JPH0868311A - ディーゼルパティキュレートフィルタの構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ディーゼルパティキュレートフィルタの構造
において、パティキュレートを加熱焼却するための加熱
ヒータを構成する金網を、耐腐食性で耐熱性に富み、自
己電流制御できるように構成する。 【構成】 本発明は、ディーゼルエンジンの排気系に配
置された主フィルタを構成するフィルタ本体の表面に加
熱ヒータを構成する金網を配置する。金網を構成する線
材５は、ＮｉとＣｒから成る抵抗温度係数が小さく且つ
電気比抵抗値が大きい材料から成る芯部材３１と、芯部
材３１を被覆した抵抗温度係数が大きく且つ電気比抵抗
値が小さい材料から成る外側部材３２とから構成されて
いる。更に、線材５は、耐腐食性のＡｌ₂ Ｏ₃ 又はＺｒ
Ｏ₂ から成る被覆層３３で被覆されている。

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フィルタで捕集して加熱焼却
するディーゼルパティキュレートフィルタの構造に関す
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
の炭化水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。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、フィルタの通過孔が小さく面積が大いフィルタの前
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配置し、堆積し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。

【０００３】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。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。

【０００４】

【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。

【０００５】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。

【０００６】ディーゼルパティキュレートフィルタにお
いて、フィルタの表面に配置した加熱ヒータに通電して
フィルタに堆積したパティキュレートを加熱焼却してい
るが、この場合、加熱ヒータは耐熱性が９００℃以上で
あることが必要であると共に、温度の上昇と共に、抵抗
値が大きくなる抵抗温度係数が大きいことが要求され
る。例えば、フィルタに堆積したパティキュレートを加
熱焼却する時、その焼却温度を上昇させた場合、金網状
のヒータに通電し、カーボンが燃え始め、その部分が局
部的に温度上昇してもヒータには電力が供給され、更に
温度を上昇させるので、ヒータを構成する金属線は焼損
して断線する。従って、フィルタに設けたヒータの温度
が上昇した時、その部分に電流が流れなければ、局部的
な温度上昇が抑制され、ヒータ自体は均一な温度に保持
されることになる。しかしながら、加熱ヒータとして使
用できる抵抗温度係数が高く、体積抵抗値が大きく、し
かも耐熱性で耐腐食性に富んだ材料は存在しない。

【０００７】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から排出され
る排気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本体を設けると共
に、フィルタ本体をセラミックス長繊維材をアトランダ
ムに積層して局部的に織り上げて作製し、前記フィルタ
本体の内外面を金網で被覆し、特に、前記フィルタ本体
の排気ガス流入側に加熱ヒータの役割を果たす金網を配
置し、該加熱ヒータを抵抗温度係数が高い材料と、体積
抵抗値が大きい材料及び耐熱性で高剛性で耐腐食性の材
料を組み合わせた耐熱金属線で作製し、ヒータ自体が局
部的に高温にならないようにして加熱温度を均一に自己
制御できる加熱ヒータを備えたディーゼルパティキュレ
ートフィルタの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、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したフィ
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、前記フィルタで捕集し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の構造にお
いて、フィルタ本体の表面に配置した加熱ヒータを構成
する金網を、抵抗温度係数が小さく且つ電気比抵抗値が
大きい材料から成る芯部材と該芯部材を被覆した抵抗温
度係数が大きく且つ電気比抵抗値が小さい材料から成る
外側部材とから構成した線材で作製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の構造に関す
る。

【０００９】このディーゼルパティキュレートフィルタ
の構造において、前記芯部材をＮｉとＣｒとをそれぞれ
１８．８％含む鋼材又はＮｉを６０〜８０％、Ｃｒを１
２〜２０％含むニクロム線から構成し、前記外側部材を
Ｎｉから構成したものである。また、前記線材を耐腐食
性のＡｌ₂ Ｏ₃ 又はＺｒＯ₂ から成る被覆層で被覆した
ものである。更に、Ｎｉ−Ｃｒ合金から成る前記芯部材
の断面積は全体比で６０〜８５％であり、Ｎｉから成る
前記外側部材の断面積は全体比で４０〜１５％であり、
また、Ａｌ₂ Ｏ₃ 又はＺｒＯ₂ の前記被覆層の断面積は
線材を基準とした全体比で１０〜２０％である。

【００１０】また、このディーゼルパティキュレートフ
ィルタの構造において、前記金網を格子状に形成したも
のである。また、Ｎｉ−Ｃｒ鋼材の前記線材を直列に接
続し、電力の自己制御性を持たせたものである。前記フ
ィルタ本体をＳｉＣ又はＳｉＣにＴｉ又はＴａを加えた
直径８μｍ〜２０μｍのセラミックス長繊維材を積層し
て構成したものである。

【００１１】更に、このディーゼルパティキュレートフ
ィルタの構造は、前記フィルタ本体を主フィルタと該主
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
フィルタとから構成し、前記サブフィルタの排気ガス流
入側に前記バイパス筒体を開閉するバイパス弁を配置
し、前記バイパス弁を開閉作動するアクチュエータを有
しているものである。

【００１２】

【作用】この発明によるディーゼルパティキュレートフ
ィルタの構造は、上記のように構成され、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
タの構造は、加熱ヒータを構成する金網を抵抗温度係数
が小さく且つ電気比抵抗値が大きい材料から成る芯部材
と該芯部材を被覆した抵抗温度係数が大きく且つ電気比
抵抗値が小さい材料から成るコーティング層とから構成
した線材で作製したので、ヒータ自体の温度を均一に保
持することができ、パティキュレートの加熱焼却時に局
部的な過熱領域が発生せず、ヒータの耐久性を向上でき
る。

【００１３】また、前記金網はＮｉ−Ｃｒ鋼材で格子状
に形成された複合線材に直列に接続されているので、前
記金網と前記複合線材には電力の自己制御性を持たせる
ことができる。更に、芯部の線材は体積抵抗値の大きい
ものを選べるので、金網を小さく形成でき、前記フィル
タ本体の熱容量を小さく構成することができると共に、
前記複合線材を補強用コイルとして利用でき、剛性をア
ップすることができる。従って、前記フィルタ本体で捕
集したパティキュレートを加熱焼却する場合に、通電す
る電力は小さくて済むと共に、迅速に高温に加熱してパ
ティキュレートを焼却できる。

【００１４】前記金網を構成するＮｉ−Ｃｒ鋼材の前記
線材は、耐熱性で高剛性であり、体積抵抗値が大きいの
で、前記金網の芯部材にする。更に、前記芯部材の外側
にはＮｉをメッキ又はコーティングして外側部材を形成
する。前記外側部材を構成するＮｉ材はそのままでは耐
酸化性、特に、硝酸に対する耐酸化性が十分でなく、デ
ィーゼルエンジンの排気ガスに直接接触させることは好
ましくないので、Ｎｉの表面にＮｉと親和性の良好なＡ
ｌ₂ Ｏ₃ を形成するように前記外側部材の表面にＡｌを
コーティングして被覆層を形成する。前記被覆層のＡｌ
は酸化処理することによってＡｌ₂ Ｏ₃ に変換され、耐
酸化被膜を形成する。

【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の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
トフィルタの構造の一実施例を示す断面図、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主フィ
ルタを示す断面図、図３は図２の主フィルタの表面に配
置される金網の一実施例を示す斜視図、図４は図３の金
網を構成する線材を示す拡大断面図、及び図５は図２の
主フィルタの表面に配置される金網の別の実施例を示
し、金網と複合コイルとの結線の例を示す説明図であ
る。

【００１６】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
却して再生されるものである。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２１
を有し、ケース２１内に形成される排気ガス通路２２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
よって分離されて同心上に排気ガス流れに並列に入口側
から出口側に延びるように配置されている。主フィルタ
１は、排気ガス流れに同心上に並列に二重に積層された
円筒体である内筒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、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。

【００１７】また、排気ガス通路２２の排気ガス入口側
と排気ガス出口側において、主フィルタ１とサブフィル
タ２との入口１５，１６及び主フィルタ１とサブフィル
タ２との出口１７，１８を除いて、排気ガス通路２２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。サブフィルタ２の排気ガス流入側には支
持管１３が連結されており、該支持管１３にはサブフィ
ルタ２の流入口を開閉するためバイパス弁９が配置され
ている。バイパス弁９は、コントローラ１０の指令で駆
動されるアクチュエータ１１によって開閉作動される。
バイパス弁９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、バイパス
弁９自体を漏洩するようにバイパス通路１４に配設して
もよい。サブフィルタ２の出口端部には支持管３６を取
り付け、該支持管３６にはスプリング２６のばね力で端
部を閉鎖する圧力弁即ち安全弁２５が配設されている。

【００１８】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をフィルタ本体３
から構成し、フィルタ本体３の内外面に対して少なくと
も排気ガス流入側を導電性材で作製した金網６，７を配
置し、フィルタ本体３の外筒に当たるフィルタ部では排
気ガス流出側に繊維撚糸８を巻き付けたものである。フ
ィルタ本体３は、ＳｉＣ又はＳｉＣにＴｉ，Ｔａ等の添
加物を添加した直径８μｍ〜２０μｍのセラミックス長
繊維材を積層した板状で円筒状に形成されているもので
ある。フィルタ本体３に排気ガスを通すと、排気ガス中
のパティキュレートは繊維と繊維との交差した領域で捕
集され、繊維間に順次堆積し、フィルタ本体３の上流側
の排気ガス圧を上昇させることになる。

【００１９】金網６，７は、主フィルタ１の排気ガス流
れの上流側に金網６が配設され、主フィルタ１の排気ガ
ス流れの下流側に金網７が配設されている。金網６，７
は、Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｌ等を含有する耐腐食性の耐熱鋼で
作製され、フィルタ本体３の表面に配置して適宜にステ
ィープラ等で係止することで主フィルタ１に固定でき
る。主フィルタ１を２個の円筒状フィルタである内筒１
９と外筒２０で作製した場合に、内筒１９と外筒２０と
の間に排気ガスが流入する排気ガス流入側の主排気ガス
流入通路１２が形成され、内筒１９の内側と外筒２０の
外側に主フィルタ１を通過した排気ガスが流出する排気
ガス流出側の主排気ガス流出通路３５が形成される。例
えば、外筒２０について説明すると、図２に示すよう
に、外筒２０の内外面に金網６，７をスティープラ等で
固定し、外筒２０の外側にはセラミックス長繊維を撚っ
た糸即ち繊維撚糸８を粗目に巻き付ける。この時、外筒
２０の内面即ち排気ガスの流入側に配置した金網６は、
後述の導電性を有する材料で作製する。外筒２０の外面
即ち排気ガスの流出側に配置した金網７は、必ずしも導
電性を有する材料で作製する必要はない。いずれにして
も、金網６，７は、セラミックス長繊維のフィルタ本体
３の保持網としての機能を有する。

【００２０】金網６は、主フィルタ１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１
０の指令で通電制御されるように構成されている。サブ
フィルタ２については、図示していないが、主フィルタ
１と同様に金網を設けてサブフィルタ２に捕集されたパ
ティキュレートを加熱燃焼させることができる。金網
６，７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１４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３０を通
じてコントローラ１０内に設けた電源１０Ｅに接続され
ている。

【００２１】このディーゼルパティキュレートフィルタ
の構造は、特に、フィルタ本体３の表面に配置された加
熱ヒータを構成する金網６の構造に特徴を有している。
金網６を構成する線材５は、例えば、図４に示すよう
に、Ｎｉ−Ｃｒ合金から成る芯部材３１、該芯部材３１
にコーティングされたＮｉ等の抵抗温度係数の大きい材
料から成る外側部材３２、及び該外側部材３２に被覆さ
れた耐腐食性のＡｌ₂ Ｏ₃ 又はＺｒＯ₂ から成る被覆層
３３から構成されている。芯部材３１は、抵抗温度係数
が小さく且つ電気比抵抗値が大きい材料即ちＮｉ−Ｃｒ
合金から構成されている。即ち、芯部材３１は、Ｎｉと
Ｃｒとをそれぞれ１８．８％含む鋼材、又はＮｉを６０
〜８０％、Ｃｒを１２〜２０％含むニクロム線から構成
されている。また、外側部材３２は、芯部材３１を被覆
しており、抵抗温度係数が大きく且つ電気比抵抗値が小
さい材料即ちＮｉから構成されている。

【００２２】また、金網６を構成する線材５について
は、Ｎｉ−Ｃｒ合金から成る芯部材３１の断面積は全体
比で６０〜８５％、Ｎｉから成る外側部材３２の断面積
は全体比で４０〜１５％、また、Ａｌ₂ Ｏ₃ 又はＺｒＯ
₂ の被覆層３３の断面積は全体比で１０〜２０％にそれ
ぞれ設定されている。また、金網６は、図５に示すよう
に、Ｎｉ−Ｃｒ鋼材の線材５で格子状に形成され、補強
用コイルとしての複合コイル６Ｃとライン６ｅで直列に
電源１０Ｅに結線され、金網６と複合コイル６Ｃには電
力の自己制御性を持つように構成され、金網６を均一の
温度に加熱できるように構成されている。更に、金網６
の芯部の線材は体積抵抗値の大きいものを選べるので、
金網６を小さく形成でき、フィルタ本体３の熱容量を小
さく構成することができると共に、複合線材即ちコイル
６Ｃを補強用コイルとして利用でき、剛性をアップする
ことができる。

【００２３】このディーゼルパティキュレートフィルタ
における金網６は、次のようにして作製できる。例え
ば、Ｎｉを６０％とＣｒ１２〜２０％を加えたステンレ
ス鋼によって格子状の金網を作製する。該金網をＮｉメ
ッキ槽に浸して金網表面にＮｉメッキして複合金属金網
を作製する。次いで、複合金属金網の表面に対してＡｌ
を積層し、更に酸素中でＡｌを酸化して複合金属金網の
表面にＡｌ₂ Ｏ₃ を形成する。このようにして作製した
金網６の両端に端子を設けて通電すると、ステンレス鋼
線は剛性があり、Ｎｉ線は耐熱性で抵抗温度係数が高い
ので、全体の抵抗値が上昇し、温度のむらができ難い。
Ｎｉとニクロムとの物性値は次のとおりである。Ｎｉの
電気比抵抗は６．９３μΩｃｍであり、ニクロムの電気
比抵抗は１０９μΩｃｍである。Ｎｉの抵抗温度係数は
０．００６２であり、ニクロムの抵抗温度係数は０．０
０２０である。更に、Ｎｉの熱膨張係数は１３×１０
^{- 6} であり、ニクロムの熱膨張係数は１３．７×１０
^{- 6} である。

【００２４】また、上記の金網６を構成する線材は、電
流の自己制御機能を有している。即ち、Ｎｉ線の抵抗温
度係数が大きいので、温度上昇と共に抵抗値が大きくな
り、電流を制御する。例えば、線径１０の線材をニクロ
ムの芯部材３１の径を８、及びＮｉの外側部材３２の径
を２とし、ニクロムの比抵抗をＫ₁ 、Ｎｉの比抵抗Ｋ₂
とし、ニクロムの常温での抵抗値をＲ₁ 、Ｎｉの常温で
の抵抗値をＲ₂ とし、単位長さあたりの線材の断面積を
Ａ₁ ，Ａ₂ 、長さをＬとすると、次の式が成り立つ。 Ｒ₁ ＝（Ｌ／Ａ₁ ）Ｋ₁ ＝（Ｌ／１６π）・１０９＝
６．８（Ｌ／π） Ｒ₂ ＝（Ｌ／Ａ₂ ）Ｋ₂ ＝（Ｌ／１６π）・６．９８＝
１．５５（Ｌ／π） 線材が９００℃の時には、ニクロムの抵抗をＲ₃ 、Ｎｉ
の抵抗をＲ₄ とし、単位長さ当たりで計算すると、次の
ようになる。ここで、上昇温度をＴ、抵抗温度係数をα
₁ ，α₂ とする。 Ｒ₃ ＝Ｒ₁ （１＋α₁ Ｔ）＝６．８（１＋０．００２×
９００）＝１９．０４ Ｒ₄ ＝Ｒ₂ （１＋α₂ Ｔ）＝１．５５（１＋０．００６
２×９００）＝１０．２０ Ｒ₁ ＋Ｒ₂ ＝６．８＋１．５５＝８．３５（μΩ）であ
り、 Ｒ₃ ＋Ｒ₄ ＝１９．０４＋１０．２０＝２９．２４（μ
Ω） （Ｒ₃ ＋Ｒ₄ ）／（Ｒ₁ ＋Ｒ₂ ）＝２９．２４／８．３
５＝３．５ 従って、常温で金網に電流が２００Ａ流れる必要がある
とすれば、９００℃では５７Ａに電流が低減されること
になる。（即ち、２００／３．５＝５７）

【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２１内の排気ガス通路２２の入
口側には、排気ガス圧を検出する排気ガス圧センサー或
いはパティキュレートの堆積センサー（図示せず）が設
けられ、該センサーによって検出された排気ガスの情報
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２７、エン
ジン負荷を検出する負荷センサー２８及び排気ガス温度
を検出する温度センサー２９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
る排気ガス圧又はパティキュレート堆積量の検出値に対
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９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
では、例えば、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。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、フィルタ密度等を変更す
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。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又はサブフィルタ２
が金網６に通電して加熱されると、主フィルタ１又はサ
ブフィルタ２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Ｈ₂ Ｏのガスに変化して焼却される。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。

【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９は閉鎖状態であり、排気ガスは排気ガス通路
２２の入口１５から主排気ガス通路１２に送り込まれ、
主排気ガス通路１２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１７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、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２７、負荷センサー２８及び温度センサー２９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１１を作動してバイパス弁９
を開放するかを決定する。或いは、主フィルタ１に堆積
したパティキュレートの捕集量の検出値からアクチュエ
ータ１１を作動してバイパス弁９を開放するかを決定す
る。

【００２８】そこで、主フィルタ１に所定のパティキュ
レート量が捕集されると、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１１を作動
する指令を発し、アクチュエータ１１の作動によってバ
イパス弁９が開放される。バイパス弁９が開放すると、
排気ガスの大部分はバイパス通路１４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３０を通じて金網６に電流を流
す指令を発し、金網６は加熱されて主フィルタ１が加熱
される。一方、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。

【００２９】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ＣＯ
₂ 、Ｈ₂ Ｏに変化して焼却され、ガスになって出口１７
から放出され、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、パティキュレートの堆積
量に対する焼却時間等によって、コントローラ１０で判
断される。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１１を作動してバイパス弁９
を閉鎖する指令を発する。バイパス弁９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９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１４に送り込まれる。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１４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。

【００３０】

【発明の効果】この発明によるディーゼルパティキュレ
ートフィルタの構造は、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、このディーゼルパティ
キュレートフィルタの構造は、フィルタ本体の表面に配
置された加熱ヒータを構成する金網を構成する線材を、
抵抗温度係数が小さく且つ電気比抵抗値が大きい材料か
ら成る芯部材と該芯部材を被覆した抵抗温度係数が大き
く且つ電気比抵抗値が小さい材料から成る外側部材とか
ら構成したので、前記金網自体は自己電流制御の機能を
有し、前記金網に電流を流した場合に前記金網を均一に
加熱でき、前記フィルタ本体自体が局部的に過熱される
ことがなく、前記フィルタ本体に捕集されているパティ
キュレートを均等に良好に加熱焼却できる。

【００３１】また、このディーゼルパティキュレートフ
ィルタの構造は、ＳｉＣ又はＳｉＣにＴｉ，Ｔａ等の添
加物を添加した長繊維材を積層したフィルタ本体、前記
フィルタ本体を包むように配置された金網、及び前記フ
ィルタ本体の排気ガス流出側に巻き付けた繊維撚糸から
構成したので、前記フィルタ本体に排気ガスを流すこと
によって排気ガス中に含まれるカーボン、スモーク等の
パティキュレートが捕集され、そこに堆積される。パテ
ィキュレートが所定量堆積されると、前記金網に通電し
て前記フィルタ本体を加熱し、パティキュレートを加熱
焼却して前記フィルタ本体を再生する。また、上記構成
によって前記フィルタ本体の熱容量を小さく構成するこ
とができ、前記フィルタ本体を最小限の電力で直ちに昇
温すると共にパティキュレートを加熱焼却できる。

【００３２】このディーゼルパティキュレートフィルタ
の構造では、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。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。従って、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
ィルタの構造の一実施例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の
主フィルタの一実施例を示す断面図である。

【図３】図２の主フィルタの表面に配置される金網の一
実施例を示す斜視図である。

【図４】図３の金網を構成する線材を示す拡大断面図で
ある。

【図５】図２の主フィルタの表面に配置される金網の別
の実施例を示し、金網と複合コイルとの結線の例を示す
説明図である。

【符号の説明】

１ 主フィルタ ２ サブフィルタ ３ フィルタ本体 ４ バイパス筒体 ５ 線材 ６ 上流側の金網 ７ 下流側の金網 ８ 撚糸 ９ バイパス弁 １１ アクチュエータ １４ バイパス通路 ２２ 排気ガス通路 ３１ 芯部材 ３２ 外側部材 ３３ 被覆層

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｂ０１Ｄ 39/20 Ｄ 46/24 Ｃ 9441−4Ｄ 46/42 Ｂ 9441−4Ｄ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディーゼルエンジンの排気系に配置した
   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、前記フィルタで捕集し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の構造に
   おいて、フィルタ本体の表面に配置した加熱ヒータを構
   成する金網を、抵抗温度係数が小さく且つ電気比抵抗値
   が大きい材料から成る芯部材と該芯部材を被覆した抵抗
   温度係数が大きく且つ電気比抵抗値が小さい材料から成
   る外側部材とから構成した線材で作製したことを特徴と
   するディーゼルパティキュレートフィルタの構造。
2. 【請求項２】 前記芯部材をＮｉとＣｒとをそれぞれ１
   ８．８％含む鋼材又はＮｉを６０〜８０％、Ｃｒを１２
   〜２０％含むニクロム線から構成し、前記外側部材をＮ
   ｉから構成した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の構造。
3. 【請求項３】 前記線材を耐腐食性のＡｌ₂ Ｏ₃ 又はＺ
   ｒＯ₂ から成る被覆層で被覆したことを特徴とする請求
   項１又は２に記載のディーゼルパティキュレートフィル
   タの構造。
4. 【請求項４】 Ｎｉ−Ｃｒ合金から成る前記芯部材の断
   面積は全体比で６０〜８５％であり、Ｎｉから成る前記
   外側部材の断面積は全体比で４０〜１５％であり、ま
   た、Ａｌ₂ Ｏ₃ 又はＺｒＯ₂ の前記被覆層の断面積は金
   属線材に対して全体比で１０〜２０％増加させて被覆し
   たであることを特徴とする請求項３に記載のディーゼル
   パティキュレートフィルタの構造。
5. 【請求項５】 前記金網を格子状に形成し、金属線材が
   交差接合されていることを特徴とする請求項１〜４のい
   ずれかに記載のディーゼルパティキュレートフィルタの
   構造。
6. 【請求項６】 Ｎｉ−Ｃｒ鋼材から成る前記金網と前記
   線材を直列に接続し、前記金網と前記線材を近接させて
   電力の自己制御性を持たせたことを特徴とする請求項１
   〜５のいずれかに記載のディーゼルパティキュレートフ
   ィルタの構造。
7. 【請求項７】 前記フィルタ本体をＳｉＣ又はＳｉＣに
   Ｔｉ又はＴａを加えた８μｍ〜２０μｍの直径を持つセ
   ラミックス長繊維材を積層して構成したことを特徴とす
   る請求項１〜６のいずれかに記載のディーゼルパティキ
   ュレートフィルタの構造。
8. 【請求項８】 前記フィルタ本体を主フィルタと該主フ
   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
   ィルタとから構成し、前記サブフィルタの排気ガス流入
   側に前記バイパス筒体を開閉するバイパス弁を配置し、
   前記バイパス弁を開閉作動するアクチュエータを有して
   いることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の
   ディーゼルパティキュレートフィルタの構造。