JPH0443810A - ディーゼルパティキュレートフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ディーゼルエンジンの排気中に含まれる粒子
状物質（ディーゼルパティキュレート）を除−去するデ
ィーゼルパテイキュレートフ１ルタに関するものである
。

（従来の技術） ディーゼルエンジンは、通常、空気過剰状態で燃焼が行
われるので、その排気中のＨＣやＣＯの濃度は一般に低
い。しかし、ディーゼルエンジンでは空気が不足する場
合はもちろん、たとえ十分な場合でもその排気中に炭素
粒子が発生し、これがディーゼルエンジンに特有な黒色
排気の主な原因になっている。　近年、この炭素粒子を
も含めて、ディーゼルエンジンから排出される粒子状物
質、いわゆるパティキュレートと、大気汚染との関係が
注目され、特に車両搭載用ディーゼルエンジンにはパテ
ィキュレート低減のための後処理装置の装置が検討され
ている。後処理装着として１１、排気通路の途中に耐熱
性の粒子補集用フイ）レタを備えた、一般にノ＼ティキ
ュレートトラツノぐと称される粒子補集器がある。

粒子捕集用のパティキュレートフィルりには、多孔性の
セラミックウオールを備えたセラミックウオール型、ア
ルミコーティングされたワイヤメツシュを有するワイヤ
メツシュ型、７オーム状のセラミックを備えたセラミッ
クフオーム型等がある。

しかし、いずれのパティキュレートフィルりの場合も、
捕捉された粒子量が増大すると通気率が低下し、排気の
流れを阻害するようになるから、捕捉された粒子をフィ
ルタから定期的に除去して、フィルタを再生する必要が
ある。

ディーゼルパティキュレートフィルタを再生するにはデ
ィーゼルエンジンの排気通路からフィルりを取り外して
洗浄する方法もあるが、作業が繁雑であるため、実開昭
６０−１９０９号公報、実開昭６０−３２２２号公報、
特開昭６１−２５９０７号公報等に開示されているよう
に、フィルりに捕捉されたパティキュレートをフィルタ
内で燃焼させて除去する方法が多く使用されている。

この燃焼、除去によるフィルタの再生時期の決定方法と
しては、例えば、エンジン背圧の上昇によってフィルタ
の目詰まり度を検知し、この背圧が一定値以上になった
とき再生を行う方法や、フィルタ内の実際のパティキュ
レート量とは無関係に、エンジンが所定の運転を終了す
るごとに自動的に再生を繰り返す方法等がある。

（発明が解決しようとする課題） フィルタの再生は、具体的には補集されたパティキュレ
ートに電気ヒータで点火し、さらにパティキュレートが
焼失するまで二次空気をフィルタに吹き込んで行う。

しかし、従来の再生装置では電気ヒータとしてフィルタ
の点火領域全面にわたって同一規格のものを使用し、か
つ同一時間だけ通電していた。すなわち、フィルタの中
央部と周辺部など、その位置に拘わらずに均一な熱量を
供給していた。

このため、フィルタの中央部では周辺部からの熱の影響
を受け、また冷却されにくいので比較的高温になるが、
この反対に周辺部では、周囲への熱の放散のため比較的
低温になる傾向にあった。

従って、フィルタの中央部で最適温度を設定すると周辺
部で加熱不足となってパティキュレートの燃え残りない
し立ち消えのおそれを生じ、この反対に周辺部で最適温
度を設定すると中央部で加熱過剰となってフィルタの過
熱、溶融のおそれを惹起していｔ；。

そこで、本発明の目的は、フィルタの一端面に配設され
た点火領域を、理想温度で均一に加熱できるディーゼル
パティキュレートフィルタを提供することにある。

（課題を達成するだめの手段） 上述の目的を達成するため、本発明のディーゼルパティ
キュレートフィルタは次のような構成を採る。すなわち
、少なくともフィルタの中央部と周辺部とで電気ヒータ
を区分し、中央部の電気ヒータの供給熱量を比較的小さ
く、周辺部の電気ヒータの供給熱量を比較的大きくした
ディーゼルパティキュレートフィルタである。供給熱量
の変更は、電気ヒータの容量を変更する方法、すなわち
電気ヒータの容量を中央部で小さく、周辺部で大きくす
る方法、あるいは通電時間を変更する方法、すなわち通
電時間を中央部で短く、周辺部で長くする方法、あるい
は電気ヒータの容量と通電時間の両方を共に変更する方
法により実現可能である。

（作用） このような構成のディーゼルパティキュレートフィルタ
では、フィルタの中央部と周辺部とで温度差が縮まり、
フィルタ端面全域がほぼ均一な温度で理想的に加熱され
、中央部でのフィルタの過熱、溶融、または周辺部での
パティキュレートの燃え残り、立ち消え等の不都合を未
然に防止することができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を参照しながら説明する
。

第１図および第２図は、本発明に係るディーゼルパティ
キュレートフィルタ１のヒータ側端面図および側面図で
ある。図示する如く、このフィルタｌは円筒形をなし、
その電気ヒータは２つの領域Ｒ１およびＲ２に区分され
ている。なお、本実施例ではＲ１，Ｒ２の２つに区分し
たが、３つ以上の同心円状の区分としてもよい。前記中
央部円形領域Ｒ１の電気ヒータは比較的小容量とされ、
周辺部環状領域Ｒ２の電気ヒータは比較的大容量とされ
ている。このフィルタ１の配設位置は、第３図のディー
ゼルパティキュレートフィルタ再生システムの概略構成
図に具体的に示されている。

まず、フィルタ再生システムの概略を説明すると、ディ
ーゼルパティキュレートフィルタ１はディーゼルエンジ
ン２の排気通路３の主通路３ａ内に配置され、排気中の
ディーゼルパティキュレートを捕捉して排気を浄化する
機能を果たす。フィルタ１の下流側には電気ヒータ４が
配置され、電気ヒータ４は電気ヒータ用電源５とオン・
オフスイッチ６とに接続されている。そして、電気ヒー
タ４の更に下流側には、空気ポンプ７ａを有する空気供
給装置７が配設され、この空気供給装置７はフィルタ再
生時に外部からパティキュレート燃焼用二次空気を主通
路３ａ内に導入する。　空気供給装置の最適供給能力Ｑ
　（ｆｆｉ／ｗｉｎ）はフィルタｌの大きさによって異
なり、例えばフィルタ容積をＶ（１１）とすると、 Ｑ＝２０〜３０Ｖ の式によって計算される。

排気通路３はフィルタｌを内装した主通路３ａと、フィ
ルタｌの上流側で主通路３ａから分岐した副通路３ｂと
で構成され、副通路３ｂはフィルタ１の下流側で主通路
３ａに合流している。主通路３ａと副通路３ｂには、そ
れぞれ、排気弁８ａ。

８ｂが配設され、排気弁８ａ、ｇｌ）はアクチュエータ
９ａ、９ｂに連結されている。アクチュエータ９ａ、９
ｂは制御弁１（ｌａ、１０ｂを介して圧力タンク１１に
連結され、アクチュエータ９ａ。

９ｂ、ひいては排気弁は圧力タンク１１から供給される
圧縮空気によって動作する。

第３図中、１２はディーゼルエンジン２の吸気通路であ
り、また１３はエンジン制御用コンピュータである。コ
ンピュータ１３はエンジン２の運転状態を制御する外、
電気ヒータ４のオン・オフスイッチ６の作動、空気ポン
グアａの作動、及び制御弁１０ａ１１０ｂの作動を制御
する。

同図中、１４はエンジン２の回転数をコンピュータ１３
に入力するための入力系統、１５はエンジン２の負荷を
コンピュータ１３に入力するための入力系統、そして、
１６はフィルタ１の温度分布をコンピュータ１３に入力
するための入力系統を示す。

また、同図中、１７は電気ヒータ４のオン・オフスイッ
チ６に制御信号を伝達する出力系統、１８は空気ポンプ
７ａに制御信号を伝達する出力系統、そして１９．２０
はそれぞれ、制御弁１０ａ。

１０ｂに制御信号を伝達する出力系統である。

第４図および第５図は、本発明に使用するフィルタｌの
一例を示す。該フィルタは多孔性セラミック材料によっ
て全体として円筒形に形成され、その内部は、フィルタ
１の一方の端面２３から他方の端面２４までフィルタ１
の軸に対して平行に延在する複数の多孔性壁２２によっ
て、ハニカム状に細長く区画されている。そして一方の
端面２３は排気通路の下流側に連結され、他方の端面２
４は排気通路の上流側に連結されている。

フィルタ１の内部には、隣接する４つの多孔性壁２２に
よって画成された直方体のセル１３１　ｌｂが複数個形
成され、各セルｌａ、、ｌｂはフィルタ１の一方の端面
２３から他方の端面２４までフィルタ１の軸に平行に延
在している。セルｌａとセルｌｂは基本的に同一の形状
を有し、それらの−端は共にプラグ部材２５で閉塞され
、他端は開口している。一方のセル１ａは補集領域を形
成し、その閉塞端はフィルタｌの一方の端面２３側に位
置し、その開口端はフィルタｌの他方の端面２４側に位
置する。これに対し、他方のセルｌｂは空洞領域を形成
し、その閉塞端はフィルタｌの端面２４側に位置し、そ
の開口端はフィルタｌの端面２３側ｌこ位置する。そし
て、これらのセル１ａ、ｌｂは互いに隣接するように配
置され、これによってセルｌａとセルｌｂは、第３図及
び第４図に示すように、縦方向にも横方向にも交互に位
置することになる。

捕集領域には各捕集領域ごとに電気ヒータ４が配設され
、各電気ヒータ４は、第４図に示すように、フィルタｌ
の端面２３側のプラグ部材２５、すなわちセル１ａのプ
ラグ部材２５にそれぞれ部分的に埋設されている。

なお、電気ヒータの種類としては、前記プラグ塩め込み
式の他、シーズヒータやセラミックヒータといったフィ
ルタ１に近接配置されるものも使用可能である。

電気ヒータ４の基準容量は、フィルタ１の大きさによっ
て異なり、例えば、フィルタ径をＤ（ｍ　ｍ　）とする
と基準ヒータ容量Ｗ（ワット）は、Ｗ＝０．０７　〜０
．　０９Ｄ の式で計算される。

本発明では、電気ヒータ４の容量は領域Ｒ１とＲ２とで
異ならせており、Ｒ１では前記基準ヒータ容量を基準と
してやや低めに、Ｒ２では前記基準ヒータ容量よりもや
や高めに設足される。

以下、作用を説明する。

エンジン２の運転中は、排気弁８ａが開放し、排気弁８
ｂが閉鎖している。したがって、ディーゼルエンジン２
の排気は主通路３ａ内に流入し、フィルタｌ内を８１！
４図で矢印ｃ、ｄ方向に流れてパティキュレートが除去
された後、大気中に排出される。

エンジン２の運転を続行するに伴い、排気中のパティキ
ュレートはフィルタｌによって捕捉され、フィルタｌに
はパティキュレートが次第に蓄積されてゆく。一方、エ
ンジン２の運転状態を表すエンジン回転数とエンジン負
荷は、入力系統１４．１５を介してコンピュータ１３に
逐次、入力されて積算されている。フィルタ１に捕捉さ
れるパティキュレートの総量はエンジン回転数及びエン
ジン負荷の積算値の増加につれて増大すると考えられる
ので、これらの積算値が所定の値になるとコンピュータ
１３はフィルタ１の再生時期になったものと判断する。

コンピュータ１３がフィルタｌを再生すべきであると判
断すると、ディーゼルエンジン２の停止時にコンピュー
タ１３は制御弁１０ａ、ｌＯｂＪｍ制御信号を送り、排
気弁８ａを閉じると共に排気弁８ｂを開放する。この時
点では電気ヒータ４はまだ通電されておらず、この状態
は約３０秒〜２分間持続され、この間にフィルタ温度の
安定化が図られる。

次いで、コンピュータ１３は電気ヒータ４のオン・オフ
スイッチ６をオン状態にし、電気ヒータ４に通電してフ
ィルタ１およびパティキュレートを加熱する。ただし、
この時はまだ二次空気の吹き込みは行われない。

領域Ｒ１の電気ヒータ４は比較的低容量で、領域Ｒ２の
電気ヒータ４は比較的高容量であるから、面領域ｌコ供
給される熱量は領域Ｒ１で少なく、領域Ｒ２で多い。し
かし、領域Ｒ２では周囲への熱の放散かＲ１に比べて多
く、また領域Ｒ１では領域Ｒ２からの熱の影響を受ける
。このため、両領域での加熱温度は共にほぼ理想温度で
等しくなる。

フィルタ１の温度が例えば７５０〜８５０°Ｃの適温に
達するとパティキュレートに点火するので、エアポンプ
７ａを作動させて排気通路３の主通路３ａ内にパティキ
ュレート燃焼用の二次空気を吹き込む。このときの二次
空気の流れは第４区で矢印ｅ、ｆで表される。これによ
って、フィルタ１に捕捉されたパティキュレートが端面
２３（１’ｉｌから端面２４側へといわゆる逆流燻焼（
逆流再生）を開始する。

このように燃焼が開始して所定時間経過すると、もはや
立ち消えのおそれはなくなるので、電力消費量低減およ
びフィルタの過熱防止のために電気ヒータ４の通電を停
止し、以後はパティキュレートか焼失するまで二次空気
の吹き込みだけを所定時間継続するとよい。この時間は
フィルタ１の長さによって異なり、例えばフィルタｌの
軸方向長さをＬ（ｍｍ）とすると、二次空気吹き込み時
間Ｔ（分）は、 Ｔ＝（１０３〜０．０７Ｌの式によっ て計算される。

パティキュレートの燃焼の際に発生する熱はフィルタ１
の温度を上昇させ、従って、セルｌｂ内を通過し、多孔
性壁２２を貫流してセルｌａ内に流入する空気が、電気
ヒータ４による予熱がなくても適度に予熱され、パティ
キュレートの燃焼を促進する。

以上、本発明の一実施例につき説明したが、本発明は電
気ヒータの供給熱量を、周囲からの熱影響を受けかつ冷
却されにくいフィルタの中央部領域で比較的少なく、外
部への熱放散により冷却されやすい周辺部領域で比較的
多くするようにしたものであるから、上記実施例の如く
、電気ヒータの容量を変更する方法による他、電気ヒー
タの通電時間を変更する方法、あるいは電気ヒータの容
量と通電時間の両方を共に変更する方法によっても、本
発明の目的を同様に達成することができる。

また、電気ヒータの区分数は中央部、中間部、外周部の
ように３以上としてもよい。

以上の如く、上記実施例は例示のためにのみ示したもの
であって、本発明は上記実施例に限定されることなく、
その他種々の変形が可能である。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明のディーゼルパティキュレ
ートフィルタでは、少なくともその中央部と周辺部とで
電気ヒータを区分し、中央部での供給熱量を比較的少な
く、周辺部での供給熱量を比較的多くしているので、点
火領域全域にわたって一定の熱量を供給する場合に問題
となっていた、中央部での加熱過剰、周辺部での加熱不
足の傾向を解消でき、点火領域全域で温度を一定化する
ことができ、従って、中央部でのフィルタの過熱、溶融
、′周辺部でのパティキュレートの燃え残り、立ち消え
といった不都合を未然に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発−明に係るディーゼルパティキュレート
フィルタのヒータ側端面図、 第２図は、同フィルタの側面図、 第３図は、同フィルタを使用した、フィルタ再生システ
ムの一実施例の概略構成図、 第４図は、本発明に使用するディーゼルパティキュレー
トフィルタの一実施例の部分断面図であって、第５図の
Ｉ−１線またはＩｌ−Ｉｌ線に沿う断面図、 第５図は、第４図のフィルタの端面図である。 Ｒ１・・・中央部領域、Ｒ２・・・周辺部領域１・・・
ディーゼルパティキュレートフィルタ２・・・ディーゼ
ルエンジン ３・・・排気通路 ４・・・電気ヒータ ７・・・空気供給装置 ８ａ、８ｂ・・・排気弁 １３・・・コンピュータ 第１図 第２図 １１、 第３図 代　理　人　弁理士　　湯　浅　恭　竺（外４名） ｂ　　８ｂ ａ　　　４

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ディーゼルエンジンの排気通路の途中に配設されたディ
   ーゼルパティキュレートフィルタであって、前記フィル
   タは多孔質材料によってハニカム形状に形成されてなり
   、その内部には、前記排気通路の上流側とそれぞれ連通
   した複数の細長い補集領域と、前記排気通路の下流側と
   それぞれ連通した複数の細長い空洞領域とが交互に隣接
   して形成され、前記補集領域の下流端には該補集領域内
   に補集されたパティキュレートに点火するための電気ヒ
   ータが配設され、前記空洞領域の下流端は該空洞領域内
   にパティキュレート燃焼用二次空気を供給する空気供給
   装置に接続されたパティキュレートフィルタにおいて、
   前記電気ヒータを、少なくとも前記フィルタの中央部と
   周辺部とで区分し、中央部の電気ヒータの供給熱量を比
   較的小さく、周辺部の電気ヒータの供給熱量を比較的大
   きく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。