収納したままの状態で、商用電力を利用し
てフィルタ素子を加熱再生するシステムが開発されてい
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】車輛ごとに再生装置を
設ける再生システムでは、フィルタ素子の取り出しに伴
う問題点は解決されるが、一方で、(1) フィルタ素子の
１回の加熱再生に長時間（５時間以上）を要し、その間
は車輛を使用できない、(2) 再生時間を短縮するために
昇温速度や再生温度を上昇させるとフィルタ素子が破損
する可能性が高まり、フィルタ素子の寿命を損なう、
(3) 加熱用に数Ｋｗの電力を必要とし、野外や外出先で
は再生を実施できない、(4) フィルタ素子が大きいた
め、再生時に加熱される体積も大きくなり、断熱構造を
含めて濾過装置全体が大型化する、等の問題が指摘され
ている。

【００１３】ところで、従来の円柱型のフィルタ素子で
は、(1) フィルタ素子の体積が大きく、材料の熱伝導度
が低いため、加熱再生時のフィルタ素子全体の温度分布
の管理が困難である。また、(2) 微粒子の蓄積期間中、
フィルタ素子全体で微粒子の蓄積が均一に行われないた
め、加熱再生時の微粒子の燃焼熱がフィルタ素子の温度
分布が不均一になる。従って、加熱再生時のフィルタ素
子の熱ひずみが大きくなり、フィルタ素子を破損し易い
という問題がある。

【００１４】すなわち、微粒子蓄積期間の初期には、微
粒子は出口側の底部分に選択的に蓄積され、底部分の目
詰まり進行に伴って、微粒子の蓄積が入口側に向かって
進行する。そして、微粒子がフィルタ素子の出口側部分
に選択的に蓄積された状態で全体を加熱すると、燃焼熱
による出口側の温度の高まりが燃焼を加速して、温度差
をさらに拡大してフィルタ素子の熱ひずみを増大させ、
ひびや割れが発生する可能性がある。

【００１５】従って、加熱再生中は、フィルタ素子の加
熱温度と酸素供給量をかなり厳密に制御する必要があ
り、フィルタ素子の長手方向に沿って複数の電熱ヒータ
と温度センサを配置する等、制御系を含めて加熱再生装
置の全体構造が大型化、複雑化していた。

【００１６】また、フィルタ素子に利用されるセラミッ
ク材料が、室温と加熱再生温度の間に変態点を持つ場
合、変態点におけるセラミック材料の不連続な体積変化
がフィルタ素子の応力を増大する可能性がある。

【００１７】従って、加熱再生の際には、急加熱を避け
て、フィルタ素子の温度を徐々に上昇させる必要があ
り、微粒子の燃焼が始まるまでにかなりの時間を必要と
し、加熱再生時間の短縮を困難にしていた。

【００１８】本発明は、フィルタ素子の特別な再生作業
が不要で、フィルタ素子の寿命も長いディーゼルパティ
キュレート濾過装置を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明の基本的
な構成の説明図である。図１において、請求項１のディ
ーゼルパティキュレート濾過装置は、ディーゼルエンジ
ン１０の排気ガス中の微粒子を捕捉するフィルタ素子１
１を有するディーゼルパティキュレート濾過装置におい
て、前記フィルタ素子１１に酸素と熱を同時供給して、
前記フィルタ素子１１に補足された微粒子を燃焼させて
除去する再生部１２と、前記再生部１２とは独立に配置
され、前記フィルタ素子１１にディーゼルエンジン１０
の排気ガスを通じて微粒子を補足させる濾過部１３と、
を備え、前記フィルタ素子１１を、前記再生部１２と濾
過部１３の両方を共通に貫通させて配置するとともに、
前記濾過部１３に位置する前記フィルタ素子１１の部分
を前記再生部１２に移動し、前記フィルタ素子１１の再
生された部分に置き換えて、蓄積された微粒子の燃焼除
去に取り組ませる移動手段１４、を設けたものである。

【００２０】請求項２のディーゼルパティキュレート濾
過装置は、請求項１のディーゼルパティキュレート濾過
装置において、前記フィルタ素子は、その厚さ方向に排
気ガスを貫流させて微粒子を濾過する円板状の外観に形
成され、前記移動手段は、該円板状のフィルタ素子を円
周方向に回転する機構で構成され、前記再生部および濾
過部は、前記フィルタ素子の円板面に沿って配置され、
それぞれ前記円板状のフィルタ素子を挟み込んで構成さ
れるものである。

【００２１】請求項３のディーゼルパティキュレート濾
過装置は、請求項２のディーゼルパティキュレート濾過
装置において、前記フィルタ素子の再生済み部分を前記
濾過部に位置させるごとにリセットされて、前記ディー
ゼルエンジンの運転時間の積算値を計測する計測手段
と、該運転時間の通算値が所定の値に達するごとに前記
移動手段を駆動させ、前記フィルタ素子の別の再生済み
部分を前記濾過部に位置させる制御手段と、を設けたも
のである。

【００２２】請求項４のディーゼルパティキュレート濾
過装置は、請求項２のディーゼルパティキュレート濾過
装置において、前記フィルタ素子は、その外観の全体が
一体に形成されたほぼ円板状の濾過組織で構成され、前
記ディーゼルエンジンの運転に連動して前記移動手段を
駆動させ、前記ディーゼルエンジンの時間当たり回転数
に応じた速度で前記フィルタ素子を連続的に回転させる
制御手段、を設けたものである。

【００２３】請求項５のディーゼルパティキュレート濾
過装置は、請求項２のディーゼルパティキュレート濾過
装置において、前記濾過部における前記フィルタ素子を
挟む２つの空間の圧力差を検知する検知手段と、該圧力
差が所定の値に達するごとに前記移動手段を駆動させ、
前記フィルタ素子の別の再生済み部分を前記濾過部に位
置させる制御手段と、を設けたものである。

【００２４】請求項６のディーゼルパティキュレート濾
過装置は、請求項５のディーゼルパティキュレート濾過
装置において、前記圧力検知手段の出力を通じて前記デ
ィーゼルエンジンの運転に伴う圧力上昇の割合を検知
し、該割合が所定の割合を下回った場合に、前記フィル
タ素子の異常信号を出力する警告手段、を設けたもので
ある。

【００２５】

【作用】本発明のディーゼルパティキュレート濾過装置
では、フィルタ素子の一部分を利用して排気ガスから微
粒子を濾過し、これと並行して、同じフィルタ素子の別
の部分で加熱再生を実施する。そして、フィルタ素子の
各部分の温度をあまり下げない状態で、各部分を濾過状
態から再生状態、再生状態から濾過状態へと移行させ
る。これにより、フィルタ素子の破損が防止され、ま
た、加熱に要する合計の熱量が節約される。

【００２６】さらに、フィルタ素子は、従来の円柱型の
ものに比較して、排気ガスの貫通方向の長さが大幅に短
く形成されており、微粒子の蓄積期間と加熱再生期間の
両方において、この方向に沿った温度差が発生しにく
い。

【００２７】また、交換型のフィルタ素子が４週間以
上、濾過装置内に内蔵したまま外部電源により再生する
形式のフィルタ素子が１週間前後、というかなり長い周
期で加熱再生を実施していたのに対して、本発明では、
通常は数時間以下、好ましくは数１０分ごとに加熱再生
を実施することとし、長時間の蓄積を前提とした従来の
フィルタ素子の設計値の多くを変更して、効率の良い微
粒子の蓄積を可能にしている。

【００２８】図１において、請求項１のディーゼルパテ
ィキュレート濾過装置では、濾過部１３に位置するフィ
ルタ素子１１の部分がディーゼルエンジン１０の排気ガ
ス中の微粒子を捕捉する一方、同時進行的に、再生部１
２に位置するフィルタ素子１１の部分について、フィル
タ素子１１の内部の組織や表面に蓄積された微粒子が加
熱燃焼を通じて除去される。

【００２９】フィルタ素子１１は、再生部１２と濾過部
１３とを共通に貫通する。移動手段１４は、フィルタ素
子１１に対して、回転、反転、スライド式移動、等を実
施して、間欠的、または、時間をかけて徐々に、再生部
１２に位置する部分を濾過部１３に、また、濾過部１３
に位置する部分を再生部１２に移動可能である。

【００３０】つまり、濾過部１３でフィルタ素子１１に
蓄積された微粒子は、移動手段１４により再生部１２に
まで移動され、再生部１２で燃焼して、無害な水蒸気と
炭酸ガスに変換される。

【００３１】再生部１２における加熱は、(1) 車載バッ
テリーの電流出力の一部を利用した抵抗加熱、(2) ディ
ーゼルエンジンの回転出力の一部を利用して、ディーゼ
ルエンジンの排熱を汲み上げるヒートポンプ、(3) 太陽
熱の集光、(4) プロパンガスやメタノール等、水素の割
合が高い燃料の吹き付け、(5) ガスバーナーによる火炎
の吹き付け、(6) マグネトロン加熱、等の手法を採用で
きる。

【００３２】再生部１２に供給される空気は、熱を逃が
さないため、酸素濃度を高めたものが望ましく、ヒータ
等で予熱する、排気ガスと熱交換を行う、空気の供給経
路をディーゼルエンジンの排気管に密着して設ける、等
の手法により、予め加熱された状態で、再生部１２に導
入されることが望ましい。

【００３３】図１では、再生部１２と濾過部１３を上下
に配置して、排気ガスや燃焼ガスを専ら左右方向に貫流
させる形式としたが、再生部１２と濾過部１３を水平に
配置して、排気ガスや燃焼ガスを上下方向に貫流させる
形式としてもよい。

【００３４】請求項２のディーゼルパティキュレート濾
過装置では、フィルタ素子の外観が円板状に限定され
る。そして、移動手段は、円板状のフィルタ素子を円周
方向に回転して、再生部に位置するフィルタ素子の部分
を濾過部に移動し、また、濾過部に位置するフィルタ素
子の部分を再生部に移動する。

【００３５】フィルタ素子は、加熱再生に耐え得る耐熱
性、耐燃焼性の材料で構成され、円板状の外観を貫通す
る方向に排気ガスを貫流して、微粒子を濾過して、フィ
ルタ素子の微細な組織内や表面に蓄積する。

【００３６】フィルタ素子は、例えば、従来の円柱型の
フィルタ素子を長さ方向に圧縮したものを円板状の枠体
の円周上に複数個並べて形成される。しかし、従来の円
柱型のフィルタ素子を長さ方向に圧縮し、直径方向に拡
大して、フィルタ素子の全体を一体に形成してもよい。

【００３７】フィルタ素子は、好ましくは、円板面の両
方の側から盲孔を互い違いに多数配置して、円板面の一
方の側の盲孔と他方の側の盲孔の隔壁に微粒子の濾過機
能を付与する。

【００３８】フィルタ素子は、従来の円柱型のものに比
較して長さが圧縮された分、濾過にかかる表面積が縮小
して、圧損が高くなる可能性がある。しかし、長さ方向
の温度差が縮小され、加熱燃焼の不均一も起こりにく
く、また、長さの圧縮により温度衝撃にも強く、一般的
には狭い幅の温度差による頻繁な加熱再生を前提として
いるため、従来の円柱型のものよりも微細な構造、細い
盲孔、薄い隔壁を利用できる。

【００３９】従って、これらの構造により、濾過にかか
る表面積を拡大して、微粒子を未蓄積の状態（再生完了
時）における圧損を抑制してもよい。

【００４０】濾過部におけるフィルタ素子の切替え時期
は、例えば、(1) ディーゼルエンジンの運転時間の積算
値、(2) ディーゼルエンジンの回転数の積算値、(3) 圧
力センサで求めた濾過部に位置する部分の圧損、(4) 濾
過部に位置する部分の圧損をディーゼルエンジンの回転
数で補正した値、(5) ディーゼルエンジンの出力の低
下、(6) (1) 〜(5) の組合せにより識別できる。そし
て、必要なフィルタ素子の切替え操作は、運転者による
手動操作、あるいは、制御装置を用いた自動操作によっ
て遂行される。

【００４１】請求項３のディーゼルパティキュレート濾
過装置では、フィルタ素子の濾過部に位置する部分の使
用限界を見積もって、加熱再生を実施する適正な段階を
検知するために、加熱再生された部分で濾過を開始した
以降のディーゼルエンジンの運転時間の積算値を用い
る。

【００４２】計測手段は、加熱再生された部分で微粒子
の蓄積を開始した時点で、運転時間の積算を開始する。
制御手段は、計測手段で積算された時間が予め定めた所
定の値に達したときに移動手段を駆動させ、フィルタ素
子の別の再生済み部分を濾過部に位置させる。このと
き、計測手段はリセットされ、この別の再生済み部分に
関する積算時間の計測を開始する。

【００４３】請求項４のディーゼルパティキュレート濾
過装置では、フィルタ素子の濾過部に位置する部分が円
板面を円周方向に連続的に移動する。そして、この連続
的な移動は、ディーゼルエンジンの時間当たり回転数に
応じた速度でフィルタ素子を連続的に回転させて実施さ
れる。すなわち、ディーゼルエンジンの時間当たり回転
数を上昇させると、フィルタ素子の回転速度も高まり、
ディーゼルエンジンの時間当たり回転数を下降させる
と、フィルタ素子の回転速度も低くなる。

【００４４】単位時間当たりの微粒子の排出量は、ディ
ーゼルエンジンの時間当たり回転数に追従して高まるた
め、ディーゼルエンジンの時間当たり回転数（またはそ
の積算値）を用いれば、運転時間の積算量を用いるより
も、微粒子の蓄積量を正確に見積もることが可能であ
る。

【００４５】請求項５のディーゼルパティキュレート濾
過装置では、濾過部におけるフィルタ素子の圧損を検知
して、フィルタ素子の濾過部に位置する部分における微
粒子の蓄積の限界（移動手段による切替えの時期）を識
別する。

【００４６】請求項６のディーゼルパティキュレート濾
過装置では、濾過部におけるフィルタ素子の圧損の上昇
状態を識別して、フィルタ素子の破損を検知する。

【００４７】フィルタ素子が正常であり続ければ、回転
数の積算値や運転時間の積算値に追従して、フィルタ素
子の濾過部に位置する部分の目詰まりが正常に進行し、
適正な割合で圧損が上昇し続ける。

【００４８】しかし、クラックが発生して微粒子の一部
分が未濾過の状態でフィルタ素子を貫通し始めると上昇
の割合は低下し停止する。そして、クラックが成長して
開口状の破損に至ると逆に圧損は低下する。

【００４９】警告手段は、圧損の上昇する割合を検知
し、正常と判断し得る速度の限界を下回った際、例え
ば、圧損の上昇が所定時間異常停止した場合に、フィル
タ素子を異常と判断して異常信号を発生する。

【００５０】異常信号は、運転者、または、自動車の制
御系に対して、フィルタ素子の異常を通報するために使
用される。例えば、運転者に対しては、ＣＲＴモニター
上の文字表示や画像表示、ブザーやスピーカーによる音
声メッセージの形式による通報を実行する。

【００５１】また、例えば、自動車の自動制御系に対し
ては、フィルタ素子を回転して、フィルタ素子の正常な
場所を濾過部に位置させる。また、フィルタ素子が異常
を示した場所を記憶し、次回からは、この場所を飛ばし
て、次の正常な部分を濾過部に位置させる。

【００５２】

【実施例】図２は実施例のディーゼルパティキュレート
濾過装置の構成の説明図、図３は図２の濾過装置のフィ
ルタ素子の構成の説明図、図４は運転の積算時間に伴う
ディーゼルパティキュレート濾過装置の圧損の変化の線
図である。図３中、(a) は平面図、(b) は(a) のＸ−Ｘ
断面図である。

【００５３】ここでは、円板状の枠体に４つのセラミッ
クフィルターを嵌め込んでフィルタ素子が構成され、フ
ィルタ素子の圧損が所定の値に達するごとに、フィルタ
素子を９０度回転する。

【００５４】図２において、ディーゼルエンジン２０の
排気管２０Ｅは、ディーゼルパティキュレート濾過装置
２１に接続される。ディーゼルエンジン２０の排気ガス
に含まれる微粒子は、ディーゼルパティキュレート濾過
装置２１の濾過部２６を遮断するフィルタ素子２７によ
って濾過される。

【００５５】フィルタ素子２７は、濾過部２６に位置す
る部分の圧損が所定の水準を越えるごとに、モータ３１
に駆動されて９０度づつ回転される。フィルタ素子２７
の濾過部２６に位置する部分は、フィルタ素子２７の２
回の回転駆動を得て、再生部２５に到達する。

【００５６】再生部２５では、ポンプ３３から供給され
る空気と、電熱ヒータ２４Ａ、２４Ｂから供給される熱
とを用いて、フィルタ素子２７の再生部２５に位置する
部分が加熱再生される。

【００５７】すなわち、フィルタ素子２７の濾過部２６
に位置する部分に蓄積された微粒子が再生部２５で燃焼
除去される。この燃焼除去を通じて発生した炭酸ガスと
水蒸気は、濾過部２６に戻され、濾過された排気ガスに
合流して、排気経路２１Ｈを通じて外気中に放出され
る。

【００５８】ここで、再生部２５に位置するフィルタ素
子の部分は、微粒子の加熱燃焼を適正に行うために、６
００〜９００度Ｃにまで加熱される必要がある。一方、
ディーゼルエンジン２０が運転されている期間中、フィ
ルタ素子２７の濾過部２６に位置する部分は、貫流する
排気ガスによって、既に、５００〜６００度Ｃにまで加
熱されている。そして、厚い断熱材２３は、フィルタ素
子２７の濾過部２６に位置する部分をあまり冷却させな
いうちに、再生部２５に位置させることを可能にする。

【００５９】従って、電熱ヒータ２４Ａ、２４Ｂが負担
すべき加熱量は、フィルタ素子２７のうち、再生部２５
に位置する限られた体積の部分を１００〜２００度Ｃ加
熱するだけのものでよい。さらに、微粒子の燃焼熱が、
必要な熱量をさらに節約させる。

【００６０】ディーゼルパティキュレート濾過装置２１
は、厚いステンレス鋼板で形成された濾過部２６、再生
部２５を含む内部構造体を内蔵し、その周囲に断熱材２
３を充填して、全体の外部を外装材２２で覆って構成さ
れる。

【００６１】ポンプ３３が送出する空気は、ディーゼル
エンジン２０の排気管に沿って配置された管路３３Ｐを
通過し、排気ガスと熱交換して加熱された状態で再生部
２５に流入する。

【００６２】フィルタ素子２７を挟んで濾過部２６に配
置された圧力センサ２８Ａ、２８Ｂの出力から、差圧検
出回路３２は、フィルタ素子２７の濾過部２６に位置す
る部分の圧損に相当する電気信号を形成する。この圧損
は、フィルタ素子２７の濾過部２６に位置する部分にお
ける微粒子の蓄積量に相当しており、圧損が高くなるま
まに放置しておくと、ディーゼルエンジン２０の排気圧
力が上昇して、ディーゼルエンジン２０の運転効率を損
なう。

【００６３】そこで、ＥＣＵ（Electronic Control Uni
t ）３４は、差圧検出回路３２の出力状態を識別し、差
圧が予め定めた一定のレベルに達すると、モータ電源３
７を通じてモータ３１を駆動し、フィルタ素子２７を９
０度回転して、フィルタ素子２７の再生完了した別の部
分を濾過部２６に位置させる。フィルタ素子２７の１つ
の部分は、通常の運転状態では、圧損の上昇によって、
２０分間前後でこの切替えが必要になる。

【００６４】ＥＣＵ３４は、また、再生部２５に設けた
図示しない温度センサの出力に基づいて、ヒータ電源３
６およびポンプ３３を制御し、再生部２５における微粒
子の加熱燃焼の条件をほぼ一定に保つ。

【００６５】ＥＣＵ３４は、さらに、差圧検出回路３２
の出力状態を識別し、ディーゼルエンジンの回転数で補
正した差圧が２分間以上上昇しない場合や、逆に低下し
た場合に、エラーメッセージ表示器３５を作動させ、運
転者にフィルタ素子２７の異常発生を通報する。

【００６６】そして、ＥＣＵ３４は、直ちにモータ３１
を駆動して、フィルタ素子２７の再生完了した次の部分
を濾過部２６に位置させ、未濾過の排気ガスがフィルタ
素子２７を素通りする事態を避ける。また、異常が検知
されたフィルタ素子２７の部分を記憶して、次回からは
異常部分を飛ばした置替えを実行する。

【００６７】実施例のディーゼルパティキュレート濾過
装置においては、ヒータ電源３６とモータ電源３７の両
方に対して、車載のバッテリーから電力供給しており、
主としてヒータ２４Ａ、２４Ｂの電力消費によって、通
常の再生状態では、３００Ｗ程度のかなり大きな出力が
バッテリーから取り出される。

【００６８】そこで、ＥＣＵ３４は、自動車の他の機能
のためにバッテリーが大電流を出力している期間、例え
ば、ディーゼルエンジンの始動直後でグロープラグが通
電されている期間は、ヒータの通電を一時的に中止し
て、バッテリーの電圧低下を避ける。

【００６９】なお、グロープラグは、電熱ヒータによっ
てディーゼルエンジンの筐体や吸気経路を加熱し、始動
直後における噴射燃料の不完全燃焼を防止するもので、
やはり３００Ｗ程度の電力を消費する。

【００７０】また、ＥＣＵ３４は、自動車のディーゼル
エンジンがＯＦＦされた後も、ＯＦＦされた時点で濾過
部に位置していた部分の再生が完了するまでは、バッテ
リーの電力を消費して、加熱再生を継続させる。

【００７１】これは、ディーゼルエンジンの排気ガスに
よる余熱がフィルタ素子２７に残っているうちに、必要
な再生を済ませたほうが、合計の電力消費を節約できる
からである。また、ディーゼルエンジンの始動後の１時
間程度は、フィルタ素子２７が冷却状態にあるため、十
分な加熱再生を実行できないからである。

【００７２】図３(a) 、(b) において、フィルタ素子２
７は、セラミック製の円板状の枠体２７Ｆの円周上に、
４個のセラミックフィルター２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、
２７Ｄを嵌め込んで構成される。４個のセラミックフィ
ルター２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄは、円板状の枠
体２７Ｆの中心を挟み込む一対のハブ２７Ｇ、２７Ｈに
より円板状の枠体２７Ｆに固定される。

【００７３】枠体２７Ｆの外周部分には、フィルタ素子
２７を挟む両方の側の気密を保持して、枠体２７Ｆの外
周部分を越えて排気ガスを素通りさせないためのシール
構造が形成される。

【００７４】セラミックフィルター２７Ａ、２７Ｂ、２
７Ｃ、２７Ｄは、従来の円柱状のフィルタ素子を長さ方
向に短縮した外観形状を有し、両方の底面から互い違い
に形成した盲孔の隔壁部分が微粒子の濾過機能を有す
る。すなわち、加熱燃焼による再生を前提とした、アル
ミナを主成分とする耐熱性、耐燃焼性の隔壁構造であっ
て、一方の面側から形成した盲孔と、他方の面側から形
成した盲孔とを分離する壁面を主な微粒子の濾過構造と
して用いる。

【００７５】図４において、従来のフィルタ素子を外部
に取り出して再生する形式のディーゼルパティキュレー
ト濾過装置では、大型、大容量のフィルタ素子を使用し
ていた。そして、フィルタ素子に微粒子を可能な限り蓄
積して、ディーゼルパティキュレート濾過装置の圧損が
許容限界に至るごとに、再生完了したフィルタ素子への
交換を実施していた。

【００７６】この交換は、通常、３週間〜１か月ごとに
行われ、交換後は、運転の積算時間に伴ってディーゼル
パティキュレート濾過装置の圧損が単調に増加し、交換
に至る後半の期間では、ディーゼルエンジンのかなりの
低効率を受け入れる必要があった。

【００７７】また、濾過装置内にフィルタ素子を装填し
たまま外部電源で再生する形式のディーゼルパティキュ
レート濾過装置では、中型、中容量のフィルタ素子を使
用していた。そして、週末ごとに５〜８時間を費やして
フィルタ素子の加熱再生を実施していた。

【００７８】これらに対して、実施例のディーゼルパテ
ィキュレート濾過装置では、小型、小容量のフィルタ素
子（セラミックフィルタ）を４個使用しており、１５分
〜２０分ごとの頻度でフィルタ素子を置替える。換言す
れば、ディーゼルエンジンの運転に伴ってフィルタ素子
は急速に圧損を上昇させるが、圧損の上昇以上に頻繁に
フィルタ素子を置替える。これにより、ディーゼルエン
ジンの回転数の増減による圧損の変動を除けば、ほぼ一
定の圧損状態でディーゼルエンジンを運転できる。

【００７９】図２の実施例では、再生部と濾過部を上下
の反対位置に配置したが、再生部と濾過部を隣接し、濾
過部に位置した部分を直ちに再生部に位置させるように
構成してもよい。これにより、ディーゼルエンジンの排
気ガスによる加熱状態を再生にそのまま生かせる。

【００８０】図５は別の実施例のディーゼルパティキュ
レート濾過装置の説明図、図６は図５のフィルタ素子の
詳細の説明図、図７は図５のシール部の説明図である。
図６中、(a) は平面図、(b) は断面図である。

【００８１】ここでは、フィルタ素子が連続的に回転駆
動されており、再生済みの部分を濾過部分に少しづつ関
与させ、微粒子が蓄積された部分を再生部分に少しづつ
割り込ませる。

【００８２】図５において、フィルタ素子４７の背後に
は、ガス流路を妨げない形式で外側のシール部４４を中
心のハブに連結するリブ構造が配置される。シール部４
４の枠の内側には、微粒子を濾過するフィルタ素子４７
が嵌め込まれ、フィルタ素子４７は、中心のハブの軸４
２に押さえ板４３を固定して、シール部４４の枠と一体
に組み立てられる。

【００８３】フィルタ素子４７は、ディーゼルエンジン
の運転中、シール部４４とともに外側の矢印の方向にゆ
っくりと回転しており、この回転に伴って、一定の時間
後には、濾過部４６に相当するフィルタ素子４７の位置
は位置４６Ｂへ、再生部４５に相当するフィルタ素子４
７の位置は位置４５Ａへと、それぞれ連続的に移動す
る。

【００８４】軸４２を通じたフィルタ素子２７を含む全
体構造の回転は、ディーゼルエンジンの毎秒回転数に比
例したごく遅い速度で実行され、この回転によって、微
粒子の蓄積を進行させる濾過部４６には、再生部４５で
再生完了した圧損の低い部分が少しづつ割り込み、濾過
部４６全体の圧損の上昇を抑制する。

【００８５】微粒子を蓄積して圧損が上昇した部分が、
少しづつ再生部４５に割り込む一方で、微粒子が燃焼除
去されて圧損が低下した部分が、再生部４５から少しづ
つ出て行く。

【００８６】図６において、フィルタ素子４７は、加熱
燃焼による再生を前提とした、アルミナを主成分とする
耐熱性、耐燃焼性の隔壁構造であり、一方の面から形成
した盲孔と、他方の面から形成した多数の盲孔とを分離
する隔壁が１μm レベルの微粒子の濾過構造として機能
する。フィルタ素子４７の中心には、軸を貫通してフィ
ルタ素子４７を固定するための貫通孔４７Ｅが形成され
る。

【００８７】図７において、シール部４４に形成された
一番外側の溝４４Ｍ、４４Ｎの底部分は、筐体５０側に
設けたセラミック製の摺動リング５３Ａ、５３Ｂに対し
て摺動するシール面を形成する。

【００８８】シール部４４の溝４４Ｍ、４４Ｎよりも内
側に形成された溝４４Ｋは、シール部４４の断面積を減
じて、シール部４４を通じた外周（縁）方向への熱ロス
を小さくする。筐体５０側に設けたセラミック突起５２
Ａ、５２Ｂは、溝４４Ｋと噛み合って、溝４４Ｍ、４４
Ｎまでの経路を長くし、摺動リング５３Ａ、５３Ｂの摺
動面に微粒子を達しにくくする。排気ガスが濾過部４６
に形成する最大の圧力以上の圧縮空気を、溝４４Ｍ、４
４Ｎの外側の隙間部分に連続的に供給して、内側向きに
減少する圧力勾配を設けてもよい。

【００８９】筐体５０の外側には断熱材５１が充填され
る。シール部４４を中心のハブに連結するリブ構造４４
Ｌは、フィルタ素子４７の盲孔の配置に適合させて、多
数の開口を有し、この開口を通じて、濾過部４６におけ
る排気ガスや、再生部４５における微粒子の燃焼ガスが
排出側に流出する。

【００９０】図５の実施例では、ディーゼルエンジンの
毎秒回転数に応じたゆっくりとした速度でフィルタ素子
４７が連続的に回転され、通常の運転状態では、約１時
間で１回転して、元の位置が再び濾過部４６に位置す
る。

【００９１】そして、濾過部４６には、図２の実施例の
ように、フィルタ素子４７を挟んで一対の圧力センサが
配置され、一対の圧力センサの出力から求めた差圧を用
いてフィルタ素子４７および再生部４５のヒータの異常
が検知される。

【００９２】すなわち、濾過部４６の差圧をディーゼル
エンジンの回転数で補正して、回転数の増減による差圧
の変動を除き、この補正された差圧値が低下した場合に
はフィルタ素子４７の異常を、補正された差圧値が上昇
した場合には再生部４５の異常を、それぞれ運転者に通
報する。

【００９３】

【発明の効果】請求項１のディーゼルパティキュレート
濾過装置によれば、自動車の運転に並行して、フィルタ
素子の再生を実施するから、ディーゼルパティキュレー
ト濾過装置から再生のためにフィルタ素子を取り出す必
要が無く、また、定期的に、自動車の使用を中止して、
特別な再生作業を行う必要もない。従って、自動車の稼
動率が向上し、ディーゼルエンジンの排気ガスが浄化さ
れにもかかわらず、フィルタ素子の維持管理に気を使う
必要がない。

【００９４】また、濾過部に位置するフィルタ素子の部
分を次々に入れ換えて、濾過部におけるフィルタ素子の
圧損をあまり上昇させることなく、微粒子の濾過を継続
できる。従って、ディーゼルエンジンの運転効率を高い
状態に維持できる。

【００９５】さらに、濾過部で排気ガスから蓄積した熱
をあまり損なわない状態で、再生部でフィルタ素子を再
生するから、冷えきったフィルタ素子の再生を行う場合
に比較して、再生のための熱供給量が少なくて済む。従
って、車載のバッテリーの電流出力程度でも再生を実施
でき、特別な発電装置や、ガス燃焼施設を自動車に搭載
する必要がない。

【００９６】請求項２のディーゼルパティキュレート濾
過装置によれば、従来の円柱型のフィルタ素子の材料、
設計手法、製造方法等をそのまま応用して、フィルタ素
子を製作できる。そして、従来の円柱型のフィルタ素子
に比較して、全体の長さが短くなるから、再生時の加熱
による長さ方向の温度差が小さくなり、また、微粒子の
蓄積量の格差（長さ方向に関して）が小さいから、微粒
子の燃焼熱による温度差も発生しにくい。

【００９７】従って、部分的な加熱ムラに起因するフィ
ルタ素子のクラックや破損が発生しにくく、再生と濾過
を頻繁に繰り返しても、フィルタ素子の寿命が十分に確
保される。

【００９８】また、必要なシール構造が、原則的に、円
板の外縁を越える漏れの対処だけで済み、移動を行うた
めの機構も回転のため比較的に簡単で済む。

【００９９】さらに、フィルタ素子の一部分が破損した
場合でも、破損していない部分を選択して濾過部に位置
させることにより、微粒子の濾過を正常に遂行できる。

【０１００】請求項３のディーゼルパティキュレート濾
過装置では、自動的にフィルタ素子の切替えが実施され
るから、フィルタ素子の切替えに関して運転車の手を煩
わせない。

【０１０１】請求項４のディーゼルパティキュレート濾
過装置によれば、フィルタ素子が連続的に回転されるか
ら、間欠的にフィルタ素子を回転する場合に比較して、
ディーゼルエンジンの排気側圧力の変動が小さくなり、
ディーゼルエンジンの出力が安定する。

【０１０２】請求項５のディーゼルパティキュレート濾
過装置によれば、フィルタ素子の目詰まり状態を直接に
反映する圧力差を用いて、フィルタ素子の切替え時期を
判断するから、運転時間の積算値や回転数の積算値を用
いて間接的にフィルタ素子の切替え時期を判断する場合
に比較して、切替え時期がより正確に求まり、ディーゼ
ルエンジンの安定した出力が確保できる。

【０１０３】請求項６のディーゼルパティキュレート濾
過装置によれば、異常信号を通じて運転者がフィルタ素
子の破損を認識できるから、フィルタ素子が破損したま
ま自動車を運転し続けて、未濾過状態の排気ガスを長期
間に渡って排出し続ける事態を防止できる。

【０１０４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的な構成の説明図である。

【図２】実施例のディーゼルパティキュレート濾過装置
の構成の説明図である。

【図３】フィルタ素子の詳細な構成の説明図である。

【図４】運転の積算時間に伴うディーゼルパティキュレ
ート濾過装置の圧損の変化の線図である。

【図５】別の実施例のディーゼルパティキュレート濾過
装置の説明図である。

【図６】フィルタ素子の詳細な構成の説明図である。

【図７】シール部分の詳細な構成の説明図である。

【符号の説明】

１０ ディーゼルエンジン １１ フィルタ素子 １２ 再生部 １３ 濾過部 １４ 移動手段

【手続補正書】

【提出日】平成６年３月１８日

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１０４

【補正方法】削除

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１０５

【補正方法】削除

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１０６

【補正方法】削除

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１０７

【補正方法】削除

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１０８

【補正方法】削除

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１０９

【補正方法】削除

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１１０

【補正方法】削除

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１１１

【補正方法】削除

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｎ 3/02 Ｚ ＺＡＢ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディーゼルエンジン（１０）の排気ガス
   中の微粒子を捕捉するフィルタ素子（１１）を有するデ
   ィーゼルパティキュレート濾過装置において、 前記フィルタ素子（１１）に酸素と熱を同時供給して、
   前記フィルタ素子（１１）に補足された微粒子を燃焼さ
   せて除去する再生部（１２）と、 前記再生部（１２）とは独立に配置され、前記フィルタ
   素子（１１）にディーゼルエンジン（１０）の排気ガス
   を通じて微粒子を補足させる濾過部（１３）と、を備
   え、 前記フィルタ素子（１１）を、前記再生部（１２）と濾
   過部（１３）の両方を共通に貫通させて配置するととも
   に、 前記濾過部（１３）に位置する前記フィルタ素子（１
   １）の部分を前記再生部（１２）に移動し、前記フィル
   タ素子（１１）の再生された部分に置き換えて、蓄積さ
   れた微粒子の燃焼除去に取り組ませる移動手段（１
   ４）、を設けたことを特徴とするディーゼルパティキュ
   レート濾過装置。
2. 【請求項２】 請求項１のディーゼルパティキュレート
   濾過装置において、 前記フィルタ素子は、その厚さ方向に排気ガスを貫流さ
   せて微粒子を濾過する円板状の外観に形成され、 前記移動手段は、該円板状のフィルタ素子を円周方向に
   回転する機構で構成され、 前記再生部および濾過部は、前記フィルタ素子の円板面
   に沿って配置され、それぞれ前記円板状のフィルタ素子
   を挟み込んで構成されることを特徴とするディーゼルパ
   ティキュレート濾過装置。
3. 【請求項３】 請求項２のディーゼルパティキュレート
   濾過装置において、 前記フィルタ素子の再生済み部分を前記濾過部に位置さ
   せるごとにリセットされて、前記ディーゼルエンジンの
   運転時間の積算値を計測する計測手段と、 該運転時間の通算値が所定の値に達するごとに前記移動
   手段を駆動させ、前記フィルタ素子の別の再生済み部分
   を前記濾過部に位置させる制御手段と、を設けたことを
   特徴とするディーゼルパティキュレート濾過装置。
4. 【請求項４】 請求項２のディーゼルパティキュレート
   濾過装置において、 前記フィルタ素子は、その外観の全体が一体に形成され
   たほぼ円板状の濾過組織で構成され、 前記ディーゼルエンジンの運転に連動して前記移動手段
   を駆動させ、前記ディーゼルエンジンの時間当たり回転
   数に応じた速度で前記フィルタ素子を連続的に回転させ
   る制御手段、を設けたことを特徴とするディーゼルパテ
   ィキュレート濾過装置。
5. 【請求項５】 請求項２のディーゼルパティキュレート
   濾過装置において、 前記濾過部における前記フィルタ素子を挟む２つの空間
   の圧力差を検知する検知手段と、 該圧力差が所定の値に達するごとに前記移動手段を駆動
   させ、前記フィルタ素子の別の再生済み部分を前記濾過
   部に位置させる制御手段と、を設けたことを特徴とする
   ディーゼルパティキュレート濾過装置。
6. 【請求項６】 請求項５のディーゼルパティキュレート
   濾過装置において、 前記圧力検知手段の出力を通じて前記ディーゼルエンジ
   ンの運転に伴う圧力上昇の割合を検知し、該割合が所定
   の割合を下回った場合に、前記フィルタ素子の異常信号
   を出力する警告手段、を設けたことを特徴とするディー
   ゼルパティキュレート濾過装置。