JP2002097931A - 温度センサを備えたディーゼルパティキュレートフィルタ装置 - Google Patents

温度センサを備えたディーゼルパティキュレートフィルタ装置

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JP2002097931A
JP2002097931A JP2000288831A JP2000288831A JP2002097931A JP 2002097931 A JP2002097931 A JP 2002097931A JP 2000288831 A JP2000288831 A JP 2000288831A JP 2000288831 A JP2000288831 A JP 2000288831A JP 2002097931 A JP2002097931 A JP 2002097931A
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Hideo Kawamura
英男 河村
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 このディーゼルパティキュレートフィルタ装
置は，フィルタに補集されたパティキュレート物質の加
熱焼却による場合に，フィルタの過熱によって破損する
ことを防止する。 【解決手段】 フィルタ３，４の温度を検出する温度セ
ンサ１８，１９は，フィルタ３，４の蛇腹状の折り曲げ
部に配置されている。フィルタ３，４に補集されたパテ
ィキュレート物質を加熱焼却するときには，コントロー
ラ２０は，温度センサ１８，１９による検出温度に応答
してヒータ３２への通電を制御し，フィルタ３，４の温
度を一定温度以下に抑制し，フィルタ３，４の過熱を防
止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は，ディーゼルエン
ジンから排出される排気ガスに含まれるパティキュレー
ト物質をフィルタで捕集し，捕集されたパティキュレー
ト物質を加熱焼却してフィルタを再生する温度センサを
備えたディーゼルパティキュレートフィルタ装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来，エンジンから排気される排気ガス
中に含まれる浮遊粒子のカーボン，すす，ＨＣ，ＳＯX
等から成るパティキュレート物質を除去するディーゼル
パティキュレートフィルタ装置として，セラミックス繊
維を積層した構造のフィルタ，多孔質セラミックスから
成るハニカム構造のフィルタが知られている。この種の
フィルタは，パティキュレート物質が捕集されてフィル
タが目詰まりした時に，熱源を用いてパティキュレート
物質を加熱焼却し，フィルタを再生処理することが一般
的である。
【０００３】また，特開平８−３１２３２９号公報に開
示された再生機能を持つディーゼルパティキュレートフ
ィルタ装置は，パティキュレートの着火温度を低下さ
せ，通電金網への電力の供給を低減できる自己再生機能
を持つものであり，排気系に設けた一対の排気ガス通路
にフィルタを配置する。フィルタに通電金網と酸化反応
温度を低下させる酸化触媒用金網を配置する。排気ガス
通路に設けたシャッタ弁を，所定値以上の排圧に応答し
て排気ガス流量を自動的に絞るように作動させる。酸化
触媒用金網によってパティキュレートの着火温度が低下
し，シャッタ弁は閉鎖すると，パティキュレートは容易
に着火燃焼する。また，フィルタは，フェルト状のセラ
ミックス繊維積層部材を重ね合わせ，その両側に耐熱性
を有するＮｉ，Ｃｒ等を含む鉄製金網で押さえ，所定の
形状に成形して作製することができる。フィルタは，セ
ラミックス繊維材で筒状で襞状に折り曲げられて表面積
が大きくなる形状に形成できるが，その他，円筒形等の
筒状，平板状，波状等の形状に構成することもできる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで，ディーゼル
パティキュレートフィルタ装置において，フィルタに所
定量以上のパティキュレート物質が堆積した時に，パテ
ィキュレート物質を加熱焼却してフィルタを再生する必
要がある。フィルタを再生処理するため，フィルタに捕
集されたパティキュレート物質を加熱焼却する場合，フ
ィルタの周りの雰囲気温度を一定温度まで上昇させなけ
ればならない。ディーゼルエンジンから排出されるパテ
ィキュレート物質は，未燃炭化物を含む粒子状物質であ
り，その構成成分はカーボンが約５０％，ＨＣが約２５
％及びその他のＳＯX ，ＨＣを含んだ有害合成物が約２
５％である。これらの構成成分中のカーボンの燃焼温度
は約６００℃といわれ，この温度までフィルタ温度及び
その雰囲気温度を上昇させなければ，カーボンは着火し
て燃焼しない。
【０００５】しかしながら，ディーゼルパティキュレー
トフィルタ装置では，フィルタに捕集されたパティキュ
レート物質を加熱焼却するために，フィルタ及びその雰
囲気温度をカーボンの燃焼温度まで繰り返し上昇させる
と，フィルタの劣化が早くなり，フィルタの耐久性を低
下させる問題がある。フィルタが，例えば，金属，セラ
ミックス等の材料で構成されている場合は，フィルタ及
びその雰囲気温度が９００℃〜１０００℃を超えると，
フィルタが急激に劣化し，その耐久性が早急に低下す
る。
【０００６】また，フィルタに多量のパティキュレート
物質が堆積していると，燃焼温度が高くなり過ぎ，フィ
ルタが耐熱性材料で作製されていてもフィルタが熱変形
や溶損して破損することがある。フィルタに堆積したパ
ティキュレート物質を加熱焼却する装置としては，フィ
ルタに設けられたヒータと，燃焼に必要な酸素（エンジ
ンから排出される排気ガスや空気に含まれる）をフィル
タに送り込む送風ポンプとである。フィルタに設けられ
たヒータに通常２４Ｖ等の所定電圧を印加し，フィルタ
を一定時間加熱すると，フィルタに捕集されているパテ
ィキュレート物質が加熱されて着火し燃焼する。従来の
ディーゼルパティキュレートフィルタ装置は，通常，フ
ィルタに捕集されたパティキュレート物質を予め決めら
れた所定時間内にわたって加熱燃焼させてパティキュレ
ート物質を焼却するように構成されている。しかしなが
ら，従来のディーゼルパティキュレートフィルタ装置
は，フィルタの温度上昇に対して温度制御する手段が設
けられていないので，燃焼条件によっては，必要以上に
フィルタの温度が高くなり，フィルタが過熱し過ぎて破
損する恐れがある。
【０００７】また，従来のディーゼルパティキュレート
フィルタ装置に使用されているフィルタは，セラミック
ス繊維材で筒状で襞状に折り曲げられて表面積が大きく
なる形状に形成されているが，パティキュレート物質を
加熱燃焼させる時にフィルタとその雰囲気温度は上昇
し，その上昇温度によって襞状の円筒体が熱変形するの
で，その形状を維持するため，襞状のフィルタの折り曲
げ部を耐熱性セラミックス等で補強しなければならず，
また，フィルタが円筒状であるためハウジング内への配
設が複雑になり，フィルタの部品点数が多くなり，製造
コストがアップするという問題があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明の目的は，上記
の課題を解決することであり，フィルタに捕集されたパ
ティキュレート物質を加熱焼却するフィルタの再生時
に，フィルタに設けた温度センサによるフィルタの検出
温度に応答してフィルタに設けたヒータへの通電の断接
或いは通電電気量を制御し，フィルタが所定の温度以上
にならないように制御し，フィルタの破損を防止すると
共に，フィルタ自体をハウジング内へ容易に配設できる
ように構成したディーゼルパティキュレートフィルタ装
置を提供することである。
【０００９】この発明は，エンジンからの排気ガスが流
れる入口側排気管に接続された切換通路，前記切換通路
に排気ガス入口が互いに対向して配置された一対のハウ
ジング，前記ハウジング内に前記排気ガスの流れに交差
する方向に延びてそれぞれ配置された前記排気ガス中の
パティキュレート物質を捕集すると共に捕集された前記
パティキュレート物質を加熱焼却するヒータを備えた蛇
腹状のフィルタ，前記フィルタに前記排気ガスを供給す
るため前記排気ガス入口の何れか一方を開放し且つ他方
を閉鎖するため切り換えられる排気ガス切換弁，前記ハ
ウジングにそれぞれ形成された排気ガス出口に接続され
た出口側排気管，前記フィルタの温度を検出するため前
記フィルタに接触して配置された温度センサ，及び前記
フィルタに捕集された前記パティキュレート物質の捕集
量に応答して前記排気ガス切換弁の切り換え及び前記温
度センサの検出信号に応答して前記ヒータへの通電と前
記排気ガス切換弁の切り換えとを制御するコントロー
ラ，から成るディーゼルパティキュレートフィルタ装置
に関する。
【００１０】更に，このディーゼルパティキュレートフ
ィルタ装置は，前記ハウジング内の前記フィルタの上流
側にそれぞれ開口して前記排気ガス又は空気を前記ハウ
ジング内に供給するガス供給管，前記フィルタの再生時
に前記ガス供給管を通って何れか一方の前記ハウジング
内に前記排気ガス又は空気を供給するため前記ガス供給
管に設けられたガス切換弁，及び前記ガス供給管を通っ
て前記ハウジング内に前記排気ガス又は前記空気を供給
するため作動されるポンプを有している。
【００１１】前記コントローラは，前記フィルタの再生
に応答して前記ガス切換弁の切換作動と前記ポンプの作
動を制御して前記ハウジング内への前記排気ガス又は前
記空気の供給量を調節するものである。更に，前記ポン
プを駆動するモータは，前記エンジンの運転状況に応じ
て前記コントローラによって回転速度が制御される。
【００１２】前記コントローラは，前記フィルタの再生
時に，前記エンジンの負荷が高い時に前記モータの回転
数を上昇させて前記フィルタに多量のガスを送り込み，
低い時に前記モータの回転数を低減して前記フィルタに
少量の前記ガスを送り込む制御をする。
【００１３】前記温度センサは，前記フィルタの再生時
に前記フィルタの温度を検出するため前記フィルタ面を
縦断する方向に延びるように配設され，前記コントロー
ラは，前記フィルタの過熱を防止するため前記温度セン
サからの検出温度に応答して前記ヒータへの通電を制御
する。
【００１４】前記温度センサは，正の抵抗温度係数の大
きいニッケル等から成る金属線と前記金属線の外側全面
を覆うアルミナ等の耐熱性で耐腐食性のセラミックスか
ら成る外管とから構成され，前記温度センサは前記フィ
ルタの蛇腹の折り曲げ部の高温領域に沿って配置されて
いる。
【００１５】前記フィルタは，前記排気ガスの流れの上
流側に配置された前記ヒータ，前記ヒータに接して配置
された耐熱性を有するセラミックス繊維がランダムに積
層された第１セラミックス不織布，前記第１セラミック
ス不織布に接して配置された前記パティキュレート物質
の燃焼温度を低減させる触媒を含んだ触媒層，前記触媒
層に接して配置された耐熱性を有するセラミックス繊維
がランダムに積層された第２セラミックス不織布，及び
前記第２セラミックス不織布に接して配置された耐熱金
属の線を網み込んだ金網から構成されている。
【００１６】前記ヒータは，耐熱性金属線を並列に結線
し，前記第１セラミックス不織布の全面にわたってそれ
ぞれ平行に延びている。
【００１７】前記セラミックス不織布は，窒化珪素，炭
化珪素，アルミナ等の耐熱性セラミックスから構成され
ている。
【００１８】前記触媒層は，コバルト，白金及び／又は
パラジウムから成る金属粉末を，ニッケルをベースにし
た金網又は不織布の薄板状層に分散させて構成されてい
る。
【００１９】前記フィルタは，方形の箱状ハウジングに
前記排気ガスの流れ方向に交差する方向に指向して前記
ハウジングの一面から対向した他面へ延びるように配設
されている。また，前記ハウジングの前記一面に排気ガ
ス入口が形成され，前記フィルタは，前記排気ガスを前
記フィルタに対して均等に流入させるため，前記ハウジ
ングの排気ガス入口側の通路断面積が大きく，前記ハウ
ジングの奥側の通路断面積が小さくなるように前記ハウ
ジング内に配置されている。
【００２０】このディーゼルパティキュレートフィルタ
装置は，上記のように構成されているので，フィルタに
捕集されたパティキュレート物質が予め決められた捕集
量以上になると，排気ガス切換弁を切り換えて排気ガス
を他方のフィルタへ流し，パティキュレート物質が堆積
したフィルタを再生するためフィルタに設けたヒータを
通電する。この時，フィルタに設けた温度センサでフィ
ルタ温度を検出し，コントローラによってフィルタ温度
に応答してヒータの通電を制御するものであり，例え
ば，温度が予め決められた所定の温度に到達すると，ヒ
ータの温度を低減するためヒータへの通電を停止し，ま
た，フィルタの温度が所定の温度以下になるとヒータへ
通電し，所定の期間内にフィルタに捕集されたパティキ
ュレート物質を加熱焼却する。また，フィルタの再生時
に，フィルタの温度が高温になり，パティキュレート物
質の燃焼が盛んに過ぎると，ハウジング内に排気ガス又
は空気を供給する送風ポンプの出力を抑制し，酸欠状態
にしてパティキュレート物質の燃焼を抑制することがで
きる。コントローラは，フィルタに捕集されたパティキ
ュレート物質が捕集途中で異常燃焼し，高温化した時
に，温度センサが異常燃焼を検知し，排気ガス切換弁を
閉鎖し，高温燃焼を抑制できる。また，温度センサは，
抵抗温度係数の大きいニッケル等から成る金属線から構
成されているので，温度上昇と共に抵抗値が上昇し，フ
ィルタ温度を検出することができ，それに応答してヒー
タへの通電を制御すれば，フィルタを常に所定の温度以
下に制御でき，フィルタの破損を防止できる。
【００２１】このディーゼルパティキュレートフィルタ
装置は，フィルタに捕集されたパティキュレート物質が
フィルタに設けた触媒の機能によって４５０℃〜５００
℃で着火し燃焼するが，金属，セラミックス等の材料が
９００℃〜１０００℃を超えると，急激にその耐久性が
低下するので，フィルタ等の部材を９００℃以下で使用
することが好ましいものである。このディーゼルパティ
キュレートフィルタ装置は，フィルタに設けた温度セン
サによるフィルタ温度の検出に応じてヒータの制御をす
るので，フィルタの温度を５００℃程度で抑制した状態
でパティキュレート物質を燃焼させるように設定でき，
フィルタの耐久限界までの温度幅が４００℃（＝９００
℃−５００℃）となり，フィルタの長寿命化を達成でき
る。
【００２２】また，このディーゼルパティキュレートフ
ィルタ装置に組み込まれたフィルタは，排気ガスが接触
する通過面積を増大させるため，蛇腹状に単に折り曲げ
られたシンプルな形状であるので，熱変形がし難く，蛇
腹形状を保持でき，大きな通路面積を長期間にわたって
維持できる。また，フィルタを組み込むハウジングは，
方形の箱状に形成されているので，フィルタをハウジン
グに組み込む場合に，排気ガスの流れに交差する方向に
指向してハウジングの一面から対向した他面へ延びるよ
うに極めて容易に配設でき，ハウジングへのフィルタの
固定構造をシンプルになり，更に，このディーゼルパテ
ィキュレートフィルタ装置は，部品点数を大幅に低減で
きると共に，従来の襞付き筒状フィルタに比較して製造
コストを大幅に低減できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下，図面を参照して，この発明
によるディーゼルパティキュレートフィルタ装置の実施
例を説明する。図１はこの発明によるディーゼルパティ
キュレートフィルタ装置の具体的な実施例を示す概略断
面図，図２はこの発明によるディーゼルパティキュレー
トフィルタ装置の一実施例を示し，フィルタに温度セン
サを配設した状態を示す概略斜視図，及び図３はフィル
タの構造を説明する分解斜視図である。
【００２４】このディーゼルパティキュレートフィルタ
装置は，具体的には，図１に示すように構成されてい
る。このディーゼルパティキュレートフィルタ装置は，
エンジンから排出される排気ガスＥＧに含まれるカーボ
ン，すす，ＨＣ，ＳＯX 等から成るパティキュレート物
質をフィルタ３，４で捕集し，フィルタ３，４に捕集さ
れたパティキュレート物質を加熱焼却し，フィルタ３，
４を再生するものである。このディーゼルパティキュレ
ートフィルタ装置は，入口側排気管５と出口側排気管６
がエンジンで発生した排気ガスＥＧが排出される排気管
に接続されて組み込まれている。即ち，フィルタ３，４
が配設されたハウジング１，２は，入口側排気管５と出
口側排気管６との間に配置され，ハウジング１，２は，
上流側排気管５に接続された切換通路１５に排気ガス入
口１３，１４が互いに対向してそれぞれ配置されてい
る。ハウジング１，２は，切換通路１５を挟んでフレー
ム２９等によって所定の形状に互いに固定されている。
【００２５】フィルタ３，４は，排気ガスＥＧに接する
表面積を大きくするため，全体として，蛇腹状に折り曲
げられ，長手方向に延びてハウジング１，２内に配設さ
れている。フィルタ３，４は，方形の箱状ハウジング
１，２に排気ガスＥＧの流れに交差する方向に指向して
ハウジング１，２の一面から対向する他面へ延びるよう
に配設されている。フィルタ３，４は，蛇腹の襞の山部
が排気ガスＥＧの流れの上流側に同一方向に向かって平
行に指向され，また，蛇腹の襞の谷部が排気ガスＥＧの
流れに沿って同一方向に向かって平行に指向されてい
る。また，フィルタ３，４の一端が取り付けられたハウ
ジング１，２の一面側に排気ガス入口１３，１４が形成
されている。フィルタ３，４は，排気ガスＥＧをフィル
タ３，４に対して均等に流入させるため，ハウジング
１，２の排気ガスＥＧの入口側１３Ｆ，１４Ｆの通路断
面積が大きく，ハウジング１，２の奥側１３Ｒ，１４Ｒ
の通路断面積が小さくなるようにハウジング１，２内に
配置されている。排気ガスＥＧは，入口側排気管５から
フィルタ３，４に送り込まれ，フィルタ３，４を通過す
る際に，排気ガスＥＧに含まれているパティキュレート
物質がフィルタ３，４に捕集される。パティキュレート
物質が除かれた浄化された排気ガスＥＧは，出口側排気
管６から排出される。
【００２６】フィルタ３，４は，ハウジング１，２内に
それぞれ配置されている。切換通路１５には，アクチュ
エータ１０で駆動される切り換えられる排気ガス切換弁
１２が設けられている。排気ガス切換弁１２は，フィル
タ３又は４に排気ガスＥＧを供給するため，アクチュエ
ータ１０によって排気ガス入口１３又は１４の何れか一
方を開放するように作動される。アクチュエータ１０と
排気ガス切換弁１２とは，ハウジング１，２を支持する
フレーム２９等に固定されている。ハウジング１，２に
それぞれ形成された排気ガス出口１６，１７には，出口
側排気管６が接続されている。入口側排気管５と出口側
排気管６には，フィルタ３，４に捕集されたパティキュ
レート物質の捕集量を検出するため排気ガスの圧力を検
出する圧力センサ３０，３１がそれぞれ設けられてい
る。
【００２７】このディーゼルパティキュレートフィルタ
装置は，ハウジング１，２内のフィルタ３，４の上流側
にそれぞれ開口するガス供給口２７，２８を通じて排気
ガスＥＧ又は空気をハウジング１，２内に供給するガス
供給管７，８，フィルタ３，４の再生時にガス供給管
７，８を通って何れか一方のハウジング１，２内に排気
ガスＥＧ又は空気を供給するためガス供給管７，８に設
けられたアクチュエータ１１Ａ，１１Ｂで駆動されるガ
ス切換弁２１，２２，及びガス供給管７，８を通ってハ
ウジング１，２内に排気ガスＥＧ又は空気を供給するた
め作動される送風ポンプ９を有する。
【００２８】特に，このディーゼルパティキュレートフ
ィルタ装置は，フィルタ３，４の再生時に，フィルタ
３，４の温度を検出するためフィルタ３，４面を縦断す
る方向に延びる温度センサ１８，１９を備えている。コ
ントローラ２０は，温度センサ１８，１９によって検出
されたフィルタ３，４の温度及びそれらの雰囲気温度に
応答してヒータ３２への通電を制御し，フィルタ３，４
の過熱を防止する。温度センサ１８，１９は，図２に示
すように，抵抗温度係数の大きいニッケル等から成る金
属線３７と，金属線３７の外側全面を覆うアルミナ等の
耐熱性で耐腐食性のセラミックスから成る外管３８から
構成されている。温度センサ１８，１９は，例えば，フ
ィルタ３，４の蛇腹の折り曲げ部の高温領域に沿って接
触状態で配置されている。温度センサ１８，１９は，例
えば，ブリッジ回路４０と比較器３９を備えた回路に接
続されている。ブリッジ回路４０における間隔４６は，
温度センサ１８，１９の抵抗になるように，ブリッジ回
路４０のラインが温度センサ１８，１９の両端に結線さ
れている。温度センサ１８，１９は，通電された時に，
金属線３７が大きい正の抵抗温度係数を有するので，フ
ィルタ３，４の温度が上昇すると，金属線３７の抵抗が
増大し，温度センサ１８，１９を流れる電流が小さくな
る。そこで，温度センサ１８，１９を流れる電流の変化
をブリッジ回路４０と比較器３９とで検出し，フィルタ
３，４の温度を検出することができる。
【００２９】コントローラ２０は，フィルタ３，４の過
熱を防止するため，温度センサ１８，１９からの検出温
度に応答してヒータ３２への通電を制御すると共に，送
風ポンプ９を駆動するモータの作動を制御してハウジン
グ１，２内への排気ガスＥＧ又は空気の供給量を調節す
る。即ち，コントローラ２０は，回転センサ２３で検出
されたエンジン回転数，負荷センサ２４で検出されたエ
ンジン負荷等のエンジンの作動状態に応答して送風ポン
プ９を駆動するモータの回転速度を制御する。コントロ
ーラ２０は，フィルタ３，４の再生時に，例えば，エン
ジンの負荷が高い時にモータの回転数を上昇させてフィ
ルタ３，４に多量の排気ガスＥＧ又は空気のガスを送り
込み，低い時にモータの回転数を低減してフィルタ３，
４に少量のガスを送り込む制御する。
【００３０】コントローラ２０は，圧力センサ３０，３
１によって検出された圧力の圧力比を検出し，所定の圧
力比より大きくなれば，フィルタ３，４に捕集されたパ
ティキュレート物質が予め決められた捕集量に達したと
認識し，その圧力比に応答して，排気ガス切換弁１２を
切り換える制御をし，次いで，フィルタ３又は４に堆積
されたパティキュレート物質を加熱焼却するため，ヒー
タ３２へ通電する制御を行う。また，コントローラ２０
は，フィルタ３，４の再生に応答して送風ポンプ９の作
動と，ガス切換弁２１，２２の切換作動を行うためアク
チュエータ１１Ａ，１１Ｂの作動を制御する。更に，コ
ントローラ２０は，回転センサ２３で検出されたエンジ
ン回転数，負荷センサ２４で検出されたエンジン負荷等
のエンジンの作動状態に応答して圧力センサ３０，３１
によって検出された圧力Ｐ1 ，Ｐ 2 の圧力比（Ｐ2 ／Ｐ
1 ）を演算し，適正なパティキュレート物質の捕集量を
演算し，排気ガス切換弁１２の切り換え時を制御し，更
に，ハウジング１，２内へ送り込む排気ガスＥＧ又は空
気の流量を調整するため送風ポンプ９の作動を制御す
る。
【００３１】フィルタ３，４は，特に，図３に示すよう
に，両端に電極端子２５，２６を備えた耐熱性金属線か
ら成るヒータ３２，耐熱性のセラミックス繊維がランダ
ムに積層された第１セラミックス不織布３３，パティキ
ュレート物質の燃焼温度を低減させる触媒を含んだ触媒
層３４，耐熱性のセラミックス繊維がランダムに積層さ
れた第２セラミックス不織布３５，及び耐熱金属線を網
み込んだ金網３６を順次積層した積層構造に構成されて
いる。フィルタ３，４は，排気ガスＥＧの流れに対して
上流側にヒータ３２が位置し，下流側にセラミックス繊
維の飛散を防止するため金網３６が位置するようにハウ
ジング内１，２に配列されている。触媒層３４及び金網
３６の金属材は，排気ガスＥＧに接して腐食するような
材料である時には，耐腐食性セラミックス等の材料でコ
ーティングすることができる。
【００３２】ヒータ３２を構成する耐熱性金属線は，図
２及び図３に示すように，第１セラミックス不織布３３
に接してそれぞれ実質的に平行に延びている配置が好ま
しいが，必ずしも平行である必要が無く，場合によって
は，接触してもよいものである。ヒータ３２は，耐熱性
金属線が電極端子２５，２６にそれぞれ並列に結線され
ている。ヒータ３２の耐熱性金属線は，第１セラミック
ス不織布３３の全面に実質的に平行に一端から他端に延
びる状態に積層すればよいものである。場合によって
は，隣接するヒータ３２の耐熱性金属線は，互いに接触
したとしても，電極間に電圧を負荷させたときに，トー
タルの抵抗が変わることがないので，必ずしも平行に配
置させることもない。
【００３３】第１と第２のセラミックス不織布３３，３
５は，窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ），炭化珪素（ＳｉＣ），
アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）等の耐熱性セラミックスから構
成されている。また，第１と第２のセラミックス不織布
３３，３５は，３０ｍｍ〜１００ｍｍ程度の長さのセラ
ミックス繊維から形成されている。
【００３４】触媒層３４は，コバルト（Ｃｏ），白金
（Ｐｔ）及び／又はパラジウム（Ｐｄ）から成る金属粉
末を，ニッケル（Ｎｉ）をベースにした金網又は不織布
の薄板状層に分散させた状態で担持して構成されてい
る。この時，金網又は不織布の薄板状層をヒータとして
機能させることができる。
【００３５】このディーゼルパティキュレートフィルタ
装置は，上記のように構成されており，次のように作動
する。エンジンで発生した排気ガスＥＧは，入口側排気
管５を通じて切換通路１５へ流入する。図１に示すよう
に，切換通路１５において，まず，排気ガス切換弁１２
が排気ガス入口１３を開放し，排気ガス入口１４を閉鎖
した状態であるとすると，排気ガスＥＧは，矢印のよう
に，切換通路１５から排気ガス入口１３を通じてハウジ
ング１内へ送り込まれる。ハウジング１内にはフィルタ
３が配設されているので，排気ガスＥＧは，フィルタ３
を通過して浄化され，排気ガス出口１６から出口側排気
管６へ排出される。排気ガスＥＧがフィルタ３を通過す
る際に，排気ガスＥＧに含まれるパティキュレート物質
はフィルタ３によって捕集される。パティキュレート物
質がフィルタ３に捕集されて堆積すると，入口側排気管
５を流れる排気ガスＥＧの圧力Ｐ2 が上昇し，出口側排
気管６を流れる排気ガスＥＧの圧力Ｐ1 が降下する。出
口側排気管６が大気開放状態であれば，圧力Ｐ1 は通常
降下したとしても大気圧である。これらの圧力Ｐ1，Ｐ
2 は，圧力センサ３０，３１や電気的手段によって検出
される。これらの圧力Ｐ1 ，Ｐ2 は，コントローラ２０
に入力され，圧力比Ｐ2 ／Ｐ1 が演算される。コントロ
ーラ２０は，圧力比Ｐ2 ／Ｐ1 が予め決められた所定値
以上になると，フィルタ３に所定量のパティキュレート
物質が捕集された状態であるとして次のような処理の指
令を発する。
【００３６】コントローラ２０は，アクチュエータ１０
を駆動して排気ガス切換弁１２の切換作動をし，排気ガ
ス入口１３を閉鎖し，排気ガス入口１４を開放する。そ
こで，入口側排気管５から切換通路１５に流入した排気
ガスＥＧは，排気ガス入口１４からハウジング２へと送
り込まれ，ハウジング２内にはフィルタ４が配設されて
いるので，排気ガスＥＧは，フィルタ４を通過して浄化
され，排気ガス出口１７から出口側排気管６へ排出され
る。また，コントローラ２０は，フィルタ３に捕集され
たパティキュレート物質を加熱焼却するため，フィルタ
３に組み込んだヒータ３２に電極端子２５を通じて通電
し，フィルタ３とその雰囲気を加熱する。次いで，コン
トローラ２０は，アクチュエータ１１Ａ，１１Ｂを作動
し，ガス供給管７のガス切換弁２１を開放し，ガス供給
管８のガス切換弁２２を閉鎖すると共に，送風ポンプ９
を作動する。送風ポンプ９の作動によって，排気ガスＥ
Ｇ又は空気がガス供給管７を通じてガス供給口２７から
ハウジング１内に供給される。送風ポンプ９によってハ
ウジング１へ供給される排気ガスＥＧは，出口側排気管
６を流れる浄化されたものを利用することが好ましい。
【００３７】フィルタ３に捕集されているパティキュレ
ート物質は，ハウジング１にガス供給管７を通じて酸素
を含む排気ガスＥＧ又は空気を送り込むと．フィルタ３
に設けたヒータ３２によって加熱されて着火燃焼し，加
熱焼却される。この時，フィルタ３に設けられた触媒層
３４によってパティキュレート物質の燃焼温度は低く抑
制されると共に，フィルタ３及びその雰囲気は，温度セ
ンサ１８によって検出され，所定温度以上になると，ヒ
ータ３２を切り，ヒータ３２による加熱を停止してパテ
ィキュレート物質の燃焼伝播によって加熱焼却する。ま
た，コントローラ２０は，フィルタ３に捕集されたパテ
ィキュレート物質が捕集途中で異常燃焼し，高温化した
時に，温度センサ１８が異常燃焼を検知し，排気ガス切
換弁を一時的に閉鎖し，高温燃焼を抑制することができ
る。フィルタ３は，パティキュレート物質が加熱焼却さ
れて再生され，次のパティキュレート物質の捕集処理の
待機状態になる。一方，排気ガスＥＧは，フィルタ４に
よって浄化されているが，排気ガスＥＧに含まれるパテ
ィキュレート物質がフィルタ４に所定量以上堆積するこ
とによって，フィルタ３と同様の再生処理が行われ，そ
の時には排気ガスＥＧは再生されたフィルタ３で浄化さ
れることになる。このディーゼルパティキュレートフィ
ルタ装置は，上記の排気ガス処理工程が繰り返され，エ
ンジンから排出される排気ガスＥＧは連続して浄化され
ることになる。
【００３８】
【発明の効果】この発明によるディーゼルパティキュレ
ートフィルタ装置は，上記のように，フィルタに接触し
て温度センサが設けられているので，フィルタが再生時
に温度センサの検出温度に応答してフィルタ温度が調整
され，フィルタが過熱されることがなく，パティキュレ
ート物質の燃焼温度が適正な温度範囲に制御され，フィ
ルタが熱影響によって破損することがなく，フィルタの
耐久性を向上できる。また，ヒータによってフィルタが
加熱される時に，温度センサがフィルタの最も高温とな
る領域即ちフィルタの蛇腹の折り曲げ部の高温領域に沿
って配置されているので，フィルタ全域にわたってフィ
ルタ温度は温度センサで検出した温度以下の温度に実質
的に制御され，フィルタが局部過熱等によって破損する
ことが防止される。
【００３９】また，フィルタが配設されたハウジング
は，方形の形状であって極めてコンパクトな構造である
ので，このディーゼルパティキュレートフィルタ装置
は，新車は勿論のこと，既存の車両に対しても，マフラ
の取付け構造或いはマフラの代わりに消音機能を持つも
のとして容易に取り付けることができる。また，フィル
タは，セラミックス繊維中に燃焼温度を抑制する触媒層
を有するので，フィルタに捕集されたパティキュレート
物質を低い温度で加熱焼却することが可能となり，高温
で加熱することによるフィルタの耐久性の低下を防止す
ることができ，フィルタの寿命を長くさせることができ
て耐久性を増大させることが可能である。また，フィル
タには，実質的に平行に延びるヒータがセラミックス繊
維に全面に配設されているので，フィルタに捕集された
パティキュレート物質は局部加熱されることなく，均等
に加熱焼却される。また，加熱によってヒータの金属線
が他のヒータの金属線に接したとしても，各ヒータは並
列に結線されているので，トータルの抵抗は実質的に変
わることがなく，スムースにパティキュレート物質を加
熱焼却する機能を果たすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるディーゼルパティキュレートフ
ィルタ装置の具体的な実施例を示す概略断面図である。
【図２】この発明によるディーゼルパティキュレートフ
ィルタ装置の一実施例を示し，フィルタの温度センサに
設けた状態を示す概略斜視図である。
【図３】フィルタの構造を説明する分解斜視図である。
【符号の説明】
１，２ ハウジング ３，４ フィルタ ５ 入口側排気管 ６ 出口側排気管 ７，８ ガス供給管 ９ 送風ポンプ １０，１１Ａ，１１Ｂ アクチュエータ １２ 排気ガス切換弁 １３，１４ 排気ガス入口 １３Ｆ，１４Ｆ 入口側 １３Ｒ，１４Ｒ 奥側 １５ 切換通路 １６，１７ 排気ガス出口 １８，１９ 温度センサ ２０ コントローラ ２１，２２ ガス切換弁 ３０，３１ 圧力センサ ３２ ヒータ ３３ 第１セラミックス不織布 ３４ 触媒層 ３５ 第２セラミックス不織布 ３６ 金網 ３７ 金属線 ３８ 外管 ３９ 比較器 ４０ ブリッジ回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ０１Ｄ 39/20 Ｂ０１Ｄ 39/20 Ｄ 46/46 46/46 53/94 Ｆ０１Ｎ 3/18 Ｂ Ｆ０１Ｎ 3/18 3/24 Ｅ 3/24 Ｂ０１Ｄ 53/36 １０３Ｃ Ｆターム(参考） 3G090 AA02 AA03 AA04 BA04 CA01 CA04 CB12 CB18 CB23 DA04 DA13 DA20 3G091 AA02 AA18 AB02 AB13 BA04 BA08 BA38 CA03 CA05 CA22 CB08 DA03 DB10 EA00 EA01 EA03 EA31 EA32 FC02 FC07 FC08 GA04 GA05 GA21 GB01W GB01X GB06W GB07W GB10X GB13X GB15X GB16X GB17X HA04 HA11 HA14 HA15 HA16 HA36 HA37 HA38 HA42 HB01 HB03 4D019 AA01 BA01 BA05 BA06 BB03 BC07 BC12 CA02 CB04 CB09 4D048 AA14 AB01 AC06 BA10X BA30X BA31X BA37X BA38X BA39X BB07 BB08 CA01 CC22 CC25 CC32 CC38 CC52 CC63 CD05 DA01 DA02 DA10 DA13 DA20 4D058 JA14 JB02 JB06 JB25 JB41 JB44 KA06 KB02 MA42 MA44 MA52 PA04 PA08 PA16 QA01 QA19 SA08 TA06 UA05 UA06 UA25

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 エンジンからの排気ガスが流れる入口側
    排気管に接続された切換通路，前記切換通路に排気ガス
    入口が互いに対向して配置された一対のハウジング，前
    記ハウジング内に前記排気ガスの流れに交差する方向に
    延びてそれぞれ配置された前記排気ガス中のパティキュ
    レート物質を捕集すると共に捕集された前記パティキュ
    レート物質を加熱焼却するヒータを備えた蛇腹状のフィ
    ルタ，前記フィルタに前記排気ガスを供給するため前記
    排気ガス入口の何れか一方を開放し且つ他方を閉鎖する
    ため切り換えられる排気ガス切換弁，前記ハウジングに
    それぞれ形成された排気ガス出口に接続された出口側排
    気管，前記フィルタの温度を検出するため前記フィルタ
    に接触して配置された温度センサ，及び前記フィルタに
    捕集された前記パティキュレート物質の捕集量に応答し
    て前記排気ガス切換弁の切り換え及び前記温度センサの
    検出信号に応答して前記ヒータへの通電と前記排気ガス
    切換弁の切り換えとを制御するコントローラ，から成る
    ディーゼルパティキュレートフィルタ装置。
  2. 【請求項２】 前記ハウジング内の前記フィルタの上流
    側にそれぞれ開口して前記排気ガス又は空気を前記ハウ
    ジング内に供給するガス供給管，前記フィルタの再生時
    に前記ガス供給管を通って何れか一方の前記ハウジング
    内に前記排気ガス又は空気を供給するため前記ガス供給
    管に設けられたガス切換弁，及び前記ガス供給管を通っ
    て前記ハウジング内に前記排気ガス又は前記空気を供給
    するため作動されるポンプを有し，前記コントローラは
    前記フィルタの再生に応答して前記ガス切換弁の切換作
    動と前記ポンプの作動を制御して前記ハウジング内への
    前記排気ガス又は前記空気の供給量を調節することから
    成る請求項１に記載のディーゼルパティキュレートフィ
    ルタ装置。
  3. 【請求項３】 前記ポンプを駆動するモータは，前記エ
    ンジンの運転状況に応じて前記コントローラによって回
    転速度が制御されることから成る請求項２に記載のディ
    ーゼルパティキュレートフィルタ装置。
  4. 【請求項４】 前記コントローラは，前記フィルタの再
    生時に，前記エンジンの負荷が高い時に前記モータの回
    転数を上昇させて前記フィルタに多量のガスを送り込
    み，低い時に前記モータの回転数を低減して前記フィル
    タに少量の前記ガスを送り込む制御をすることから成る
    請求項３に記載のディーゼルパティキュレートフィルタ
    装置。
  5. 【請求項５】 前記温度センサは，前記フィルタの再生
    時に前記フィルタの温度を検出するため前記フィルタ面
    を縦断する方向に延びるように配設され，前記コントロ
    ーラは，前記フィルタの過熱を防止するため前記温度セ
    ンサからの検出温度に応答して前記ヒータへの通電を制
    御することから成る請求項１に記載のディーゼルパティ
    キュレートフィルタ装置。
  6. 【請求項６】 前記温度センサは正の抵抗温度係数の大
    きいニッケル等から成る金属線と前記金属線の外側全面
    を覆うアルミナ等の耐熱性で耐腐食性のセラミックスか
    ら成る外管とから構成され，前記温度センサは前記フィ
    ルタの蛇腹の折り曲げ部の高温領域に沿って配置されて
    いることから成る請求項５に記載のディーゼルパティキ
    ュレートフィルタ装置。
  7. 【請求項７】 前記フィルタは，前記排気ガスの流れの
    上流側に配置された前記ヒータ，前記ヒータに接して配
    置された耐熱性を有するセラミックス繊維がランダムに
    積層された第１セラミックス不織布，前記第１セラミッ
    クス不織布に接して配置された前記パティキュレート物
    質の燃焼温度を低減させる触媒を含んだ触媒層，前記触
    媒層に接して配置された耐熱性を有するセラミックス繊
    維がランダムに積層された第２セラミックス不織布，及
    び前記第２セラミックス不織布に接して配置された耐熱
    金属の線を網み込んだ金網から構成されていることから
    成る請求項１に記載のディーゼルパティキュレートフィ
    ルタ装置。
  8. 【請求項８】 前記ヒータは，耐熱性金属線を並列に結
    線し，前記第１セラミックス不織布の全面にわたってそ
    れぞれ平行に延びていることから成る請求項７に記載の
    ディーゼルパティキュレートフィルタ装置。
  9. 【請求項９】 前記セラミックス不織布は，窒化珪素，
    炭化珪素，アルミナ等の耐熱性セラミックスから構成さ
    れていることから成る請求項７に記載のディーゼルパテ
    ィキュレートフィルタ装置。
  10. 【請求項１０】 前記触媒層は，コバルト，白金及び／
    又はパラジウムから成る金属粉末を，ニッケルをベース
    にした金網又は不織布の薄板状層に分散させて構成され
    ていることから成る請求項７に記載のディーゼルパティ
    キュレートフィルタ装置。
  11. 【請求項１１】 前記フィルタは，方形の箱状ハウジン
    グに前記排気ガスの流れ方向に交差する方向に指向して
    前記ハウジングの一面から対向した他面へ延びるように
    配設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装置。
  12. 【請求項１２】 前記ハウジングの前記一面に排気ガス
    入口が形成され，前記フィルタは，前記排気ガスを前記
    フィルタに対して均等に流入させるため，前記ハウジン
    グの入口側の通路断面積が大きく，前記ハウジングの奥
    側の通路断面積が小さくなるように前記ハウジング内に
    配置されていることを特徴とする請求項１１に記載のデ
    ィーゼルパティキュレートフィルタ装置。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010088621A (ja) * 2008-10-07 2010-04-22 Mitsubishi Electric Corp 手乾燥装置
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