JPH06185337A - 内燃機関用フィルタ再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 内燃機関の排気ガスを浄化する装置に用いら
れるフィルタ内に生じる温度勾配の緩和によりフィルタ
の基本性能の向上および耐久性能の向上を図った装置を
提供することを目的としたものである。 【構成】 フィルタ支持手段は３層構造からなり、３層
構造の内層は、収納管２１の内壁に面するフィルタ２０
の部分において、排気ガス通流方向の、少なくとも片方
の端部近傍に設けた第１の保持材２２と、第１の保持材
２２が設けられていない部分に設けた第１の断熱材２３
を有する構成とし、３層構造の中間層は、第１の保持材
２２と第１の断熱材２３の収納管２１の内壁に面する部
分に設けた第２の断熱材２４とを有する構成とし、３層
構造の外層は、収納管２１の内壁に面する第２の断熱材
２４の部分において、排気ガス通流方向の、両方の端部
近傍に設けた第２の保持材２５を有する構成とし、パテ
ィキュレート加熱および燃焼時の発生熱をフィルタ２０
内に閉じ込めてフィルタ再生時の最高温度を低く抑えな
がら再生性能の向上を図り、熱応力によりフィルタにク
ラックが発生するのを未然に防ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動車などに搭載される
内燃機関の排気ガスから排出されるパティキュレートの
捕集、再生を行う装置に関し、さらに詳細に言えば上記
装置に使用されるパティキュレートを捕集するフィルタ
の支持構成に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】地球環境保全に関して、今日では地球温
暖化対策すなわちＣＯ₂低減対策が大きくクローズアッ
プされているが、森林破壊を招く酸性雨の対策も無視で
きない。

【０００３】酸性雨は硫黄酸化物や窒素酸化物などの大
気汚染物質が汚染源となって生じる自然現象であり、近
年世界各国でこのような大気汚染物質の排出規制がコ・
ジェネレーションなどの固定発生源や自動車などの移動
発生源に対して強化される動きにある。

【０００４】軽油を燃料とする内燃機関にあっては、そ
の内燃機関より排出される窒素酸化物と同時にパティキ
ュレートの排出規制の強化が行われる。この規制強化へ
の対応としては、燃料噴射時期遅延などの燃焼改善によ
る従来の排気ガス中の汚染物質低減対策だけでは排出ガ
ス規制値を達成することは不可能とされ、現状では排気
ガスの後処理装置の付設が不可欠である。この後処理装
置にはパティキュレートを捕集するフィルタなどが必要
とされる。

【０００５】このフィルタは、パティキュレートを捕集
し続けると目詰まりを生じて排気ガスの流れが悪くなり
エンジン出力の低下あるいはエンジンの停止に至る。こ
の解決手段として、セラミックスフィルタの捕集能力を
再生させる技術開発が進められているが、耐久性能の確
保が実用上の大きな課題である。

【０００６】パティキュレートは６００℃程度から燃焼
することが知られている。パティキュレートをこの高温
度域に昇温するためのエネルギを発生する手段として、
バーナ方式、電気ヒーター方式あるいはマイクロ波方式
などが考えられている。

【０００７】マイクロ波を利用したフィルタ機能再生装
置としては、たとえば特開昭５９−１２６０２２号公報
がある。同公報に開示されている装置を図８に示す。同
図において、１はエンジン、２は排気マニフォールド、
３は排気管、４は排気分岐管、５はマトリックスである
セラミックスフィルタ（以下フィルタと記す）、６はフ
ィルタ５を収納支持した収納部である加熱室、７はマイ
クロ波発生手段、８はマイクロ波発生手段７の発生した
マイクロ波を加熱室６に導く導波管、９はマイクロ波反
射板、１０は空気ポンプ、１１は空気供給路、１２はマ
イクロ波発生手段７の駆動電源、１３はマフラー、１４
は空気切換バルブ、１５は排気ガス流切換バルブであ
る。

【０００８】上記した構成において、フィルタ５の外周
は加熱室６の内壁から離して加熱室内に収納支持されて
いる。この加熱室６の内壁とフィルタ５の外周とのつく
る空間は空気層である。また、エンジンの排気ガスは排
気ガス流切換バルブ１５によってフィルタ５に導かれた
り、直接大気へ排出されたりする。パティキュレート捕
集サイクルにおいて、排気ガスはフィルタ５に導かれ排
気ガス中に含まれるパティキュレートはフィルタ５に捕
集されるが前述したようにフィルタ５の捕集能力は有限
である。捕集能力が限界に達すると排気ガス流切換バル
ブ１５が制御され排気管３への排気ガスは遮断され排気
ガスのすべては排気分岐管４を経て大気に排出される。
この間にフィルタ５の再生が行われる。このフィルタ再
生サイクルにおいてパティキュレートを加熱するエネル
ギはマイクロ波発生手段７からまた燃焼に必要な空気が
空気ポンプ１０より同時に供給される。所定の時間を経
てフィルタ再生が完了すると排気ガス流切換バルブ１５
が再び制御されてフィルタ５に排気ガスが導かれる。こ
の捕集と再生のサイクルがくり返される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の内燃機関用フィルタ再生装置に用いられているフィル
タに捕集されたパティキュレートを再生する場合に以下
のような課題を有している。

【００１０】第１の課題は、フィルタを収納する収納部
の断熱性能と、フィルタ外周部に捕集されたパティキュ
レートの加熱性能が両立できないことに起因する。すな
わち上記従来の構成（フィルタ収納部内の構成の詳細は
示されていない）において、フィルタの外周はフィルタ
の収納を兼ねる加熱室から離され、フィルタと加熱室と
の間に断熱層として作用する空気層を有する構成にてフ
ィルタが支持されていた。

【００１１】この空気層の断熱性能を向上させるために
は、フィルタ外周部を加熱室の内壁に近づけて空気層の
厚みをこの層内で対流が生じない程度にまで薄くする必
要があるが、加熱室内壁付近はマイクロ波エネルギの最
小のところでありフィルタ外周部が加熱室の内壁に近づ
きすぎるとフィルタ外周部近傍に捕集されたパティキュ
レートはマイクロ波で十分に加熱されず、燃焼可能温度
にまで達しない。また単純に空気層を形成しただけでは
フィルタ外周部からの熱輻射を防止することはできな
い。

【００１２】またフィルタ外周部近傍のマイクロ波エネ
ルギを強くさせるためには、フィルタの外周と加熱室の
内壁を遠ざけたほうが良いが、フィルタ外周と加熱室の
内壁の間の空気層の厚みが厚くなるとこの層内での空気
の対流により、満足な断熱性能を得ることができない。
また加熱室が必要以上に大きくなってしまう。

【００１３】このため空気層の断熱性能とフィルタ外周
部に捕集されたパティキュレートの加熱性能を両立でき
ることができず、結局フィルタ外周部の熱がフィルタ収
納を兼ねる加熱室に伝熱することを抑制できず、さらに
フィルタ外周部近傍はマイクロ波によって十分に加熱さ
れないので、フィルタの外周部近傍に捕集されたパティ
キュレートはそれが燃焼可能温度に到達できずに燃え残
りを生じてしまう。このためフィルタに捕集されたパテ
ィキュレートの十分な再生を行なうことができない。

【００１４】第２の課題は、第１の課題で説明中に記述
したようにフィルタ外周部近傍に捕集されたパティキュ
レートが燃焼しないのでフィルタ内外方向に生ずる温度
勾配により発生する熱応力によりフィルタに機械的な破
損が生ずることである。

【００１５】また、フィルタの耐振動性を確保すること
を目的の一つとしてガソリン車の３元触媒担体の支持に
用いられている加熱膨張性を有する耐火性の保持材を流
用して、フィルタ収納を兼ねる加熱室とフィルタ外周部
の間に設けることが考えられる。しかしこの保持材は効
果的な断熱性能を有せず、フィルタ外周部の熱はこの保
持材を経由して加熱室に伝熱されてしまい、フィルタの
外周部近傍に捕集されたパティキュレートはそれが燃焼
可能温度に到達できずに燃え残りを生じてしまう。

【００１６】さらに、断熱性能に優れる断熱材のみでフ
ィルタを支持することが考えられる。しかし断熱材は十
分な加熱膨張性を有しないためにフィルタの安定した支
持が得られない。

【００１７】本発明は上記課題を解決するもので、内燃
機関が排出する排気ガスを浄化する装置に用いられる排
気ガスが通流するフィルタの改良された収納支持構造を
提供し、フィルタの安定支持と、断熱効果の向上による
フィルタの基本性能の向上およびフィルタ内に生じる温
度勾配の緩和による耐久性能の向上を図った装置を提供
することを目的としたものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、内燃機関の排気ガス中に含まれるパティキ
ュレートを捕集するフィルタと、フィルタを収納する収
納管と、前記フィルタを収納管内に支持するとともにフ
ィルタから収納管への熱伝達を抑制する少なくとも２層
構造からなるフィルタ支持手段とを備えている。

【００１９】フィルタ支持手段は保持材と断熱材で構成
され、フィルタ支持手段の少なくとも１層は保持材と断
熱材で構成している。

【００２０】フィルタ支持手段は保持材と断熱材で構成
され、フィルタ支持手段の少なくとも１層は保持材と断
熱材の両者を配さない領域を有している。

【００２１】内燃機関の排気ガス中に含まれるパティキ
ュレートを捕集するフィルタと、フィルタを収納する収
納管とを備え、フィルタを収納管内に支持する２層構造
からなるフィルタ支持手段として、２層構造の内層は、
収納管の内壁に面するフィルタの部分において、排気ガ
ス通流方向の、少なくとも片方の端部近傍に設けた保持
材と、保持材が設けられていない部分に設けた第１の断
熱材とを有する構成とし、２層構造の外層は、保持材と
第１の断熱材の収納管の内壁に面する部分に設けた第２
の断熱材を有する構成としている。

【００２２】内燃機関の排気ガス中に含まれるパティキ
ュレートを捕集するフィルタと、フィルタを収納する収
納管とを備え、フィルタを収納管内に支持する３層構造
からなるフィルタ支持手段として、３層構造の内層は、
収納管の内壁に面するフィルタの部分において、排気ガ
ス通流方向の、少なくとも片方の端部近傍に設けた第１
の保持材と、第１の保持材が設けられていない部分に設
けた第１の断熱材を有する構成とし、３層構造の中間層
は、第１の保持材と第１の断熱材の収納管の内壁に面す
る部分に設けた第２の断熱材とを有する構成とし、３層
構造の外層は、収納管の内壁に面する第２の断熱材の部
分において、排気ガス通流方向の、両方の端部近傍に設
けた第２の保持材を有する構成としている。

【００２３】第１および第２の断熱材を一体構成として
いる。捕集されたパティキュレートを誘電加熱するため
に、収納管内に給電されるマイクロ波を発生するマイク
ロ波発生手段を備えている。

【００２４】フィルタ支持手段は、マイクロ波吸収材料
を含有している。フィルタ支持手段を構成する第１、第
２の断熱材の内、少なくとも１つがマイクロ波吸収材料
を含有している。

【００２５】フィルタ支持手段の少なくとも排気ガス通
流方向上流側の端面を排気ガスから隔離する保護手段を
備えている。

【００２６】

【作用】上記した構成において、フィルタ支持手段を少
なくとも２層構造にすると層間には少なからずの空気層
領域を有した不完全な層接合領域になり層間の熱伝達が
抑制され、また各層自体にも熱伝達を抑制する手段を設
けることにより、フィルタ内部の熱が収納管へ伝達する
ことを最小限に抑制し、フィルタ内部に熱をためること
ができる。

【００２７】フィルタ支持手段の少なくとも１層は保持
材と断熱材で構成されているが、加熱膨張性を有する保
持材の介在により、断熱材としてフィルタと断熱材との
隙間無く巻くことが困難な断熱材を用いた場合でも、層
と層、フィルタ、および収納管との隙間を無くし排気ガ
スの支持手段部の通流を防ぐと同時にフィルタの排気ガ
ス圧によるフィルタの位置ずれを防止させることができ
る。

【００２８】フィルタの支持手段の少なくとも１層は保
持材のみで構成され、対流が生じない程度の厚みの空間
部を有する構成は、この空気層を断熱層として作用させ
るものである。これにより支持手段の適当な領域は部材
配置を省略できる。

【００２９】フィルタ支持手段を２層構造とし、その内
層として保持材と第１の断熱材を設けることによりフィ
ルタの安定した支持が得れると同時に断熱効果を発揮さ
せることができる。外層に第２の断熱材を設け２層構造
とすることで断熱性能を高め、フィルタから収納管への
熱伝達を抑制することができる。

【００３０】フィルタ支持手段を３層構造とし、その内
層に第１の断熱材と、中間層に第２の断熱材と、さらに
外層に断熱層として作用する空間部を設けたことによ
り、断熱性能を高め、フィルタから収納管への熱伝達を
抑制することができる。また内層に第１の保持材と、外
層に第２保持材を設けたことにより、層と層、フィル
タ、および収納管との間の隙間を無くし排気ガスの支持
手段部の通流を防ぐと同時にフィルタの排気ガス圧によ
るフィルタの位置ずれを防止させることができる。

【００３１】フィルタと収納管との間に設けられたフィ
ルタ支持手段を構成する断熱材もしくは保持材が比誘電
率の大きいマイクロ波吸収材料を含有することにより、
フィルタと収納管との間の電気長を大きくし、フィルタ
外周部近傍をマイクロ波エネルギの大きい空間にするこ
とができ、またフィルタ支持手段にマイクロ波エネルギ
を蓄積させることができるので、フィルタの外周部近傍
に捕集されたパティキュレートをマイクロ波によってよ
り強く加熱することができる。

【００３２】第１および第２の断熱材がマイクロ波吸収
材を含有することにより、支持手段の構成を変更するこ
となく、フィルタ支持手段にマイクロ波吸収機能を付加
できる。

【００３３】フィルタ支持手段の少なくとも排気ガス流
通方向上流側の端面に設けた保護手段により、フィルタ
支持手段を構成する保持材あるいは断熱材の少なくとも
排気ガスの通流方向上流側の端面を排気ガスから隔離で
き、保護できる。

【００３４】

【実施例】以下本発明の実施例を図１から図７を参照し
て説明する。図１は図２の要部拡大図である。

【００３５】図１において、内燃機関（図示せず）より
排出された排気ガスは、前部排気管１６、バルブＡ１
７、助燃気体排出管１８、前部接続管１９を通してフィ
ルタ２０に導かれる。

【００３６】図２において収納管２１とフィルタ２０と
の間には、３層構造からなるフィルタ支持手段が構成さ
れ、内層は収納管２１の内壁に面するフィルタ２０の部
分において、排気ガス通流方向の両方の端部近傍に設け
た第１の保持材２２と、第１の保持材２２が設けられて
いない部分に設けた第１の断熱材２３とを有する構成と
し、中間層は第１の保持材２２と第１の断熱材２３の収
納管２１の内壁に面する部分に設けた第２の断熱材２４
とを有する構成とし、外層は収納管２１の内壁に面する
第２の断熱材２４の部分において、排気ガス通流方向
の、両方の端部近傍に設けた第２の保持材２５を有する
構成とし、収納管２１と第２の断熱材２４と第２の保持
材２５との間で空気断熱層として作用する閉じた空間部
２６を形成している。さらに、第１の保持材２２と第２
の断熱材２４と第２の保持材２５との排気ガス通流方向
の両端面２７に保護手段２８を設けている。

【００３７】図１において、フィルタ２０を通流し、パ
ティキュレートをフィルタ２０により捕集された排気ガ
スは給電管２９、後部接続管３０、助燃気体供給管３
１、バルブＢ３２、後部排気管３３を通して大気中に排
出される。

【００３８】マイクロ波発生手段３４（パティキュレー
トの加熱手段）の発するマイクロ波は導波管３５を通し
てマイクロ波作用空間３６に供給される。前部接続管１
９の排気ガス流入側にパンチング穴構成あるいはハニカ
ム構成などからなる前部マイクロ波遮蔽手段３７、また
給電管２９と後部接続管３０の間にもパンチング穴構成
あるいはハニカム構成などからなる後部マイクロ波遮蔽
手段３８が設けられ、前部接続管１９とフィルタ収納管
２１と給電管２９と前部マイクロ波遮蔽手段３７と後部
マイクロ波遮蔽手段３８との間でマイクロ波作用空間３
６を形成している。このマイクロ波によりフィルタ２０
に捕集されたパティキュレートが誘電加熱される。

【００３９】バルブＣ３９が助燃気体排出管１８に、助
燃気体供給手段４０と助燃気体供給管３１の間にバルブ
Ｄ４１がそれぞれ取付けられている。また、フィルタ２
０再生時にはバルブＡ１７を切り替えて、排気ガスをバ
イパス管４２、マフラ４３を通して大気中に排出させ
る。

【００４０】バルブＡ１７、バルブＢ３２、バルブＣ３
９、バルブＤ４１はパティキュレート捕集時は図１のよ
うに、パティキュレート加熱時は図３のように、助燃気
体供給時には図４のようにぞれぞれ制御される。

【００４１】これより以下装置の動作を説明する。内燃
機関から排出される排気ガスは前部排気管１６を流れて
フィルタ２０に流入し、後部排気管３２に流される。こ
のときバルブＡ１７、バルブＢ３２、バルブＣ３９、バ
ルブＤ４１は図１のように制御されている。フィルタ２
０はウォールフロータイプのハニカム構造で構成され、
排気ガスに含まれるパティキュレートを捕集する機能を
有している。このフィルタに捕集されたパティキュレー
トの量が増加すると、フィルタの圧損が増大し内燃機関
であるエンジンの負荷が増大するとともに最悪の場合は
エンジン停止に至る。

【００４２】したがって適当な時期にフィルタに捕集さ
れたパティキュレートを除去する必要がある。この適当
な時期の判断手段としては、フィルタの圧損レベル検
出、電気的手段によるパティキュレート捕集量の検出あ
るいはエンジンの動作状態の積算値などによってなされ
る。フィルタに捕集されたパティキュレートは加熱燃焼
させて除去される。このプロセスをフィルタ再生と称し
ている。

【００４３】次にフィルタ再生のプロセスを説明する。
フィルタ２０が捕集したパティキュレート捕集量がフィ
ルタ再生すべき捕集領域に達すると、フィルタ再生プロ
セスが開始する。

【００４４】この再生制御指令は制御部（図示せず）よ
り発せられる。この制御部の指令に基づいてバルブＡ１
７、バルブＢ３２、バルブＣ３９、バルブＤ４１が図３
のように制御されてフィルタ２０へ流入していた排気ガ
スが遮断される。内燃機関が動作しているときは、排気
ガスはバイパス管４２に導かれる。またマイクロ波発生
手段３４に駆動電圧が供給される。マイクロ波発生手段
３４が発生するマイクロ波は導波管３５を伝送してフィ
ルタ２０をその中に含むマイクロ波作用空間３６内に給
電される。これにより、フィルタ２０に捕集されたパテ
ィキュレートが誘電加熱されるが、その加熱領域はフィ
ルタ２０の内部までの拡がりをもっている。時間経過に
ともなって、マイクロ波入射側のフィルタ２０端面近傍
に存在するパティキュレートから順次燃焼可能温度に達
していくが、マイクロ波給電は継続される。燃焼可能温
度に達するとその領域のパティキュレートは赤熱し一部
燃焼状態になるが酸素の欠乏により蒸焼き状態となって
温度上昇は飽和していく。マイクロ波給電の継続によ
り、パティキュレートの燃焼可能温度に至った領域はフ
ィルタ２０の約１／２まで拡がる。このとき、マイクロ
波作用空間３６への排気ガスおよびその他の気体の流入
はほぼ完全に遮断されているのでマイクロ波加熱された
パティキュレートはその燃焼可能温度の向かって効率よ
く温度上昇していく。

【００４５】この後に、バルブＡ１７、バルブＢ３２、
バルブＣ３９、バルブＤ４１が図４のように制御され、
助燃気体供給手段４０の動作が開始される。これにより
外部から酸素を含む助燃気体がフィルタ２０に供給さ
れ、フィルタ２０内の高温化されたパティキュレートが
燃焼状態に移行する。パティキュレート燃焼領域は気体
の流れ方向に移動しつつフィルタ外周方向に拡大してい
き、適当な時間を経てフィルタ２０のほぼ全域のパティ
キュレートが燃焼し除去される。

【００４６】そしてマイクロ波発生手段３４および助燃
気体供給手段４０は動作を停止するとともに適当な時期
にバルブＡ１７、バルブＢ３２、バルブＣ３９、バルブ
Ｄ４１が再び図１のように制御されフィルタ再生サイク
ルが終了する。その後またフィルタ２０に排気ガスを流
入させパティキュレートの捕集を実行することができ
る。

【００４７】ところで、図５はフィルタ２０に捕集され
たパティキュレート捕集量と重量再生率およびパティキ
ュレート再生時のフィルタ内部の最高温度との関係を示
す図である。重量再生率とは捕集されたパティキュレー
トの重量に対する燃焼したパティキュレートの重量の割
合である。図５によるとパティキュレート捕集量が多く
なると重量再生率は高くなるが、最高温度も高くなって
しまう。またパティキュレートの捕集量が少なくなると
最高温度が低くなるが、重量再生率も低くなる。後者
は、フィルタ２０外周近傍に捕集されたパティキュレー
トはマイクロ波によって十分に加熱されないことに加
え、パティキュレートの加熱時の熱およびパティキュレ
ートの燃焼時の熱がフィルタ２０の外周から逃げてしま
い、このためフィルタ２０外周近傍に捕集されたパティ
キュレートの温度が燃焼可能な温度に到達できずパティ
キュレートが燃焼しないためである。

【００４８】このためフィルタ２０の再生にあたっては
ある程度高い重量再生率（７０％以上必要）が得られる
パティキュレート捕集量が多い領域で再生せざるを得
ず、すると最高温度が必要以上に高くなりすぎ、フィル
タ２０に機械的破損が生ずる。また最高温度が比較的低
いパティキュレート捕集量で再生を行うと重量再生率が
低すぎ、多くのパティキュレートが再生されず燃え残っ
てしまい、フィルタ２０の目ずまりが発生する。これを
解決する方法の一つとして、もともと重量再生率の高い
捕集領域において重量再生率をあまり低下させずに最高
温度を大幅に低下させることが考えられる。もう一つの
解決法としてもともと最高温度が低い捕集領域において
最高温度をあまり上げずに重量再生率を高める対策が考
えられる。本発明は後者に属するものである。

【００４９】ところで、フィルタ２０を排気管内に支持
する方法は、金属バネなどを利用した支持方法と保持材
を利用した支持方法に大別できる。フィルタがセラミッ
クスなどの材料で構成されている場合にはフィルタと金
属とが直接接合することは熱膨脹の大きな違いによりフ
ィルタの機械的破損を生じる危険性が高い。このために
フィルタ２０の支持は保持材を利用する方法が適する。
本発明が属する利用分野においてこの保持材としては加
熱膨張性を有するセラミック系マットが用いられてい
る。このような保持材だけをフィルタ２０外周部と収納
管２１との間に設けることが考えられるが、一般的に加
熱膨張性マット（保持材）は断熱性能が十分ではなく
（代表的な加熱膨張性マットの、熱伝導率は温度領域２
００から６００℃において０．２から０．４３ｋｃａｌ
／ｍｈ℃）、本発明の目的に対して満足のいく断熱性能
を有しておらず、重量再生率を高めることができなかっ
た。一方、断熱効果に優れた断熱材のみをフィルタ２０
外周部と収納管２１との間に設けることが考えられる
が、一般的にそのような断熱材は十分な加熱膨張性を有
しておらず、これのみではフィルタ２０の保持力が十分
でなく安定なフィルタ支持が得られない。また一部の断
熱材４４はそれ単体のみをフィルタ２０の外周部全体に
巻き付けると図６のように窪み４５が生じてしまい、保
護手段２８を設けても窪み４５とフィルタ２０外周部あ
るいは収納管２１との間から排気ガスが漏れてしまう。

【００５０】本発明者らは、収納管２１とフィルタ２０
との間に３層構造からなるフィルタ支持手段を構成し、
加熱膨張性を有する第１の保持材２２、第２の保持材２
５を備えたことにより、本実施例の第１の効果として、
その加熱膨張性を利用してフィルタ２０の安定した保持
を得ることができた。また本実施例の第２の効果とし
て、断熱材を２重巻きにした場合でも図７のように加熱
膨張性を有する第１、第２の保持手段の膨張により、層
と層、フィルタ２０外周部、および収納管２１との隙間
を無くしてその部分からの排気ガスの漏れを防ぐことが
できる。

【００５１】なお、市販されている断熱材の中には、そ
の熱伝導率が静止空気の熱伝導率よりも小さなものがあ
る。このような優れた断熱材を第１の断熱材２３、第２
の断熱材２４として利用するとさらに効果的である。対
流が生じない程度の空間部２６を形成し空気断熱層とし
て作用させ、第１、第２の断熱材２３、２４を合わせて
３層構造の断熱構造にすることにより、フィルタ２０内
部の熱が収納管２１へ伝達することを最小限に抑制し、
特にフィルタ２０外周部近傍に捕集されたパティキュレ
ートの温度の低下を防ぐことができる。さらにフィルタ
支持手段を多層構成にすることで、フィルタ２０と収納
管２１とのすきまを大きくすることにより、マイクロ波
エネルギの強い空間にフィルタ２０外周近傍を配置で
き、フィルタ２０の外周近傍に捕集されたパティキュレ
ートもマイクロ波によってより効果的に昇温させて燃焼
させることが可能になる。これにより、本実施例の第３
の効果としてパティキュレート再生時のフィルタ内部の
最高温度をあまり上昇させることなく重量再生率の向上
がでる。さらには本実施例の第４の効果として、フィル
タ２０内外部の温度勾配の緩和によりフィルタ２０のク
ラックの発生を防ぐことができる。

【００５２】さらに、第１の保持材２２と第２の断熱材
２４と第２の保持材２５との排気ガス通流方向の両端面
２７に保護手段２８を設けたことにより、本実施例の第
５の効果として、排気ガスの漏れをより完全に防ぐこと
ができ、また本実施例の第６の効果として、排気ガス中
に含まれるパティキュレートあるいはその他の物質によ
る保持材、断熱材の性能劣化を防ぐことができる。さら
に本実施例の第７の効果として、排気ガス、振動などに
よるフィルタ２０の位置ずれを完全に防ぐことができ
る。

【００５３】なお、断熱材の比誘電率が大きな材料を選
択することにより、マイクロ波から見た場合の断熱材の
等価的な厚みは大きくなる。この作用を利用することで
断熱材の実際の厚みを増すことなく、フィルタ２０と収
納管２１とのすきまを大きくすることができる。

【００５４】この種の断熱材としては、マイクロ波吸収
材料（たとえば酸化チタン（ＴｉＯ ₂）を含有したもの
が適合できる。

【００５５】図５においてフィルタの支持構成として、
フィルタ２０外周部と収納管２１との間に、加熱膨張性
を有するある保持材（熱伝導率は温度領域２００から６
００℃において０．２から０．４３Ｋｃａｌ／ｍｈ℃）
のみを利用した構成による性能が点Ａ（空気層でのみ断
熱させていた従来の構成による性能は図５に示さないが
点Ａよりもさらに重量再生率が低かった）、本発明によ
る構成による性能が点Ｂである。捕集量が６．３ｇ／ｌ
の場合、本発明の構成により４２％から６５％にまでに
大幅に重量再生率が向上している。一方フィルタ内部の
最高温度は６６０℃から６８０℃に上昇した。本発明の
支持構成により、最高温度の上昇を抑えつつ、フィルタ
２０外周近傍に捕集されたパティキュレートの燃焼をさ
せることを可能にした。捕集、再生を繰り返す場合、再
生第１回目の重量再生率が７０％程度あれば第２回目の
再生以降、新たに捕集されたパティキュレートはほぼ１
００％再生でき、一方最高温度は第１回目の最高温度よ
りも最大１００℃程度上昇した。これによりフィルタ２
０にクラックが発生するといわれる温度（９００℃）以
下でフィルタ２０内にクラックを発生させること無く、
安定したフィルタ２０の繰り返し再生を行うことができ
る。

【００５６】次に本発明のその他の実施例を図８を用い
て説明する。図８において前記実施例と異なる点は、第
２の保持材を省略してフィルタ支持手段を２層構造とし
た点である。円筒状に卷いても窪みが生じない断熱材を
利用した場合は図７のような構成をとることができる。
この場合各層の厚さを増すことで前実施例と同等の断熱
性能を持たせることができる。

【００５７】なお、第１の保持材２２の内、排気ガス下
流側のものは省くことができる。この場合保持材を省略
した部分に第１の断熱材を設ける方がよい。

【００５８】また、空間部２６を無くすように第２の保
持材を設けてもよく、より安定したフィルタ２０の支持
が得られる。

【００５９】また、空間部２６に新たに第３の断熱材を
設けてもよい。より断熱効果が高まり重量再生率を上げ
ることができる。

【００６０】また、第１の断熱材２３を省略して、フィ
ルタ２０と第１の支持材２２と第２の断熱材２４とで閉
じた空間部（空気断熱層）を形成するようにしてもよ
い。

【００６１】また、各断熱材を一体構成にするとフィル
タ２０に断熱材を設ける作業がより容易に行える。

【００６２】また、マイクロ波吸収材を含有しない断熱
材の場合は酸化チタン（ＴｉＯ₂）などのマイクロ波吸
収材をそれに塗布して利用してもよいし、炭化珪素（Ｓ
ｉＣ）のような誘電損失の大きい材料を断熱材に塗布し
て断熱材そのものを発熱させても良い。

【００６３】また、マイクロ波をマイクロ波作用空間に
伝送する手段の構成は、本発明実施例に限定されるもの
ではなく、例えば同軸伝送線を利用することもできる。

【００６４】また、パティキュレートの加熱手段として
はマイクロ波発生手段を１例として説明したが加熱手段
は、例えば電気ヒータ、バーナなどを用いてもよい。

【００６５】また、支持手段を保護する保護手段の構成
は、本発明実施例に限定されるものではなく、例えば保
護手段と収納管を一体構成にすることもできる。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように本発明の内燃機関用
フィルタ再生装置によれば、以下の効果が得られる。

【００６７】（１）フィルタ支持手段を少なくとも２層
構造にすることにより層間には少なからずの空気層領域
を有した不完全な層接合領域になり層間の熱伝達が抑制
され、また各層自体にも熱伝達を抑制する手段を設ける
ことにより、フィルタ内部の熱が収納管へ伝達すること
を最小限に抑制し、フィルタ内部に熱をためることがで
きる。

【００６８】（２）フィルタ支持手段の少なくとも１層
は保持材と断熱材で構成されていることにより保持材の
介在により断熱材としてフィルタと断熱材との隙間無く
巻くことが困難な断熱材を用いた場合でも加熱膨張性を
有する保持材を使用することにより、層と層、フィル
タ、および収納管との隙間を無くし排気ガスの支持手段
部の通流を防ぐと同時にフィルタの排気ガス圧によるフ
ィルタの位置ずれを防止させることができる。

【００６９】（３）フィルタの支持手段の少なくとも１
層は保持材と断熱材を廃さない領域を有し、この領域を
適当な層厚の空気層で形成させることにより、空気層で
の対流を防止し、空気断熱を行なうことを可能にしてい
る。これにより支持手段の適当な領域は部材配置を省略
できる。

【００７０】（４）収納管とフィルタとの間に２層構造
からなるフィルタ支持手段を構成し、加熱膨張性を有す
る保持材を設けたことにより、第１の効果として、フィ
ルタの安定した支持が得れる。また内層に第１の断熱
材、外層に第２の断熱材を設け２層断熱構造とすること
により、断熱効果をより高めることができる。そのため
フィルタ内部の熱が収納管へ伝達することを最小限に抑
制しフィルタ内に捕集されたパティキュレート、特にフ
ィルタ外周部近傍に捕集されたパティキュレートの温度
の低下を防いで、フィルタ外周部近傍に捕集されたパテ
ィキュレートも燃焼可能になったことにより、第２の効
果として、パティキュレート再生時のフィルタ内部の最
高温度をあまり上昇させることなく重量再生率の向上が
でき、さらに第３の効果として、フィルタ内外部の温度
勾配の緩和によりフィルタのクラックの発生を防ぐこと
ができる。

【００７１】（５）収納管とフィルタとの間に３層構造
からなるフィルタ支持手段を構成し、加熱膨張性を有す
る第１、第２の保持材を備えたことにより、第１の効果
として、その加熱膨張性を利用してフィルタの安定した
保持を得ることができる。また第２の効果として、第
１、第２の断熱材を巻くと発生する窪みによる層と層、
フィルタ外周部、および収納管との隙間を無くして、そ
の部分からの排気ガスの漏れを防ぐことができ、マイク
ロ波吸収特性を有し、しかも優れた断熱特性を持つよう
なある断熱材（隙間なく巻き付けつけることが難しい）
を第１、第２の断熱材として利用できる。また対流が生
じない程度の空間部を形成し空気断熱層として作用さ
せ、第１、第２の断熱層を合わせて３層構造の断熱構造
にすることにより、フィルタ内部の熱が収納管へ伝達す
ることを最小限に抑制し、特にフィルタ外周部近傍に捕
集されたパティキュレートの温度の低下を防ぐことがで
き、さらに第１、第２の断熱材に含まれるマイクロ波吸
収材によりフィルタ外周近傍のマイクロ波エネルギを強
くして、フィルタの外周近傍に捕集されたパティキュレ
ートもマイクロ波によってより効果的に昇温させて燃焼
させることが可能になることにより、第３の効果とし
て、パティキュレート再生時のフィルタ内部の最高温度
をあまり上昇させることなく重量再生率の向上ができ、
さらには第４の効果として、フィルタ内外部の温度勾配
の緩和によりフィルタのクラックの発生を防ぐことがで
きる。

【００７２】（６）各断熱材を一体構成にすることによ
りフィルタ外周部に断熱材を設ける作業がより容易に行
える。

【００７３】（７）フィルタに捕集されたパティキュレ
ートを加熱するエネルギとしてマイクロ波を利用する場
合、支持手段の層厚を大きくすることでフィルタ外周近
傍をマイクロ波エネルギの強い空間に配置させ、フィル
タ外周部近傍に捕集されたパティキュレートを効果的に
加熱し、その部分のパティキュレートも燃焼可能になっ
たことにより、パティキュレート再生時のフィルタ内部
の最高温度をあまり上昇させることなく重量再生率の向
上ができ、さらにはフィルタ内外部の温度勾配の緩和に
よりフィルタのクラックの発生を防ぐことができる。

【００７４】（８）フィルタ支持手段のいずれかの部分
にマイクロ波吸収材を含む物を使用、あるいはマイクロ
波吸収材を塗布することにより、フィルタ外周近傍のマ
イクロ波エネルギを強くし、フィルタの外周近傍に捕集
されたパティキュレートがマイクロ波によってより強く
加熱され、その部分のパティキュレートを効果的に昇温
させ、燃焼させることができ、重量再生率の向上、およ
びフィルタ内外部の温度勾配の緩和によりフィルタのク
ラックの発生を防ぐことができる。

【００７５】（９）第１および第２の断熱材がマイクロ
波吸収材を含有することにより、支持手段の層厚を等価
的に大きくでき、フィルタ外周近傍をマイクロ波エネル
ギの強い空間に実行的に配置させることができる。

【００７６】（１０）フィルタ支持手段を構成する保持
材あるいは断熱材の少なくとも排気ガスの通流方向上流
側の端面を排気ガスから隔離するように設けた保護手段
により、排気ガスがフィルタを通流せずに漏れてしまう
ことをより完全に防ぐことができると同時に排気ガス中
に含まれるパティキュレート、あるいはその他の物質に
よる保持材あるいは断熱材の性能劣化を防ぐことがで
き、さらには排気ガス、振動などによるフィルタの位置
ずれを完全に防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す内燃機関用フィルタ再
生装置の構成図

【図２】図１の要部拡大構成図

【図３】本発明の一実施例を示す内燃機関用フィルタ再
生装置の構成図

【図４】本発明の一実施例を示す内燃機関用フィルタ再
生装置の構成図

【図５】本発明の一実施例により得られたフィルタ再生
特性図

【図６】本発明の一実施例の構成を用いない時の問題点
を示す図

【図７】図２のＡ−Ａ断面図

【図８】本発明のその他の実施例を示す内燃機関用フィ
ルタ再生装置の要部拡大構成図

【図９】従来の内燃機関用フィルタ再生装置の構成図

【符号の説明】

２０ フィルタ ２１ 収納管 ２２ 第１の保持材 ２３ 第１の断熱材 ２４ 第２の断熱材 ２５ 第２の保持材 ２８ 保護手段 ３４ マイクロ波発生手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｎ 3/28 ３１１ Ｑ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の排気ガス中に含まれるパティキ
   ュレートを捕集するフィルタと、前記フィルタを収納す
   る収納管と、前記フィルタを前記収納管内に支持すると
   ともに前記フィルタから前記収納管への熱伝達を抑制す
   る少なくとも２層構造からなるフィルタ支持手段とを備
   えた内燃機関用フィルタ再生装置。
2. 【請求項２】フィルタ支持手段は保持材と断熱材で構成
   され、前記フィルタ支持手段の少なくとも１層は保持材
   と断熱材で構成した請求項１記載の内燃機関用フィルタ
   再生装置。
3. 【請求項３】フィルタ支持手段は保持材と断熱材で構成
   され、フィルタ支持手段の少なくとも１層は保持材と断
   熱材の両者を配さない領域を有する請求項１記載の内燃
   機関用フィルタ再生装置。
4. 【請求項４】内燃機関の排気ガス中に含まれるパティキ
   ュレートを捕集するフィルタと、前記フィルタを収納す
   る収納管と、前記フィルタを前記収納管内に支持する２
   層構造からなるフィルタ支持手段とを備え、前記フィル
   タ支持手段の内層は、収納管の内壁に面するフィルタの
   部分において、排気ガス通流方向の、少なくとも片方の
   端部近傍に設けた保持材と、前記保持材が設けられてい
   ない部分に設けた第１の断熱材とを有する構成とし、前
   記フィルタ支持手段の外層は、前記保持材と前記第１の
   断熱材の前記収納管の内壁に面する部分に設けた第２の
   断熱材を有する構成とした内燃機関用フィルタ再生装
   置。
5. 【請求項５】内燃機関の排気ガス中に含まれるパティキ
   ュレートを捕集するフィルタと、前記フィルタを収納す
   る収納管と、前記フィルタを前記収納管内に支持する３
   層構造からなるフィルタ支持手段と前記フィルタ支持手
   段の内層は、収納管の内壁に面するフィルタの部分にお
   いて、排気ガス通流方向の、少なくとも片方の端部近傍
   に設けた第１の保持材と、前記第１の保持材が設けられ
   ていない部分に設けた第１の断熱材を有する構成とし、
   前記フィルタ支持手段の中間層は、前記第１の保持材と
   前記第１の断熱材の前記収納管の内壁に面する部分に設
   けた第２の断熱材とを有する構成とし、前記フィルタ支
   持手段の外層は、前記収納管の内壁に面する前記第２の
   断熱材の部分において、前記排気ガス通流方向の、両方
   の端部近傍に設けた第２の保持材を有する構成とした内
   燃機関用フィルタ再生装置。
6. 【請求項６】第１および第２の断熱材を一体構成とした
   請求項４又は５記載の内燃機関用フィルタ再生装置。
7. 【請求項７】捕集されたパティキュレートを誘電加熱す
   るために、収納管内に給電されるマイクロ波を発生する
   マイクロ波発生手段を備えた請求項１又は４又は５記載
   の内燃機関用フィルタ再生装置。
8. 【請求項８】フィルタ支持手段は、マイクロ波吸収材料
   を含有する請求項１又は４又は、５記載の内燃機関用フ
   ィルタ再生装置。
9. 【請求項９】フィルタ支持手段を構成する第１、第２の
   断熱材と第１、第２の保持材のうち、少なくとも１つが
   マイクロ波吸収材料を含有する請求項４又は５記載の内
   燃機関用フィルタ再生装置。
10. 【請求項１０】フィルタ支持手段の少なくとも排気ガス
    通流方向上流側の端面を排気ガスから隔離する保護手段
    を備えた請求項１から９いずれかに記載の内燃機関用フ
    ィルタ再生装置。