JPH07310531A - ディーゼルパティキュレートフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ディーゼルエンジンの運転条件により生ずる種
々の排気ガス中の汚染物質を、適切なフィルタにより捕
集し、焼却する。 【構成】フィルタケース１の中央部分に粗目の金属フィ
ルタの内フィルタ２３を配置し、その入口にオフセット
された支軸を有する開閉弁２８を取付けて排圧に応じ開
口するように構成し、内フィルタ２３のすぐ外側にはセ
ラミックス繊維と金属ヒータとを合体させた細目の中フ
ィルタ２２を配置して下流にはスプリング２７により閉
方向にバイアスして排圧の上昇により開口する調圧バル
ブ２５を取付ける。そして最外周には中フィルタ２２と
同様な素材による極細目の外フィルタ２１を配置して三
重構造のフィルタとなし、エンジンの運転条件による排
圧に応じて調圧バルブ２５や開閉弁２８を作動させ、排
気ガスに含まれる青白煙やパティキュレートを捕集し、
導電性のフィルタ自体に通電して堆積物を焼却する。

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
気ガスに含まれるパティキュレートを捕集し、焼却する
ディーゼルパティキュレートフィルタに関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンは燃料を高温度の高
圧空気中に噴射して混合させるため、着火時には燃料が
混合気化しきれずに炭化し、排気ガス中に微粒子として
排出される事が多く、このような微粒子のカーボンと炭
化水素の合成物がパティキュレートと云われて、大気を
汚染する都市公害の原因の一つとなっている。

【０００３】このため、ディーゼルエンジンの排気流路
にパティキュレートを捕集する多孔質材のフィルタを取
付けて排気ガスを清浄化することが行なわれている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ディーゼル
エンジンのうち、特に排気系にターボチャージャを取付
けて排気エネルギーの回収により過給気圧の上昇を図る
ものでは、その急発進時には排気中にパティキュレー
ト，スモークが多量に含まれ、またエンジンの始動時に
は青白煙が排出される。さらに、積荷の多い車両の登坂
時にはエンジンが全負荷に近い状態で運転のため、パテ
ィキュレートが多量に排出されることになる。

【０００５】このように、エンジンの運転条件によって
排出されるスモークや、パティキュレートの状態が異な
るため、これらに対応させて排気ガスの浄化を図ること
は困難であった。

【０００６】また、捕集してフィルタに堆積したパティ
キュレートの除去も困難であり、堆積物に着火して燃焼
させても部分的に燃え、過昇温のためフィルタ素子が溶
損する虞がある。

【０００７】本発明はこのような従来の問題を改善しよ
うとするものであり、その目的はエンジンの運転条件に
より発生する排気ガス中の前記のようなスモークやパテ
ィキュレートに応じ、効率よく濾過して浄化を図るとと
もに、堆積物の焼却峙にはフィルタを傷めることなくス
クリーニングしようとす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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに本発明によれば、ディーゼルエンジンの排気ガスを
多孔質のフィルタと導電性材料を組合せたフィルタに導
いてパティキュレートを捕集し、フィルタに電流を通じ
捕集した堆積物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、前記のフィルタのほぼ中央部分に配
置されて入口部は金属管により構成され、その延長上、
下流側には粗目のフィルタを持ち、排圧の上昇に応じ開
口する開閉弁を備えた第１のフィルタと、該第１のフィ
ルタの外側に配置され通過するガス流の圧力の変動に応
じて開口する調圧バルブを出口部に備えその網目が第１
フィルタより密目の網目を持つ第２のフィルタと、該第
２のフィルタの外側に配置された細目の第３のフィルタ
をそれぞれ排ガス流に対して並列に配設されたディーゼ
ルパティキュレートフィルタが提供される。

【０００９】また本発明によれば、前記の開閉弁は偏心
した支軸により支えられ、調圧バルブはスプリングによ
り閉方向にバイアスされて、第２第３のフィルタがパテ
ィキュレートにより詰った場合、その排圧の上昇により
開口するディーゼルパティキュレートフィルタが提供さ
れ、さらに第１のフィルタは網目を有する導電性金属ま
たはセラミックス多孔材から成るフィルタからなり、第
２および第３のフィルタはセラミックス繊維を重ねそれ
を部分的に織った金属ヒータが合体されたフィルタが用
いられる、各フィルタはそれぞれ導電性を有する金網材
と重ね合せ、パティキュレートを焼却し、再生出来るデ
ィーゼルパティキュレートが提供されそれぞれのフィル
タがエンジンの運転条件に応じて作用し、パティキュレ
ートが焼却再生される。

【００１０】

【作用】フィルタの中央部分に配置した粗目の第１のフ
ィルタの入口に排圧の上昇により開口する開閉弁を設
け、第１のフィルタのすぐ外側には通過するガス流が急
速に増加するとき発生する排気ガス圧力の上昇に応じて
開口する調圧バルブを出口部に備えた第２のフィルタを
配置し、さらにその外側に極く細目の第３のフィルタを
設けて、三重構造としたので、エンジンの始動時や急発
進などで比較的排気ガス量が少ない場合は開閉弁や調圧
バルブは開口せずそれらの条件で発生するパティキュレ
ートは網目の細かい第３のフィルタにより青白煙などが
捕集されるが、第３のフィルタが目詰りのときまたは、
排気ガス流が増大するエンジン負荷の高い場合には調圧
バルブが開かれて第２のフィルタによる濾過も行われ
る。第２、第３のフィルタが詰まり、排気ガス圧力が上
昇した場合には第１のフィルタが開弁し、その開弁信号
により、第２、第３のフィルタに通電され、パティキュ
レートが焼却され、その焼却が終了したとき第一のフィ
ルタの開閉弁が閉じられ通電され、フィルタの再生が実
施される。

【００１１】なお、三種のそれぞれのフィルタは導電性
を有するため、加熱用電力の通電時にはフィルタ自体が
均一に発熱して堆積物の焼却が行われる。

【００１２】

【実施例】つぎに本発明の実施例について図面を用いて
詳細に説明する。図１は本発明にかかるディーゼルパテ
ィキュレートフィルタの一実施例の構成を示す断面図で
ある。

【００１３】同図における１はフィルタケースであり、
その上流および下流方向が絞られた円筒状に形成され、
上流側にはエンジンの排気管に接続されるフランジ１１
が、下流側にはテールパイプを接続する取付板１２が設
けられ、中央ケース１０には該ケースに内接する断熱材
１３の層を介してフィルタブロック２が収納されてい
る。

【００１４】フィルタブロック２は中央部分に上流方向
に向かって開口しているバイバス管となる同心の円筒２
０を備え、該円筒２０の外周には円筒状の第３のフィル
タとなる外フィルタ２１と第２のフィルタとなる中フィ
ルタ２２とが二重に同心に配置されており、これらはと
もに例えば長繊維のセラミックスを積層したフィルタ材
と金属の網目状ヒータとが重ね合され、係止合体された
フィルタ素子が用いられ、外フィルタ２１は細目のフィ
ルタ、中フィルタ２２はそれより網目が粗のフィルタに
より形成されている。

【００１５】そして、外フィルタ２１と中フィルタ２２
との下流方向は閉じられ、中フィルタを通って流れる排
ガスは調圧バルブ２５により閉鎖され、端面２４が外、
中フィルタ端部と接触し、また該端面材２４と円筒２０
との間には図示のように下流方向が徐々に縮径された漏
斗状の調圧バルブ２５が円筒上をスライドするように取
付けられており、該調圧バルブ２５は一端が円筒２０の
下流端のストッパ２６により保持されたスプリング２７
によって、常時は上流方向に押圧されて、中フィルタ２
２からの下流の流路は閉じられている。したがって、外
フィルタ２１と中フィルタ２２との間に流入する排気流
は外フィルタ２１側は濾過されて外側を通って取付板１
２を介し流出するが、中フィルタ２２によって濾過され
たガスは、排気流量が多い場合、または外フィルタ２１
が目詰りした場合には圧力が高くなって調圧バルブ２５
を開放させ、下流方向に流出するうに構成されている。

【００１６】つぎに円筒２０の内部には有底円筒状の多
孔質の金属フィルタの外側にセラミックスコーティング
を施した第１のフィルタとなる粗目の内フィルタ２３が
取付けられ、一方、円筒２０の上流入口には排気ガスの
圧力に応じて開閉する開閉弁２８が設けられており、該
開閉弁２８はアクチュエータ３１により操作されるとと
もに、開閉弁２８の支軸がオフセットされているため、
第２、第３フィルタにパティキュレートが堆積しエンジ
ンからの排圧が高くなると開閉弁２８の軸にトルクがか
かって開放されるように構成されている。なお、３２は
目詰りセンサで、内フィルタ２３の内面に設けられ、パ
ティキュレートの堆積による電気抵抗値の変化を検出
し、目詰り状態を後述するコントローラに送出するもの
であり、３３は排圧センサでフィルタケース１の上流の
内面に取付けられ、排気ガスの圧力を検出してコントロ
ーラに送出する。開閉バルブは前記目詰センサの信号又
は、開閉バルブの開口信号によって開放される。

【００１７】３０はバッテリで、コントローラや、目詰
りしたフィルタに電力を供給する電源であり、３４およ
び３５は内フィルタ２３用の通電端子、３６，３７はそ
れぞれ中フィルタ２３、外フィルタ２１に加熱用電力を
供給する通電端子である。

【００１８】コントローラ３はマイクロコンピュータか
らなり、演算処理を行う中央制御装置、演算処理手順や
制御手順などを格納する各種メモリ、入力ポート、出力
ポートなどを備えており、前述の排圧センサや目詰りセ
ンサなどからの信号が入力されると所定の演算が行わ
れ、格納された制御手順に基づいてアクチュエータ３１
への指令や、所定の通電端子への電力供給指令が発せら
れるように構成されている。

【００１９】つぎにこのように構成された本実施例の作
動について説明する。エンジンの始動時に排気管から青
白煙が排出されるが、エンジン負荷が小で、回転数が定
格回転に達せず排圧も低いため、円筒２０の開閉弁２８
および調圧バルブ２５が開放されず、このため排気流は
極細目の外フィルタ２１に至って濾過され、青白煙の微
粒子が捕集されて浄化されたガスが取付板１２を介して
下流に放出される。

【００２０】エンジンの急発進時にはパティキュレート
の多いスモークが排出されるが、これはアクセルペダル
の踏込み時は燃料流量は直ちに対応して増量されるが空
気流はエアクリーナの抵抗や、ターボチャージャの作動
が追従しないため空気量が不足してスモークが増加する
ものであり、この排気ガスは余り多量でないため圧力が
低く、前記の始動時の場合と同様に外フィルタ２１によ
り捕集が行われる。

【００２１】そして、外フィルタ２１が捕集による堆積
物で目詰りが生ずると、排圧が上昇するため調圧バルブ
２５が開放され、中フィルタ２２を排気流が通じ、余り
抵抗なく浄化されたガスが放出されることになる。な
お、外フィルタ２１の目詰りがない状態でも、エンジン
負荷が大きく、排気温度が増し排気流量が大になるか急
加速で大きな脈動による排圧が上昇すると、調圧バルブ
２５は開放され、細目の中フィルタ２２を通って排気流
が流れるため、流路の抵抗は余り多くならないものであ
る。

【００２２】ついでエンジンの負荷が登坂時のように更
に増大すると排圧が上昇するため、円筒２０の上流の開
閉弁２８は不平衡な支軸にトルクがかかって開口され、
粗目の内フィルタ２３を通って排気ガスは流れるので排
気ガス圧力は上昇し過ぎずエンジンに悪い影響を与えな
い。

【００２３】また、エンジンの通常運転時第２第３フィ
ルタ目詰りにより排圧が上昇した場合は開閉弁２８は開
口し、その信号によりアクチュエータ３１が開閉弁２８
を開口させる。また、フィルタ２１、２２に設けた目詰
りセンサ３２が目詰りを検知のときは通電端子３７、３
６に加熱用電力が供給されて内フィルタ２１、２２のス
クリーニングが実施される。また、その通電が終了した
状態ではフィルタ２３は通電端子３５に電力が供給され
てスクリーニングが行われる。また最外周の外フィルタ
２１はその目詰りによる排圧の上昇を排圧センサ３３が
検知すると、通電端子３７に通電されて、そのスクリー
ニングが実施されることになる。

【００２４】このようにそれぞれのフィルタに通電時に
は、金属の金網ヒータを有するか、またはフィルタ自体
が金属性または通電性セラミックスのため、通電による
発熱はフィルタの各部分に均一に分布して温度が上昇す
ることになり、したがって堆積物も平均的に燃焼して部
分的な異常燃焼を生ずることがないため、フィルタの溶
損などの事故が防げることになる。

【００２５】上述のように、エンジンの始動時や、急発
進時または全負荷時と運転条件により、排気ガスのパテ
ィキュレートの状態や排圧が異なるが、フィルタケース
に極細目、細目および粗目の三種のフィルタを同心に設
けるとともに、粗目の内フィルタの上流に開閉弁、また
細目の中フィルタの下流に調圧バルブを設けてそれぞれ
排圧の上昇により開弁するように構成したため、排気ガ
ス中に含まれる種々の汚染物質が適切に除去でき、さら
にその焼却に際しても、フィルタ自体を導電性としたた
め損傷することなくスクリーニングができることにな
る。

【００２６】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、フィルタ
の中央部分に配置した粗目の内フィルタの入口に排圧の
上昇により開口する開放弁を取付け、内フィルタのすぐ
外側に配置した細目の中フィルタには排圧の上昇に応じ
開放される調圧バルブをその下流に設け、さらにその外
側には極細目の外フィルタを配置して三重構造としたの
で、エンジンの運転条件による排気ガス量やその排圧に
よって開閉弁や調圧バルブが作動し、排気ガス中に含ま
れる青白煙やパティキュレートが適切なフィルタにより
捕集される効果が得られ、また、フィルタ自体に導電性
を持たせたため、加熱用の電力の通電時には均一に発熱
して堆積物の異常燃焼がないためフィルタの損傷が防止
できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるディーゼルパティキュレートフ
ィルタの一実施例の構成を示す断面図である。

【符号の説明】

１…フィルタケース １０…中央ケース １１…フランジ １２…取付板 ２…フィルタブロック ２０…円筒 ２１…外フィルタ ２２…中フィルタ ２３…内フィルタ ２５…調圧バルブ ２７…スプリング ２８…開閉弁 ３…コントローラ ３０…バッテリ ３１…アクチュエータ ３２…目詰りセンサ ３３…排圧センサ

───────────────────────────────────────────────────── 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】ディーゼルエンジンの排気ガスを多孔質材
   料と導電性材を組合せたフィルタに導いてパティキュレ
   ートを捕集し、金網状導電材に電流を通じ捕集した堆積
   物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、前記のフィルタのほぼ中央部分に配置され入口部
   に開閉弁を備えた管とその下流に連絡した粗目のフィル
   タ目と導電性を持つ第１のフィルタと、該第１のフィル
   タの外側に中間のフィルタ目粗さを持ち流に応じて開口
   する調圧バルブを備えた第２のフィルタと、該第２のフ
   ィルタの外側に配置された細目の第３のフィルタを並列
   に配置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。
2. 【請求項２】前記の中心部に配設されたフィルタでは前
   記開閉弁は所定の排圧により自動的に開口することを特
   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。
3. 【請求項３】前記の中心部に配設されたフィルタ管に設
   けられた開閉弁は偏心した支軸により支えられ、不平衡
   部分に印加される排圧の回転トルクにより開口し、その
   開口を所定時間保持するアクチュエータを有することを
   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。
4. 【請求項４】前記の第２のフィルタに設けられた調圧バ
   ルブは所定の排圧に応じて開口するようスプリングの弾
   性力が閉方向に印加されている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。
5. 【請求項５】前記の第１のフィルタは粗い目の網目を有
   し、導電性を有する金属フィルタまたはセラミックスフ
   ィルタが用いられ、第２および第３のフィルタはセラミ
   ック又は金属の繊維を部分的に織ったフィルタと金属の
   網状ヒータとが合体されたフィルタが用いられることを
   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。
6. 【請求項６】前記中心部フィルタ管に設けられた前記開
   閉弁の開口信号により、第２、および第３のフィルタに
   所定時間通電し、所定時間後開閉弁を閉鎖し第１のフィ
   ルタに所定時間通電する制御装置を有することを特徴と
   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。