JPH07310526A - ディーゼルパティキュレートフィルタとその制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】パティキュレートフィルタに捕集されたパティ
キュレートを電熱により焼却する際に排気ガスによって
フィルタを冷やすことのないようにする。 【構成】フィルタケース１０内に、円筒形のバイパス管
１１、２重の積層主フィルタ１２及び排気管１３が設け
られている。積層主フィルタ１２は、多孔の金属板、フ
ィルタ作用をなすセラミックス繊維複合体、ヒータの積
層体である。バイパス管１１の下流側は副フィルタ１１
ａになされている。バイパス管１１内にはバイパス弁１
５が設けられている。コントローラ１９には排気圧セン
サ２０、シートベルトセンサ２１、アイドリング検出セ
ンサ２２の信号が入力されている。コントローラ１９
が、フィルタのスクリーニングを行うときは、主フィル
タのヒータに通電を行い、アクチュエータ１８を介して
バイパス弁１５を開く。

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
排気ガス中のパティキュレートを捕集して焼却するディ
ーゼルパティキュレートフィルタおよびその制御装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンは、断熱圧縮によっ
て昇温された空気中に燃料が噴射されて燃焼が行われる
ヘトロジニアス燃焼であるため、排気中に含まれる一酸
化炭素は少ないが、窒素酸化物（ＮＯｘ）やパティキュ
レート（主としてカーボン）の排出が多いという問題点
があった。

【０００３】そして、このようなパティキュレートが大
気中に放出されるのを防ぐため、排気ガス流路にフィル
タを取り付けて排気ガスを濾過し、焼却して清浄化を図
るパティキュレートフィルタが開発されている。しか
し、従来のこの種パティキュレートフィルタは、排気ガ
ス流路全体にフィルタを配置するものであった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】フィルタにて捕集され
たパティキュレートの焼却は、走行中に速かに実施出来
ることが好ましく種々の方法が試られたが、十分な方法
がなく、通常車両の停止している、たとえば車両基地等
の管理された敷地内で行うことが多かった。焼却時には
ヒータに通電を行うため、相当程度の電力消費を伴う処
理であるため、エンジン休止中であることは好ましくな
く、走行中に速かに実施出来る方法が求められている。
ところが、従来のパティキュレートフィルタでは、排気
ガス流路全体にフィルタが配置されその一部に電熱ヒー
タを設け、そのフィルタを電熱にて加熱する際にパテキ
ュトレートが局部的に加熱されフィルタが破損する等の
問題点があった。

【０００５】また、パティキュレートの焼却の操作をド
ライバに任せた場合には、不必要に頻繁に焼却操作を行
ってみたり、焼却操作を失念してフィルタの目詰まりに
よりエンジンの排気圧が異常に上昇し不測の事態を招い
てしまったりする不都合が生じる。また、フィルタケー
ス内にバイパス管を設けパティキュレートの焼却時に排
気ガスをこのバイパス管内を通過させるようにした場合
には、焼却時に濾過されない排気ガスが大気中に放出さ
れることになる。さらに、上述したように、パティキュ
レートの焼却は走行中あるいは信号待ち時に常時行うこ
とが最も理想的でアイドリング等発電量の少ないような
状態下では焼却を回避することが望まれるが、単に焼却
を回避するだけでは目詰まりの進行が甚だしくなって車
両の良好な運行が阻害されることになる。

【０００６】本発明は、このような点に対処してなされ
たものであって、その目的とするところは、第１に、エ
ンジンがどの様な運転中であっても主フィルタのパティ
キュレート焼却時に排気ガスによってフィルタが冷却さ
れることのないようにすることであり、第２に、フィル
タの目詰まりを検知して自動的にパティキュレートの焼
却が行われるようにすることであり、第３に、パティキ
ュレート焼却時にも濾過されない排気ガスが大気中に放
出されるのを防止するようにすることであり、第４に、
フィルタの目詰まりが極端に進行した場合には、エンジ
ンの状態等にかかわりなく、パティキュレートの焼却が
行われるようにすることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、ディーゼル機関の排気ガスを濾過
してパティキュレートを捕集するセラミック製の繊維の
積層材によるフィルタ上に金網状の加熱線を配設して電
熱によりパティキュレートを焼却するディーゼルパティ
キュレートフィルタにおいて、フィルタケース内には、
常時フィルタ機能を果たす主フィルタと、入口付近に開
閉自在のバイパス弁を備え、下流側に副フィルタを備え
たバイパス管と、が配置されている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が提供される。

【０００８】また、本発明によれば、フィルタケース内
の排気圧が第１の所定値を超えたことを排気ガス圧を検
出するセンサにより検出し、かつ、前記バイパス弁を開
いて前記主フィルタにおいて加熱ヒータに所定量の電力
を通電しパティキュレートの焼却を行い、続いて前記バ
イパス弁を閉じるか僅かに開けて前記副フィルタに設け
られた加熱体に電力を供給してパティキュレートの焼却
を行うように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制御装置が提供される。そして、好
ましくは、フィルタケース内の排気圧が、前記第１の所
定値よりも高い第２の所定値を超えたことを検出したと
きには、前記バイパス弁を開きバイパス管に設けられた
安全弁を開放し、排気圧の上昇を防止すると共に信号を
発生させる。

【０００９】

【作用】本発明のパティキュレートフィルタにおいて
は、内燃機関の排気ガスの経路内に主フィルタを設けた
本体を配設し、その内側にバイパス弁および副フィルタ
を備えたバイパス管が設けられる。そして、このバイパ
ス管は排気管の内経とほぼ同一でそのバイパス管に設け
られたバイパス弁は捕集されたパティキュレートを焼却
する際に開かれる。したがって、エンジンがどの様な状
態でもバイパス弁を開いて主フィルタに通電しパティキ
ュレートの焼却が行われても、排気ガスによるフィルタ
の冷却は抑制される。

【００１０】また、本発明によるパティキュレートフィ
ルタでは、排気ガス圧が第１の所定値を超えたときに
は、主フィルタに設けられた排気圧センサの信号により
パティキュレートによる目詰まり状態となったものと判
断し、所定量の電力を自動的にヒータに給電を行って主
フィルタのパティキュレートの焼却を行っている。した
がって、過度の焼却が行われたり逆に焼却の失念により
主フィルタに目詰まりが生じたりする不都合を回避する
ことができるようになる。さらに、主フィルタにおける
パティキュレートの焼却時には、排気ガスを副フィルタ
を備えるバイパス管を通すようにしたので、パティキュ
レート焼却時に濾過されない排気ガスが大気中に放出さ
れるという不都合は回避される。

【００１１】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は、本発明の一実施例のパティキュレ
ートフィルタの断面図である。同図に示すように、本実
施例のパティキュレートフィルタ１００においては、耐
熱性鋼鉄性のフィルタケース１０内の中央に、円筒形の
バイパス管１１が配置され、その外側に円筒形で２層構
造の積層主フィルタ１２が配置され、さらにその外側に
円筒形の排気管１３が配置される。

【００１２】バイパス管１１の下流側は、副フィルタ１
１ａになされている。副フィルタ１１ａは、多数の曲折
した小孔を有する耐熱性金属管あるいは導電性セラミッ
クス管によって構成されている。金属材で形成する場合
には、Ｎｉ、Ｃｒを含むＦｅ材を用いその表面上にセラ
ミックコートをほどこすか、セラミックス材としてはＳ
ｉＣを用いることができる。バイパス管１１は、入口部
分と副フィルタ部とを別の材料によって構成することも
できるが、全体を同一の材料によって構成することもで
きる。

【００１３】積層主フィルタ１２は、下流側に、多数の
通気孔の開口された耐熱性金属網を配し、その上にフィ
ルタ作用をなす、セラミックスの長繊維を重ね合わせて
形成したセラミックス繊維積層体と、電熱体となる、Ｎ
ｉ−Ｃｒを主原料とする耐熱金属材からなる網状抵抗体
とを積層係止したものである。なお、耐熱性金属網に代
え、セラミックス網状構造体を用いることができ、また
セラミックス繊維積層体に代え、耐熱性金属からなる繊
維複合体を用いることができる。バイパス管１１と内側
の積層主フィルタ１２との間の上流側、外側の積層主フ
ィルタ１２と排気管１３との間の上流側、および二つの
積層主フィルタ１２間のは下流側には、排気ガスの流路
を規制するために、リング状の閉止板１４が配置されて
いる。

【００１４】バイパス管１１の入口付近には排ガスの通
過／遮断を制御するバイパス弁１５が設けられている。
バイパス弁１５は、アクチュエータ１８により、スプリ
ング１７、弁作動アーム１６を介して開閉される。アク
チュエータ１８の作動はコントローラ１９によって制御
される。コントローラ１９には、排気ガスの入口側圧力
を検出する排気圧センサ２０が配設されている。

【００１５】バイパス弁１５は、通常運転時には閉じら
れており、パテキュトレートは主フィルタによって捕集
されるのでその時はバイパス管内を排気ガスが通過する
ことはない。通常の排気ガスは、図の左側から流入して
来てそのガスは、二つの積層主フィルタ１２の間に送り
込まれ、矢印に示すように主フィルタを通過して、主フ
ィルタ外へ排出される。

【００１６】排気圧センサ２０の出力信号が入力される
コントローラ１９が、これらの各信号からパティキュレ
ート焼却を行う必要があると判断すると、アクチュエー
タ１８を介してバイパス弁１５を開くと共に、一定時間
積層主フィルタ１２に給電を行って主フィルタのパティ
キュレートを焼却する。その後、バイパス弁１５を閉じ
あるいは僅かに開けた状態で空気が少量流れるようにし
副フィルタ１１ａに給電を行い副フィルタのパティキュ
レートを焼却する。また、排気圧センサ２０の検出値が
一定値を超えた場合には、エンジンやシートベルトの状
態にかかわりなく、エマージェンジ弁が開放し、排気ガ
スが流出される。

【００１７】次に、図２を参照して本実施例のパティキ
ュレートフィルタの動作例について説明する。なお、図
２は、図１の実施例のパティキュレートフィルタの動作
を説明するためのフローチャートである。

【００１８】まず、ステップＳ１において、主フィルタ
の目詰まりが一定程度以上にまで進行しているか否か
が、すなわち、排気ガス圧Ｐが第１の所定値Ｐ１を超え
たか否かがチェックされ、所定値Ｐ１以上となった場合
には、ステップＳ２に進み、そうでない場合にはステッ
プＳ１に戻る。

【００１９】ステップＳ２では、主フィルタの目詰まり
が極端な程度にまで進行しているか否かが、すなわち、
排気ガス圧Ｐが第２の所定値Ｐ２（但し、Ｐ１＜Ｐ２）
を超えたか否かがチェックされ、所定値Ｐ２以上となっ
た場合には、ステップＳ１３に進み、そうでない場合に
はステップＳ３へ進む。

【００２０】ステップＳ３では、アイドリング状態にあ
るか否かが、すなわちエンジン回転数が所定数以下であ
るか否かがチェックされる。ステップＳ３において、ア
イドリング状態にあると判断した場合にはステップＳ４
へ進み、そうでないときには、ステップＳ１へ戻る。

【００２１】ステップＳ４では、シートベルトが外され
ているか否かがチェックされ、“着”状態にあれば、車
両走行中と判断してステップＳ１に戻る。シートベルト
が外されていれば、バイパス弁を開き（ステップＳ
５）、主フィルタへの通電を開始（ステップＳ６）した
後、ステップＳ７へ進む。ステップＳ６を実行すること
により主フィルタにおいてパティキュレート焼却が行わ
れるが、このとき、バイパス弁が開かれており、フィル
タを通過する排気ガス量が少なくなっているため、排ガ
スによってフィルタが冷却されることはなくなる。ま
た、電熱体が上流側に位置しているため、フィルタ全体
が効率よく加熱されるようになり、むらのない焼却が可
能となる。さらに、このとき、バイパス管１１の下流側
には副フィルタ１１ａが配置されているため、濾過され
ていない排気ガスがそのまま大気中に排出されることは
なくなる。

【００２２】ステップＳ７において、焼却開始後所定時
間（ｔ１）経過したか否かがチェックされ、経過してい
ないときはステップＳ５へ戻り、所定のｔ１時間経過し
た場合には、主フィルタへの通電をオフ（ステップＳ
８）し、バイパス弁を閉じ（ステップＳ９）た後、ステ
ップＳ１０へ進み、副フィルタへの通電を開始（ステッ
プＳ１０）し、ステップＳ１１へ進む。ステップＳ１０
を実行することにより副フィルタに捕集されたパティキ
ュレートの焼却が行われる。このとき、酸素供給のため
バイパス弁を僅かに開くようにしてもよい。

【００２３】ステップＳ１１において、副フィルタでの
焼却が所定時間（ｔ２）行われたか否かがチェックさ
れ、所定時間経過していないときはステップＳ１０へ戻
り、所定のｔ２時間経過した場合には、副フィルタへの
通電をオフ（ステップＳ１２）した後、ステップＳ１へ
戻る。

【００２４】ステップＳ２において、主フィルタの目詰
まりが極端な程度に進行したものと判断された場合に
は、エンジン状態やシートベルトの状態をチェックする
ことなく、直ちにバイパス弁を開き（ステップＳ１
３）、主フィルタへの通電を開始（ステップＳ１４）し
た後、ステップＳ１５へ進む。ステップＳ１５におい
て、焼却開始後所定時間（ｔ３）経過したか否かがチェ
ックされ、経過していないときはステップＳ１３へ戻
り、所定のｔ３時間経過した場合には、主フィルタへの
通電をオフ（ステップＳ１６）し、バイパス弁を閉じ
（ステップＳ１７）た後、ステップＳ１へ戻る。

【００２５】以上好ましい実施例について説明したが、
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本願発
明の要旨を変更しない範囲内において各種の変更が可能
である。例えば、実施例では、積層主フィルタ１２は、
軸方向に２層であったがこれを３層乃至それ以上とする
ことができる。また、ステップＳ１７終了後に、副フィ
ルタのスクリーニングを一定時間行いその後にステップ
Ｓ１に戻るようにしてもよい。さらに、主フィルタのス
クリーニングの度に副フィルタのスクリーニングを行う
のに代え、カウンタを設けて、主フィルタのスクリーニ
ング回数が所定値に達したときに副フィルタのスクリー
ニングを行うようにしてもよい。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によるディ
ーゼルパティキュレートフィルタは、フィルタケース内
に、パティキュレート焼却時に排気ガスをバイパスさせ
るバイパス路を設けかつこのバイパス路にもフィルタ機
能を持たせたものであるので、アイドリング状態でパテ
ィキュレートの焼却を行っても、排気ガスによってフィ
ルタを冷やすことがなくなり、十分な焼却を行うことが
可能となる。そして、このとき排気ガスはバイパス管に
設けられた副フィルタを通過するため、濾過されない排
気ガスが直接大気中に排出されることがなくなる。ま
た、フィルタに目詰まり状態が発生しかつアイドリング
状態であるとき自動的にパティキュレートの焼却が行わ
れるようにしたので、焼却忘れや過度の焼却を防止し
て、フィルタを常に良好な状態に維持することが可能と
なる。そして、パティキュレートの焼却が、排気ガス中
に多量の酸素が含まれているアイドリング時に行われの
で、効率のよい焼却が可能となる。さらに、主フィルタ
が目詰まりが極端に進行した場合には、直ちに主フィル
タのスクリーニングを行うようにしたので、フィルタ目
詰まりによって起こされるエンジントラブルを回避する
ことができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のパティキュレートフィルタ
の構造を示す断面図。

【図２】図１の実施例の動作例を説明するためのフロー
チャート。

【符号の説明】

１０ フィルタケース １１ バイパス管 １１ａ 副フィルタ １２ 積層主フィルタ １３ 排気管 １４ 閉止板 １５ バイパス弁 １６ 弁作動アーム １７ スプリング １８ アクチュエータ １９ コントローラ ２０ 排気圧センサ ２１ シートベルトセンサ ２２ アイドリング検出センサ １００ パティキュレートフィルタ

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｂ 9/00 ＺＡＢ Ｚ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ディーゼル機関の排気ガスを濾過してパテ
   ィキュレートを捕集するセラミック製の繊維の積層材に
   よるフィルタ上に金網状の加熱線を配設して電熱により
   パティキュレートを焼却するディーゼルパティキュレー
   トフィルタにおいて、フィルタケース内には、常時フィ
   ルタ機能を果たす主フィルタと、入口付近に開閉自在の
   バイパス弁を備え、下流側に副フィルタを備えたバイパ
   ス管と、が配置されている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。
2. 【請求項２】前記バイパス管がフィルタケースのほぼ中
   央に配置されその内径が排気管とほぼ同じであり、その
   外側に複数の円筒状又は、段付状のフィルタを蛇腹状に
   積層させ円筒状とした主フィルタが配置されていること
   を特徴とする請求項１記載のディーゼルパティキュレー
   トフィルタ。
3. 【請求項３】前記主フィルタは、排気ガスの下流側に耐
   熱性金属網からなる篭を有し、その上にセラミックスま
   たは耐熱性金属の長繊維を重ね合わせた積層材とヒータ
   となる耐熱性金属体を積層したものを部分的に係止した
   ことを特徴とする請求項２記載のディーゼルパティキュ
   レートフィルタ。
4. 【請求項４】前記副フィルタは、通孔径が主フィルタよ
   り大きい多孔質の金属筒または多孔質の導電性セラミッ
   クス筒によって構成されていることを特徴とする請求項
   １記載のディーゼルパティキュレートフィルタ。
5. 【請求項５】フィルタケース内に、パティキュレートの
   捕集とその焼却を行う主フィルタと、入口付近に開閉自
   在のバイパス弁を備え、下流側にパティキュレートの捕
   集とその焼却を行う副フィルタを備えたバイパス管と、
   を有するディーゼルパティキュレートフィルタの制御装
   置において、フィルタケース内に設けられた排気圧セン
   サにより排気圧が第１の所定値を超えたことを検出した
   ときに、前記バイパス弁を開いて前記主フィルタの導電
   フィルタに所定量の電流を通電しパティキュレートの焼
   却を行うように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制御装置。
6. 【請求項６】前記主フィルタに捕集されたパティキュレ
   ートが焼却され、バイパス弁が閉鎖されたときバイパス
   管に配設されている第二の捕集フィルタに通電し、その
   捕集されたパティキュレートを焼却するよう制御する。