JPH0763040A - 内燃機関の排気微粒子処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】フィルタに流入する排気流量を再生に必要な量
に十分に低減し且つ各フィルタの再生に伴う通気抵抗の
回復を有効に利用し、効率良くフィルタを再生すると共
に、溶損・熱亀裂等を抑制できる排気微粒子処理装置を
提供する。 【構成】第１容器10に円筒状フィルタ11、12と、通気抵
抗が小さく高捕集効率な小容量の小フィルタ14とを並列
に配設し、第２容器20に前記フィルタ11、12と同一諸元
のフィルタ21、22を並列に配設する。フィルタ再生時
に、最先に小フィルタ14を再生して、小フィルタ14の通
気抵抗を回復させ、続いて行なうフィルタ11の再生時に
フィルタ11に流入する排気流量を大幅に減少する。その
後、フィルタ12を再生し、第２容器内のフィルタ21、22
を順次再生する。これにより、小フィルタ14を備えず、
フィルタ11、12、21、22のみを順に再生する場合に較
べ、再生中の各フィルタに流入する排気流量を減少させ
ることができ、電熱ヒータの消費電力を低減することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の排気中に含
まれる微粒子を捕集し、該捕集した微粒子を処理する排
気微粒子処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、環境保護の見地から、内燃機
関の排気中に含まれる微粒子が大気中に排出されるのを
防止するために、排気系に設けたフィルタにより該微粒
子を捕集する排気微粒子捕集装置が提案されている。し
かし、該捕集された排気微粒子がフィルタに堆積してフ
ィルタに目詰まりが生じると、該フィルタが大きな通路
抵抗となって排気圧力が上昇することとなり、機関性能
の低下、燃費の悪化を招く結果となる。そこで、該捕集
された排気微粒子を、フィルタから除去してフィルタを
再生する必要があるが、かかるフィルタの再生方法とし
て、該捕集された排気微粒子を電熱ヒータ等を介して着
火させ燃焼伝播により焼失させることが考えられてい
る。

【０００３】そこで、効率よくフィルタを再生するため
に、例えば、特開昭５６−９２３１８号に開示されるよ
うな、フィルタを並列に配列し、流量調整用小孔付の切
換弁で再生側を閉じ、再生するフィルタに流入する排気
流量を減量させて、フィルタ前端面に配設した電熱ヒー
タで、各フィルタを順番に再生して行く排気微粒子処理
装置が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このも
のは、単に、前記切換弁により排気の通路を切り換え、
並列に配列された２つのフィルタを順番に再生するよう
にしていたため、先に再生する側のフィルタに流入する
排気流量を、再生に必要な流量にまで十分に低減するの
が困難であった。このため、フィルタを通過する排気が
持ち去る熱量（電熱ヒータからの発生熱や捕集された排
気微粒子の再燃焼熱）が多くなり、電熱ヒータ容量を大
きくしないと再生が困難であり、オルタネータやバッテ
リ容量も大きくせざるを得なかった。したがって、製品
コストが増大すると共に、電熱ヒータの電力消費量も多
くなり、燃費・機関性能が悪化し、更に再生時には、ト
ルク変動が大きくなって車両運転性を損なっていた。

【０００５】また、フィルタ前端面で排気微粒子に着火
させ、燃焼伝播によって前端部から後端部に向けて再生
するため、フィルタ前後で温度差が大きく、熱歪みによ
るクラックが発生し易いという問題もあった。また、再
生ムラが発生し易いため、通気抵抗の回復度のバラツキ
が大きく、そのため運転性や燃費の悪化が生じ易い。し
たがって、繰り返し再生を行なうと、排気微粒子の堆積
が密な部分と粗な部分が顕著になっていき、密な部分に
着火すると局所的に高温となるため、フィルタが溶損す
る可能性が考えられる。

【０００６】さらに、このものは、前記切換弁により排
気の通路を切り換えて、再生する側のフィルタに流入す
る排気流量を減量して、フィルタを通過する排気が持ち
去る電熱ヒータの発生熱や排気微粒子の再燃焼熱を減ら
すことはできるものの、再生済みのフィルタの通気抵抗
が排気微粒子捕集前の状態（通気抵抗小）に戻ることに
より、後に再生するフィルタを通過する排気流量が、再
生済みのフィルタを再生した際に該フィルタを通過した
排気流量に比較して更に減量され、排気に持ち去られる
熱量が減少しているにも拘らず、この点が何ら考慮され
ておらず、両フィルタに設けられる電熱ヒータの発熱容
量、通電時間は同一であった。このため、後に再生され
るフィルタが必要以上に電熱ヒータにより加熱されるの
で、電熱ヒータの電力消費量が多くなり、オルタネータ
やバッテリ容量を大きくせざるを得ず、製品コストの増
大、および燃費・機関性能の悪化、更に再生時には、オ
ルタネータの充電負荷増大によるトルク変動が大きくな
って車両運転性を損なっていたというのが実情であっ
た。そして、この結果、後に再生されるフィルタは、捕
集された排気微粒子が過剰加熱により激しく燃焼するた
め、大きな熱応力が発生して、熱歪みによりフィルタに
亀裂が発生しフィルタ機能が損なわれたり、或いはフィ
ルタがその過燃焼熱により溶損する可能性が考えられ
る。

【０００７】また、特開昭５８−２８５０５号には、フ
ィルタのメッシュサイズ、又は排気の通過する流路長さ
（フィルタの長さ）を変えて、通路抵抗を変えたブロッ
ク状のフィルタを並列に配設し、通路切換弁を用いず排
気流量差を利用して、排気流量の少ない側のフィルタか
ら、フィルタ前端面に配設した電熱ヒータで再生する排
気微粒子処理装置が開示されている。

【０００８】しかし、このものも、フィルタ再生時に、
切換弁を用いずにフィルタ間の通気抵抗差のみを利用し
て、前記再生時の排気流量を制御するため、再生側のフ
ィルタの排気流量が、全排気流量の約３０％程度と多
く、通過する排気が持ち去る熱量（電熱ヒータからの発
生熱や捕集された排気微粒子の再燃焼熱）は依然多く、
電熱ヒータ容量を大きくしないと再生ができないため、
オルタネータやバッテリ容量も大きくせざるを得なかっ
た。このため、製品コストが増大すると共に、電熱ヒー
タの電力消費量も多くなり、燃費・機関性能が悪化し、
更に再生時には、トルク変動が大きくなって車両運転性
を損なっていた。また、前記特開昭５６−９２３１８号
と同様、再生済みのフィルタの通気抵抗が減少すること
に伴って、後に再生する側のフィルタの再生時に流入す
る排気流量が減量されるにも拘らず、かかる点について
は何ら考慮されていなかった。

【０００９】また、各フィルタ間でメッシュサイズを変
えた場合には、単位濾過面積当たりの微粒子の捕集効率
が異なるので、メッシュサイズが密なフィルタには排気
入口端面側に多く微粒子が堆積し、メッシュサイズが粗
なフィルタは、排気入口端面から出口端面にわたって粗
に（分散して）微粒子が分布する。このため、２つのフ
ィルタを合計した通路抵抗を所定の値に設定する場合に
は、メッシュサイズの密なフィルタ側を、着火や燃焼伝
播、或いは亀裂発生防止、溶損防止の面で適正なメッシ
ュサイズに設定すると、メッシュサイズの粗なフィルタ
側はメッシュサイズを比較的大きくする必要があり、こ
のため、メッシュサイズの粗なフィルタ側は、益々排気
微粒子が粗に（分散して）堆積し、かつ流入する排気流
量が増大するので排気が持ち去る熱量も増大するので、
着火、燃焼伝播が極めて悪化し、再生が行えなくなる場
合もある。この逆に、メッシュサイズの粗なフィルタ側
を、着火や燃焼伝播、或いは亀裂発生防止、溶損防止の
面で適正なメッシュサイズに設定すると、メッシュサイ
ズの密なフィルタ側はメッシュサイズが更に小さくなる
ため、通路抵抗の増加により、微粒子が入口端部に集中
的に堆積することになり、再生時に、ここで燃焼が激し
く行なわれ、フィルタに亀裂、溶損が発生し易くなる。

【００１０】さらに、メッシュサイズの密なフィルタ
と、粗なフィルタとの間の、微粒子の堆積状態が不均衡
となるために、再生を繰り返すと、各フィルタ間で再生
ムラが生じ易く、初期の所定通路抵抗差を維持できなく
なる場合があり、例えば先に再生すべきフィルタの通路
抵抗が、後に再生するフィルタより小さくなる場合があ
り、かかる状態では先に再生すべきフィルタへ流入する
排気流量が大くなるめ、着火性が低下し、再生不良とな
ったり、また後に再生する側には、多量に微粒子が堆積
しているので、再生時には、燃焼が激しく行なわれるこ
とになり、前述したようにフィルタに亀裂が発生した
り、溶損することがあった。

【００１１】本発明は、かかる従来の実情に鑑みなされ
たもので、複数のフィルタを並列に配設し、各フィルタ
を順に再生していく場合に、フィルタに流入する排気流
量を再生に必要な量に十分に低減することができると共
に、各フィルタの再生に伴う通気抵抗の回復を有効に利
用して、効率良くフィルタを再生し、電熱ヒータ等の熱
手段の加熱量を低減することで、製品コスト・燃料消費
の増大、機関性能・車両運転性の低下、バッテリの消耗
等を抑制することができ、さらにフィルタの溶損・熱亀
裂等が発生し難い信頼性の高い内燃機関の排気微粒子処
理装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このため本発明にかかる
内燃機関の排気微粒子処理装置は、内燃機関の排気通路
を二股に分岐し、該分岐した一つの排気通路の途中に介
装され、排気を内壁と外壁間を通過させて排気中の微粒
子を捕集する単位濾過面積当たりの捕集効率と通気抵抗
が同一の円筒形状の第１フィルタを複数並列に備えると
共に、前記大容量フィルタに比して通気抵抗が小さく高
捕集効率の第２フィルタを１以上前記第１フィルタに並
列に備え、前記各フィルタにより排気中の微粒子を捕集
する第１排気微粒子捕集手段と、前記分岐した他の排気
通路の途中に介装され、前記第１排気微粒子捕集手段に
備えられる前記第１フィルタと同数の第１フィルタを並
列に備え、排気中の微粒子を捕集する第２排気微粒子捕
集手段と、前記第１排気微粒子捕集手段及び第２排気微
粒子捕集手段の夫々に備えられる第１フィルタの内周壁
または外周壁に備えられ、前記第１フィルタに捕集され
た排気微粒子を加熱し燃焼除去することにより第１フィ
ルタを再生させる第１加熱手段と、前記第２フィルタに
備えられ、該第２フィルタに捕集された排気微粒子を加
熱し燃焼除去することにより第２フィルタを再生させる
第２加熱手段と、を備える一方、フィルタの再生時期
に、前記第１排気微粒子捕集手段側から再生を行い、か
つ第２フィルタを最先に再生することにより、該第２フ
ィルタの再生に伴う通気抵抗の減少に見合って、次に再
生する第１フィルタへの前記第１加熱手段の加熱量を低
減すると共に、再生された第１フィルタの通気抵抗の減
少に見合って、順次再生する第１フィルタへの前記第１
加熱手段による加熱量を減少補正する加熱量制御手段を
設けるようにした。

【００１３】なお、前記第２フィルタが、排気を内壁と
外壁間を通過させて排気中の微粒子を捕集する円筒形状
に形成され、前記第２加熱手段が、前記円筒形状の内方
に前記第１排気微粒子捕集手段外方より挿入されるグロ
ープラグであることが望ましい。そして、前記第２フィ
ルタが、その円筒形状の内壁と前記グロープラグ外壁と
の間隙が小さくして前記第１フィルタに比して小容量と
なるように形成されるのが望ましい。

【００１４】

【作用】上記構成の本発明にかかる内燃機関の排気微粒
子処理装置では、フィルタ再生時期に、第１排気微粒子
捕集手段内の通気抵抗が小さく高捕集効率の第２フィル
タを最先に再生することで、第１排気微粒子捕集手段に
流入する全排気流量の大部分が該再生された第２フィル
タを通過するようになる。

【００１５】したがって、次に再生する第１フィルタへ
流入する排気流量が大幅に減少することになり、排気が
持ち去る加熱手段の加熱量、或いは排気微粒子の再燃焼
熱が減少することになる。よって、第１フィルタへの第
１加熱手段による加熱量は、第２フィルタを備えず、第
１フィルタのみを順に再生していく場合に較べて、小さ
くて済む。

【００１６】その後は、順に再生される第１フィルタの
通気抵抗が小さくなるため、後に再生する第１フィルタ
へ流入する排気流量が順次減量し、該順次減量される排
気流量に見合って、第１加熱手段の加熱量を加熱量制御
手段により順次減量補正する。これにより、第１排気微
粒子捕集手段内と第２排気微粒子捕集手段内の各フィル
タを、少ない加熱量で、効率良く再生することができ
る。

【００１７】ところで、最先に再生を行なう第２フィル
タは、通気抵抗が小さく高捕集効率であるために、比較
的短時間に目詰まりを起こすため、機関通常運転時には
該第２フィルタへは排気は流入しなくなる。このため、
第１排気微粒子捕集手段内の第１フィルタに堆積する排
気微粒子量と、第２排気微粒子捕集手段内の第１フィル
タに堆積する排気微粒子量とは、略同一となるため、再
生時における再生ムラ等が生じ難く、再生時において排
気微粒子の再燃焼熱により過熱化するフィルタの発生を
抑制でき、溶損等が抑制される。

【００１８】また、複数設けられる第１フィルタを排気
を内壁と外壁間を通過させて排気中の微粒子を捕集する
単位濾過面積当たりの捕集効率と通気抵抗が同一の円筒
形状として、排気微粒子の堆積量を各第１フィルタ間で
同一にする。これにより、再生時における再生ムラ等が
生じ難く、再生時において排気微粒子の再燃焼熱により
過熱化するフィルタの発生を抑制でき、溶損等が抑制さ
れる。

【００１９】さらに、第１フィルタを円筒形状とし、第
１加熱手段をその内周壁または外周壁に備えるようにし
たので、燃焼伝播が内周壁と外周壁間を進行するので、
例えば長尺・厚肉構造のモノリスフィルタのように再生
時に前端面から後端面へと燃焼伝播するものに較べ、熱
応力が小さくでき、熱亀裂等の発生を抑制することがで
きる。

【００２０】なお、前記第２フィルタを、第１フィルタ
と同様に、排気を内壁と外壁間を通過させて排気中の微
粒子を捕集する円筒形状に形成して、前記第２加熱手段
を、前記円筒形状の内方に第１排気微粒子捕集手段外方
より挿入されるグロープラグとすることで、第２フィル
タの再生熱による熱応力が緩和されると共に、構成がよ
り簡略化でき、さらにグロープラグの交換容易性が向上
する。

【００２１】そして、前記第２フィルタを、前記円筒形
状の内壁と前記グロープラグ外壁との間隙が小さくなる
ように前記第１フィルタに比して小容量に形成すること
で、よりグロープラグによる第１フィルタへの加熱効率
を向上させることができる。

【００２２】

【実施例】以下に、本発明にかかる実施例を添付の図面
に基づいて説明する。図１に、本装置の分解図を示す
が、図示しない内燃機関のエキゾーストマニホールドに
接続される排気通路１は、二股に分岐され（当該分岐点
を１ａとする）再び合流する（当該合流点を１ｂとす
る）第１分岐通路２及び第２分岐通路３が設けられてお
り、該第１分岐通路２には、図３に示すように、内部に
２つのフィルタ11、12を並列に配設した第１容器10が介
装され、第２分岐通路３には、同様に、内部にフィルタ
21、22を並列に配設した容器20が介装されている。とこ
ろで、前記各フィルタ11、12、21、22は、単位濾過面積
当たりの捕集率と通気抵抗が同一の円筒形状のフィルタ
である。なお、前記各フィルタ11、12、21、22は、セラ
ミックファイバを中空円筒状に巻き回して形成するか、
セラミックフォームやメタルフォームを中空円筒状に形
成したもの等を用いる。

【００２３】さらに、図２に示すように、前記第１容器
10には、再生時排気流量調整通路13が前記フィルタ11、
12に並列に設けられ、その下流には円筒形状の小フィル
タ14が配設されている。該再生時排気流量調整通路13
は、その下流部において複数の開口部を有し、前記小フ
ィルタ14が該複数の開口部を被うように外装されてい
る。該小フィルタ14は、例えば高捕集効率のセラミック
ファイバ等からなるフィルタ材を薄く巻回するなどして
構成され、高捕集効率ながら前記各フィルタ11、12、2
1、22に比して、通気抵抗が小さくなるようになってい
る。ここにおいて、前記各フィルタ11、12、21、22の内
径は40mm程度としたときに、該小フィルタ14の内径は12
mm程度に設定するのが望ましい。勿論、該小フィルタ14
にあっても、セラミックフォームやメタルフォームで構
成することも勿論可能である。

【００２４】ここにおいて、前記各フィルタ11、12、2
1、22が、本発明にかかる第１フィルタを構成し、小フ
ィルタ14が第２フィルタを構成する。そして、前記第１
容器10が第１排気微粒子捕集手段を構成し、第２容器20
が第２排気微粒子捕集手段を構成する。なお、前記第１
分岐通路２には、前記第１容器10の下流側で、かつ前記
第１分岐通路２と第２分岐通路３との前記合流点１ｂの
上流側に、前記第１容器10に流入する排気流量を制御す
べく設けられた第１開閉弁30が介装される。そして、前
記第２分岐通路３には、同様に、前記第２容器20に流入
する排気流量を制御する第２開閉弁40が介装されてい
る。なお、前記第１開閉弁30と第２開閉弁40とは、同一
諸元（開閉弁時の通気抵抗が同一）のものを用いてい
る。

【００２５】前記各容器10、20は、内燃機関から排出さ
れる排気が、前記各フィルタ11、12、21、22、及び小フ
ィルタ14に濾過されずに各第１容器10、第２容器20から
流出してしまうことのないように、各フィルタ11、12、
21、22の内周側から外周側に前記排気が通過するように
構成されている。もっとも、前記排気が、各フィルタ1
1、12、21、22、及び小フィルタ14の外周側から内周側
に通過するように構成しても構わない。

【００２６】かかるフィルタ11、12、21、22、及び小フ
ィルタ14によれば、再生時に排気微粒子の燃焼伝播が、
比較的薄肉な内周面から外周面へと進行するため、従来
例のようなハニカム形状のモノリスフィルタ等のよう
に、再生時に中心部領域と外周部領域との間或いは前端
面と後端面との間に大きな熱応力が発生するものに較
べ、該熱応力（温度差）が緩和されることになり、熱亀
裂等に有利である。なお、熱亀裂が問題とならない場合
には、各フィルタ11、12、21、22、及び小フィルタ14
を、ハニカム形状のモノリスフィルタ等を用いても構わ
ない。この場合には、前端部から後端部へ排気が通過す
るようにするのは自明である。

【００２７】上記のような構成により、前記各フィルタ
にパティキュレートが捕集されていない状態から運転を
開始した際に、内燃機関から排出される排気は、前記第
１、第２開度制御弁30、40が共に開弁状態では、排気通
路１を通って、前記各容器10、20に導入されることとな
るが、前記第１容器に内装される小フィルタ14は通気抵
抗が小さく高捕集効率であるため、小フィルタ14の内周
側表面には、他の容量の大きなフィルタ11、12、21、22
に較べて、極短時間に排気微粒子が堆積する。したがっ
て、前記小フィルタ14の通気抵抗は、運転開始後直ちに
極めて大きくなり、該小フィルタ14を排気は通過しなく
なる。

【００２８】このため、排気微粒子の再生時から次の再
生時までの通常の捕集状態では、前記第１容器10と前記
第２容器20の通気抵抗差がなくなり、前記分岐点１ａで
均等に分配されて、第１容器10と第２容器20に流入する
ようになる。そして、該均等に分配された排気は、各第
１容器10、第２容器20に設けられた中空円筒状の前記各
フィルタ11、12、21、22の内周壁から外周壁に向かって
排気微粒子を濾過されつつ各容器外へと通過し、その後
前記合流点１ｂにおいて合流されて、排気微粒子を含ま
ない排気が大気中に排出されるようになっている。

【００２９】ところで、図２、図３に示すように、前記
各フィルタ11、12、21、22の内周面には、フィルタ再生
時に、各フィルタにより捕集された排気微粒子を着火、
再燃焼させるための電熱ヒータ11ａ、12ａ、21ａ、22ａ
がそれぞれ各フィルタの内周壁に沿って配設されてい
る。なお、かかる電熱ヒータは各フィルタの外周壁に沿
って配設されてもよいし、フィルタ端部等に配設されて
も構わない。なお、前記各電熱ヒータ11ａ、12ａ、21
ａ、22ａの発熱容量は、それぞれＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄである
とする（なお、後述する理由から、容量の大きさは、Ａ
≧Ｂ＞Ｃ＞Ｄの関係にある）。

【００３０】また、小フィルタ14の内周には、例えばグ
ロープラグ14ａのような加熱手段が第１容器10の外方か
ら挿入されている。なお、該グロープラグ14ａの外周と
小フィルタ14の内周との間隙は、６〜８mm程度になるよ
うに設定するのが望ましい。勿論、高価ではあるが電熱
ヒータを用いるようにしても構わない。ここにおいて、
前記各電熱ヒータ11ａ、12ａ、21ａ、22ａが、本発明に
かかる第１加熱手段を構成し、グロープラグ14ａが第２
加熱手段を構成する。

【００３１】以下に、第１の実施例の排気微粒子処理装
置の図示しない加熱量制御手段（コントロールユニッ
ト）が行なう制御について、図４に基づいて説明する。
図４は、時間経過に対する排気流量とフィルタ入口圧力
の変化を示している。なお、前述したように、運転開始
後極短時間で前記小フィルタ14は目詰まりを起こし、か
つ前記各フィルタ11、12、21、22は、単位濾過面積当た
りの捕集効率と通気抵抗と濾過面積が同一であるので、
前記第１開閉弁30、第２開閉弁40が共に開弁状態にある
ときには、前記各フィルタ11、12、21、22には、内燃機
関から排出される全排気流量が均等に分配されて流入す
ることになる。したがって、前記各フィルタ11、12、2
1、22が捕集する排気微粒子の堆積量は略同一で、かつ
前記各フィルタ11、12、21、22の通気抵抗は略同一に維
持される。

【００３２】まず、前記各フィルタ11、12、21、22の
再生に先だって、前記第１容器10側の前記第１開閉弁30
を閉弁する（かかる状態を図４に、で示してある。以
下同様）。この結果、第１容器10側の通気抵抗が増大す
るので、第１容器10側と第２容器20側の通気抵抗のバラ
ンスが崩れ、均等に分配されていた排気の大部分が前記
第２容器側に流入するようになる。

【００３３】したがって、第１容器10へは排気微粒子の
再生に必要な少量の排気のみが流入するようになる。例
えば、第１容器10側の通気抵抗（開閉弁30閉弁時）と、
第２容器20側の通気抵抗（開閉弁40開弁時）と、の比率
を8.5 ：1.5 に設定しておけば、全排気流量のうち約15
％が第１容器10側へ流入するようになる。このとき、第
１開閉弁30を閉弁することにより、第１容器10を通過す
る排気流量自体は少量に減少したとしても、該第１容器
10に配設されているフィルタ11、12の間では、相変わら
ず通気抵抗は同一であるので、かかるフィルタ11、12を
通過する排気流量は同一のままである。つまり、例えば
前述のように第１容器10に全排気流量の約15％が流入す
る場合には、各フィルタ11、12を通過する排気流量は、
全排気流量の約7.5 ％づつとなっている。なお、小フィ
ルタ14には、前述したように、排気は流れない。

【００３４】本実施例では、再生時に各フィルタ11、
12を通過する排気流量をより一層低減するために、第１
容器内のフィルタ11、12を再生する前に、前記小フィル
タ14の再生を行なう。該小フィルタ14の再生は、前記グ
ロープラグ14ａに通電することで、排気微粒子を着火さ
せ、再燃焼させることにより行なう。この結果、前記小
フィルタ14の通気抵抗が小さくなるため、第１容器10に
流入する排気の大部分が、通気抵抗の小さな小フィルタ
14に流入することになる。したがって、フィルタ11、12
に流入する排気流量は、再生に必要な排気流量のみが流
れるようになる。例えば、小フィルタ14に約9.2 ％、フ
ィルタ11、12にそれぞれ約2.9 ％の排気が流入するよう
になる。なお、再生前の小フィルタ14は、容量が小さ
く、また前述したように排気が流れ込まないため、排気
が持ち去る熱量が少ないので、排気微粒子の着火のため
の前記グロープラグ14ａの発熱容量は、小さなものとす
ることができる。

【００３５】この状態で、フィルタ11から再生を開始
すると、かかるフィルタ11の再生は、前記電熱ヒータ11
ａを所定時間、例えば５分間通電加熱することにより行
うことができる。この場合に、電熱ヒータ11ａの容量
は、例えば、通電加熱時間を５分間としたときに、該フ
ィルタ11を通過する全排気流量の約2.9 ％程度の排気流
量に見合って、フィルタ11を素早く昇温させつつ、堆積
した排気微粒子を効率良く着火・再燃焼させることがで
きる発熱容量Ａに設定されている。

【００３６】前記フィルタ11の再生が終了したあと、
次にフィルタ12を再生する。かかるフィルタ12の再生
は、前記電熱ヒータ11ａの発熱容量Ａより小さい発熱容
量Ｂの電熱ヒータ12ａであっても、前記電熱ヒータ11ａ
と同等の通電加熱時間（例えば５分間）で行うことがで
きる。つまり、前記フィルタ14は、前記フィルタ11の再
生が終了するまでの間に既に排気微粒子が堆積して通路
が閉塞しかけているものの（全排気流量のうち約3.6％
が流れるようになっている。）、前記フィルタ11の通気
抵抗は排気微粒子捕集前の状態に戻っているのであるか
ら、フィルタ11を通過する排気流量が大きく増加する
（全排気流量のうち約9.1 ％となっている。）。

【００３７】これに伴って、まだ再生が行なわれておら
ず通気抵抗の大きなフィルタ12を通過する排気流量は、
例えば約2.3 ％程度に減少することになる。したがっ
て、電熱ヒータ12ａの発熱容量Ｂは、前記電熱ヒータ11
ａの発熱容量Ａ以下の容量であっても、同一時間内で良
好に再生を終了することができる。 前記第１容器10内の前記フィルタ11、12の再生が終了
すると、次に前記第１開閉弁30を開弁し、第２開閉弁40
を閉弁する。

【００３８】このとき、前記第１容器10内のフィルタ1
1、12は既に再生されているので、通気抵抗が微粒子捕
集前の状態になっており、このため、再生がまだ行なわ
れておらず通気抵抗が大きい第２容器20側に対し、フィ
ルタ11、12共再生されている第１容器10側の通気抵抗は
十分小さい。したがって、ここでは、前記で第１開閉
弁30を閉弁した際に、第１容器10内に流入する排気流量
が全排気量の約10％であったのに対し、第２開閉弁40を
閉弁すると、第２容器20内に流入する排気流量は例えば
全排気流量の例えば約4.2 ％程度になる。

【００３９】したがって、かかる状態で、第２容器20
内のフィルタ21の再生を行なうと、前記電熱ヒータ12ａ
の発熱容量Ｂより小さい発熱容量Ｃの電熱ヒータ21ａを
用いても、前記電熱ヒータ12ａと同等の通電加熱時間
（例えば５分間）で良好な再生が行える。つまり、かか
る状態では、前記フィルタ21に流入する排気流量は、第
２容器20内に流入する全排気流量の約4.2 ％が、第２容
器内の各フィルタ21、22を均等に通過するので、全排気
流量のうちの約2.1 ％になっている。

【００４０】したがって、通過する排気流量が更に減少
したことによって、排気により持ち去られる熱量が減少
することとなるため、電熱ヒータ21ａの発熱容量を小さ
くしても、フィルタ21を良好に再生することができるの
である。 前記フィルタ21の再生が終了したあと、次にフィルタ
22の再生を行なう。かかるフィルタ22の再生は、前記電
熱ヒータ21ａの発熱容量Ｃより更に小さい発熱容量Ｄの
電熱ヒータ22ａを用いても、前記電熱ヒータ21ａと同等
の通電加熱時間（例えば５分間）で良好な再生が行え
る。

【００４１】つまり、この場合には、既にフィルタ21の
再生が終了しているので、フィルタ21の通気抵抗も排気
微粒子捕集前の状態に戻っており、したがって、再生が
まだ行なわれていない通気抵抗の大きなフィルタ22を通
過する排気流量は減少する。例えば、全排気流量のうち
の約0.85％程度にまで減少することとなる。したがっ
て、通過する排気流量が更に減少したことによって、排
気により持ち去られる熱量が減少することとなるため、
電熱ヒータ22ａの発熱容量を小さくしても、フィルタ22
を良好に再生することができるのである。

【００４２】このように、本実施例によれば、小フィル
タ14を設け、該小フィルタ14を最先に再生することによ
り、次に再生を行なう各フィルタ11、12、21、22に流入
する排気流量をより一層低減することができ、以って少
ない消費電力で各フィルタ11、12、21、22を再生するこ
とができる。しかも、再生に伴うフィルタの通気抵抗の
回復を有効に利用しているため、少ない電熱ヒータの消
費電力で効率良く各フィルタが再生でき、以ってオルタ
ネータの充電負荷を低減して機関燃費の向上、機関運転
性能の向上、さらにはバッテリの急激な充放電を抑制し
てバッテリの寿命向上を図れる。

【００４３】また、フィルタ11、12、21、22を単位濾過
面積当たりの排気微粒子捕集効率と通気抵抗を同一とし
たので、局所的に排気微粒子が堆積することがなく、再
生時の前記微粒子の再燃焼熱が過熱化して、フィルタの
熱亀裂、溶損を防止することができる。さらに、フィル
タ11、12、21、22を比較的薄肉な円筒形状とし、その内
面に電熱ヒータ11ａ、12ａ、21ａ、22ａを配設するよう
にしたので、再生時における燃焼伝播特性が改善され、
再生ムラの発生が抑制されると共に、熱応力が緩和され
て熱亀裂の発生を抑制することができる。

【００４４】なお、前記フィルタ14を、フィルタ11、1
2、21、22と同様に、排気を内壁と外壁間を通過させて
排気中の微粒子を捕集する円筒形状に形成して、前記円
筒形状の内方に第１容器10の外方よりグロープラグ14ａ
を挿入する構成としたので、フィルタ14においても再生
熱による熱応力が緩和されると共に、構成がより簡略化
でき、さらにグロープラグ14ａの交換容易性が向上す
る。

【００４５】そして、前記小フィルタ14を、前記円筒形
状の内壁と前記グロープラグ14ａ外壁との間隙が小さく
なるように小容量に形成することで、よりグロープラグ
14ａによる小フィルタ14への加熱効率を向上させること
ができる。なお、本実施例では、電熱ヒータ11ａ、12
ａ、21ａ、22ａの発熱容量を再生順に小さくするように
構成したが、勿論発熱容量を同一として、通電時間を順
に短くするようにしてもよい。この場合には、短時間で
再生を終了させることができるので、再生に伴う機関運
転の変化を短時間に終了させて、車両運転性の悪化を抑
制することができる。また、第１容器10と第２容器20内
にそれぞれ、２づつ第１フィルタを備えるようにした
が、２以上備えて構わない。また、第２フィルタとして
の小フィルタ14を１備えて説明したが、１以上であって
も構わない。

【００４６】また、第１開閉弁30、第２開閉弁40を設け
て構成したが、これらを備えず構成しても上記の各効果
が奏せられることは勿論である。

【００４７】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明にかか
る内燃機関の排気微粒子処理装置によれば、フィルタ再
生時期に、第１排気微粒子捕集手段内の通気抵抗が小さ
く高捕集効率の第２フィルタを最先に再生することで、
後に再生する第１フィルタへ流入する排気流量をより一
層減少させることができるので、各第１フィルタの再生
を少ない加熱量で再生することができる。しかも、再生
に伴うフィルタの通気抵抗の回復を有効に利用している
ため、効率良く各フィルタが再生でき、以ってオルタネ
ータの充電負荷を低減して機関燃費の向上、機関運転性
能の向上、さらにはバッテリの急激な充放電を抑制して
バッテリの寿命向上を図ることができる。

【００４８】そして、最先に再生を行なう前記第２フィ
ルタを、通気抵抗が小さく高捕集効率で構成したことに
より、該第２フィルタは比較的短時間に目詰まりを起こ
すため、機関通常運転時には該第１フィルタへは排気は
流入しなくなる。このため、第１排気微粒子捕集手段内
の第１フィルタに堆積する排気微粒子量と、第２排気微
粒子捕集手段内の第１フィルタに堆積する排気微粒子量
とは、略同一となるため、再生時における再生ムラ等が
生じ難く、再生時において排気微粒子の再燃焼熱により
過熱化するフィルタの発生を抑制でき、溶損等を抑制す
ることができる。

【００４９】また、複数設けられる第１フィルタを排気
を内壁と外壁間を通過させて排気中の微粒子を捕集する
単位濾過面積当たりの捕集効率と通気抵抗が同一の円筒
形状として、排気微粒子の堆積量を各第１フィルタ間で
同一にする。これにより、再生時における再生ムラ等が
生じ難く、再生時において排気微粒子の再燃焼熱により
過熱化するフィルタの発生を抑制でき、溶損等を抑制す
ることができる。

【００５０】さらに、第１フィルタを円筒形状とし、第
１加熱手段をその内壁または外壁に備えるようにしたの
で、燃焼伝播が内周壁と外周壁間を進行するので、例え
ば長尺・厚肉構造のモノリスフィルタのように再生時に
前端面から後端面へと燃焼伝播するものに較べ、熱応力
が小さくでき、熱亀裂等の発生を抑制することができ
る。

【００５１】なお、前記第２フィルタを、第１フィルタ
と同様に、排気を内壁と外壁間を通過させて排気中の微
粒子を捕集する円筒形状に形成して、前記第２加熱手段
を、前記円筒形状の内方に第１排気微粒子捕集手段外方
より挿入されるグロープラグとすれば、第２フィルタの
再生熱による熱応力が緩和されると共に、構成がより簡
略化でき、さらにグロープラグの交換容易性を向上させ
ることができる。

【００５２】また、前記第２フィルタを、前記円筒形状
の内壁と前記グロープラグ外壁との間隙が小さくなるよ
うに前記第１フィルタに比して小容量に形成すること
で、よりグロープラグによる第１フィルタへの加熱効率
を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる内燃機関の排気微粒子処理装置
の全体構成図。

【図２】本発明にかかる内燃機関の排気微粒子処理装置
の第１容器10の部分断面図。

【図３】本発明にかかる実施例の模式図。

【図４】本発明にかかる実施例の制御説明図。

【符号の説明】

１ 排気通路 ２ 第１分岐通路 ３ 第２分岐通路 １０ 第１容器 １１ フィルタ １１ａ 電熱ヒータ １２ フィルタ １２ａ 電熱ヒータ １３ 再生時排気流量調整通路 １４ 小フィルタ １４ａ グロープラグ ２０ 第２容器 ２１ フィルタ ２１ａ 電熱ヒータ ２２ フィルタ ２２ａ 電熱ヒータ

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｎ ＺＡＢ ３０１ Ｄ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の排気通路を複数に分岐し、 該分岐した一つの排気通路の途中に介装され、排気を内
   壁と外壁間を通過させて排気中の微粒子を捕集する単位
   濾過面積当たりの捕集効率と通気抵抗が同一の円筒形状
   の第１フィルタを複数並列に備えると共に、前記第１フ
   ィルタに比して通気抵抗が小さく高捕集効率の第２フィ
   ルタを１以上前記第１フィルタに並列に備え、前記各フ
   ィルタにより排気中の微粒子を捕集する第１排気微粒子
   捕集手段と、 前記分岐した他の排気通路の途中に介装され、前記第１
   排気微粒子捕集手段に備えられる前記第１フィルタと同
   数の第１フィルタを並列に備え、排気中の微粒子を捕集
   する第２排気微粒子捕集手段と、 前記第１排気微粒子捕集手段及び第２排気微粒子捕集手
   段の夫々に備えられる第１フィルタの内壁または外壁に
   備えられ、前記第１フィルタに捕集された排気微粒子を
   加熱し燃焼除去することにより第１フィルタを再生させ
   る第１加熱手段と、 前記第２フィルタに備えられ、該第２フィルタに捕集さ
   れた排気微粒子を加熱し燃焼除去することにより第２フ
   ィルタを再生させる第２加熱手段と、 を備える一方、 フィルタの再生時期に、前記第１排気微粒子捕集手段側
   から再生を行い、かつ第２フィルタを最先に再生するこ
   とにより、該第２フィルタの再生に伴う通気抵抗の減少
   に見合って、次に再生する第１フィルタへの前記第１加
   熱手段の加熱量を低減すると共に、再生された第１フィ
   ルタの通気抵抗の減少に見合って、順次再生する第１フ
   ィルタへの前記第１加熱手段による加熱量を減少補正す
   る加熱量制御手段を設けたことを特徴とする内燃機関の
   排気微粒子処理装置。
2. 【請求項２】前記第２フィルタが、排気を内壁と外壁間
   を通過させて排気中の微粒子を捕集する円筒形状に形成
   され、前記第２加熱手段が、前記円筒形状の内方に前記
   第１排気微粒子捕集手段外方より挿入されるグロープラ
   グであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の
   排気微粒子処理装置。
3. 【請求項３】前記第２フィルタが、その円筒形状の内壁
   と前記グロープラグ外壁との間隙が小さくして前記第１
   フィルタに比して小容量となるように形成されたことを
   特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気微粒子処理
   装置。