JP2707049B2 - ディーゼルパティキュレートフィルタ - Google Patents

ディーゼルパティキュレートフィルタ

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JP2707049B2
JP2707049B2 JP5340355A JP34035593A JP2707049B2 JP 2707049 B2 JP2707049 B2 JP 2707049B2 JP 5340355 A JP5340355 A JP 5340355A JP 34035593 A JP34035593 A JP 34035593A JP 2707049 B2 JP2707049 B2 JP 2707049B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】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を
捕集し、パティキュレートを加熱焼却して処理できるデ
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の燃焼は、高温、高
圧空気中に燃料を噴射する、所謂、ヘトロジニアス混合
によるものである。ヘトロジニアス混合はホモジニアス
混合気と異なって空気と燃料が均一に混合していないの
で、燃料中の炭素成分は、燃焼による高温熱によって
煤、ＨＣ等に変化し、それらが凝集してパテキュレート
となり、空中に放出されて大気中に浮遊するので、環境
汚染の原因になる。
【０００３】従来、エンジンの排気ガスを処理する排気
ガス処理装置として、例えば、コーディエライト（２Ｍ
ｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 ）により作製された気
孔性のハニカム構造のフィルタを排気通路に並列に２組
配置したディーゼルエンジンの排気微粒子浄化装置が開
示されている。該ディーゼルエンジンの排気微粒子浄化
装置は、排気ガスを一方のハニカム構造のフィルタに通
し、該フィルタで排気ガス中のカーボンを捕集し、その
フィルタにカーボンが堆積して目詰まりした場合に、そ
のフィルタに排気ガスを流すのを遮断し、別のフィルタ
に排気ガスを流すように切り換え、目詰まりしたフィル
タの下流側から空気を送り込み、そのフィルタを加熱し
て目詰まりしているカーボンを焼却するものである。こ
のようなディーゼルエンジンの排気微粒子浄化装置とし
て、例えば、実開平１−１４４４２７号公報に開示され
たものがある。
【０００４】また、実開平１−１３６６１７号公報に
は、パティキュレートフィルタが開示されている。該パ
ティキュレートフィルタは、導電性セラミックスから成
るヒータを兼ねる薄肉ポーラスエレメントを複数段に配
設し、該各ポーラスエレメントに電力を個別に供給可能
且つ該各電力を制御可能に構成したものである。
【０００５】また、実開平３−１１６７２２号公報に
は、ディーゼルエンジンの排ガス浄化装置が開示されて
いる。該ディーゼルエンジンの排ガス浄化装置は、長手
方向に伸びる多数のセルが形成された柱状のセラミック
フィルタと、前記フィルタの外周に設けられた電熱部材
とを有し、前記セルのうち複数のものには、熱伝導性の
良い粉末が充填されているものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ディーゼル
パティキュレートはディーゼルエンジンに含まれるカー
ボンと炭化水素の合成物であり、その大きさは、数μｍ
から数十μｍまで分散している。該パティキュレート
は、酸素と反応して容易に燃焼するが、燃焼には高温度
が必要であり、排気ガス温度のみでは完全に燃焼するこ
とができない。そこで、ディーゼルエンジンから排気さ
れる排気ガスに含まれるカーボンをフィルタで捕集して
焼却するＤＰＦでは、カーボンをフィルタで捕集し、カ
ーボンがフィルタに堆積した時、着火用グロープラグ又
はヒータによって加熱し、煤等のパティキュレートを焼
却させている。一般に、ＤＰＦは、通常３０〜４０μｍ
程の孔径を持ったセラミックスフィルタで捕集してい
る。
【０００７】そこで、この発明の目的は、上記の課題を
解決することであり、複合フィルタ板をセラミックス繊
維から成るフィルタ薄板、フィルタ薄板内に配設された
格子状発熱線及びフィルタ薄板に被せた金網から構成
し、ディーゼルエンジンの燃焼ガス中に浮遊しているパ
ティキュレートを捕集するのにフィルタ薄板における繊
維と繊維との交差している部分にパティキュレートを引
っかけて捕集効率をアップし、複合フィルタ板の再生時
には、格子状発熱線を流れる電流を自己制御して複合フ
ィルタ板を均一に且つ短時間に加熱して捕集されている
パティキュレートを加熱焼却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である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、ディーゼルエンジンの排気系に配置され且
つ通過する排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕
集し、捕集されたパティキュレートを加熱焼却して処理
できるディーゼルパティキュレートフィルタにおいて、
セラミックス繊維材から作製されているフィルタ薄板
と、該フィルタ薄板に対向して配設され且つ温度に応じ
て電流の大きさを制御できる自己電流制御作用を有する
格子状発熱線と、前記フィルタ薄板の外面に被せた金網
とから構成されている複合フィルタ板を有し、該複合フ
ィルタ板は折り曲げられて蛇腹状に構成されていること
を特徴とするディーゼルパティキュレートフィルタに関
する。
【０００９】また、このディーゼルパティキュレートフ
ィルタにおいて、前記格子状発熱線は一対の前記フィル
タ薄板の間に挟持されているものである。
【００１０】また、このディーゼルパティキュレートフ
ィルタにおいて、前記格子状発熱線は排気ガス流れの前
記フィルタ薄板の上流側に前記フィルタ薄板の表面に配
置されているものである。
【００１１】また、このディーゼルパティキュレートフ
ィルタにおいて、前記格子状発熱線は、高温領域では電
流を低減し且つ低温領域では電流を多量に流すことがで
きるＮｉを主成分とする材料等の抵抗温度係数が大きい
材料で構成されているものである。
【００１２】また、このディーゼルパティキュレートフ
ィルタにおいて、前記格子状発熱線は、一端から他端へ
並列端子を通して結線され、前記複合フィルタ板に捕集
されているパティキュレート量に応答して通電が制御さ
れるものである。
【００１３】また、このディーゼルパティキュレートフ
ィルタにおいて、前記格子状発熱線と前記金網との外面
は耐熱性で耐酸化性に富んだセラミックスでコーティン
グされているものである。
【００１４】
【作用】この発明によるディーゼルパティキュレートフ
ィルタは、上記のように構成されており、次のように作
用する。即ち、このディーゼルパティキュレートフィル
タは、複合フィルタ板をフィルタ薄板、該フィルタ薄板
に対向して配設された格子状発熱線及び前記フィルタ薄
板の外面を被覆した金網から構成し、前記フィルタ薄板
をセラミックス繊維材から作製し、前記格子状発熱線を
温度に応じて電流の大きさを制御できる自己電流制御作
用を有する材料で作製し、前記複合フィルタ板を折り曲
げて蛇腹形状に構成しているので、所定のスペース内で
の排気ガスが通過する断面積は大きくなり、前記複合フ
ィルタ板を通過する排気ガスは前記フィルタ薄板の繊維
と繊維とが交差した部分に引っ掛かって排気ガス中に含
まれるパティキュレートが高効率に捕集される。即ち、
前記フィルタ薄板を構成するセラミックスファイバー即
ちセラミックス繊維は、繊維が交互に交差しているが、
それらの交差している部分にカーボン、煤、ＨＣ等のパ
ティキュレートが引っ掛かって捕集する作用を有してい
る。
【００１５】特に、捕集されたパティキュレートを加熱
焼却して前記複合フィルタ板を再生する場合に、前記格
子状発熱線に通電することによって前記複合フィルタ板
は均一にかつ短時間に加熱され、捕集されているパティ
キュレートは迅速に加熱焼却され、前記複合フィルタ板
は再生される。この時、前記格子状発熱線は前記フィル
タ薄板の温度に応じて電流の大きさが自己制御されるの
で、即ち、パティキュレートを焼却するため必要な温度
になった場合、抵抗値が大きくなり電流が制御されるの
で、前記格子状発熱線では高温部の温度はそのままに保
たれ、低温部に電流が流れるため、前記複合フィルタ板
自体が均一に加熱されることになり、前記フィルタ薄板
が溶損して破壊されることがない。
【００１６】前記フィルタ薄板で捕集したパティキュレ
ートは、加熱焼却して前記フィルタ薄板を再生する必要
がある。そこで、前記フィルタ薄板に前記格子状発熱線
を埋め込んでおき、前記格子状発熱線に通電して前記フ
ィルタ薄板を加熱し、パティキュレートを加熱し、ＣＯ
2 ，Ｈ2 Ｏに変化させてガスにして焼却する。このた
め、前記格子状発熱線は、温度に応じて電流の大きさを
制御できる自己電流制御作用を有するＮｉを主成分とす
る材料等で作製する。Ｎｉ線は温度上昇と共に抵抗値が
大きくなるので、Ｎｉ線を格子状に接続すると、温度の
高い領域には電流は通らず、温度の低い領域に電流が流
れ、いわゆる、均一温度分布を構成する自己電流制御型
のヒータを構成することになる。
【００１７】即ち、前記格子状発熱線を自己電流制御型
に構成すれば、前記フィルタ薄板における低温領域では
電流を流すことができるが、高温領域では電流を低減す
ることができる。従って、例えば、前記フィルタ薄板に
パティキュレートが局部的に捕集された状態の時に、前
記格子状発熱線に通電すれば、パティキュレートが多量
に捕集されている部分では加熱燃焼して高温領域が発生
すると、その高温領域の格子状発熱線の部分を流れる電
流は抑制され、他の部分に大きな電流が流れ、その結
果、前記複合フィルタ板では全面が均一な温度に加熱さ
れることになり、前記フィルタ薄板に過熱が発生しない
から前記フィルタ薄板の溶損等の破壊は発生しない。
【００１８】更に、前記フィルタ薄板の外面は金網で被
覆されているので、前記フィルタ薄板を折り曲げて蛇腹
状した時に、そのプレートの形状を強固に維持できると
共に、前記複合フィルタ板自体の強度をアップできる。
しかも、前記格子状発熱線に通電した場合には、前記金
網は熱伝導が良好であって熱伝導材として機能するの
で、前記フィルタ薄板の全面を均一に加熱することがで
きる。
【００１９】このディーゼルパティキュレートフィルタ
において、前記格子状発熱線を排気ガス流れの前記フィ
ルタ薄板の上流側に前記フィルタ薄板の表面に配置する
と、機能、構成の簡素化ができる。
【００２０】
【実施例】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
ルタの一実施例を示す概略斜視図、図２は図１のディー
ゼルパティキュレートフィルタに配設されている格子状
発熱線を示す平面図、及び図３は図１のディーゼルパテ
ィキュレートフィルタにおける複合フィルタ板の一実施
例を説明するための内部構造を断面で示す概略斜視図で
ある。
【００２１】このディーゼルパティキュレートフィルタ
は、ディーゼルエンジンの排気ガスを流す排気管等の排
気系に配置されたケーシング内に収容され、ケーシング
内を通過する排気ガス中に含まれるパティキュレートを
捕集し、捕集されたパティキュレートを加熱焼却して処
理できるものである。このディーゼルパティキュレート
フィルタは、主として、フィルタ薄板２、該フィルタ薄
板２内に配設された格子状発熱線４及びフィルタ薄板２
の外面に被せた金網３から成る複合フィルタ板１から構
成されている。複合フィルタ板１は、ケーシング内に配
置された場合に、排気ガスが通過する通路断面積を拡大
するため、折り曲げられて蛇腹形状に構成されている。
【００２２】このディーゼルパティキュレートフィルタ
において、フィルタ薄板２は、耐熱性で耐酸化性に富ん
だＳｉＣ，Ａｌ2 Ｏ3 等のセラミックス繊維材から作製
されている。格子状発熱線４は、抵抗温度係数が大きい
材料で構成され、例えば、Ｎｉを主成分とする材料から
作製され、温度に応じて電流の大きさを制御できる自己
電流制御作用を有するものである。図では、格子状発熱
線４は、一対のフィルタ薄板２の間に挟持された状態で
配設されている。また、複合フィルタ板１は、一対のフ
ィルタ薄板２の間に格子状発熱線４を挟持し、フィルタ
薄板２の外側に金網３を被せ、短絡が発生しないように
金属線等で縫い目１１で示すように固定することが好ま
しいものである。場合によっては、格子状発熱線４はフ
ィルタ薄板２の内部に埋設して配設されてもよいもので
ある。格子状発熱線４は、具体的には、高温領域では電
流を低減し、低温領域では電流を流すことができるＮｉ
を主成分とする材料から作製されている。また、格子状
発熱線４と金網３との外面は、排気ガスに晒されるの
で、耐熱性で耐酸化性に富んだセラミックスでコーティ
ングされているものである。
【００２３】このディーゼルパティキュレートフィルタ
において、格子状発熱線４は、複合フィルタ板１に捕集
されているパティキュレート量に応答して通電が制御さ
れるものである。格子状発熱線４は、図２に示すよう
に、並列に延びる複数の金属横線６と、該金属横線６と
交差する並列に延びる金属縦線７とが接合点１２で溶接
で接合され、しかも一端から他端へ並列端子を通して結
線されている。図２では、各金属横線６の両端は、端子
５にそれぞれ接合されており、各端子５はスイッチ９を
介在して電源８に接続されている。スイッチ９のオン・
オフは、コントローラ１０の指令で制御されている。コ
ントローラ１０は、例えば、フィルタ薄板２によるパテ
ィキュレートの捕集量に応答してスイッチ９をオン・オ
フ制御するように構成されている。パティキュレートの
捕集量の検出は、例えば、圧力センサー１３によって排
気系の排気ガス圧力を測定することによって検出するこ
とができる。
【００２４】このディーゼルパティキュレートフィルタ
において、複合フィルタ板１に所定量のパティキュレー
トが捕集された場合には、捕集されたパティキュレート
を加熱焼却して複合フィルタ板１を再生する必要があ
る。そこで、コントローラ１０の指令で排気ガスを別の
排気ガス通路にバイパスさせ、スイッチ９をオンして電
源８からの電力を端子５を通じて格子状発熱線４に通電
する。格子状発熱線４が通電されると、複合フィルタ板
１は均一にかつ短時間に加熱され、捕集されているパテ
ィキュレートは迅速に加熱焼却され、複合フィルタ板１
は再生されることになる。この時、格子状発熱線４は、
フィルタ薄板２の温度に応じて電流の大きさが自己制御
されるので、複合フィルタ板１自体は均一に加熱される
ことになり、フィルタ薄板２が溶損して破壊されること
がない。
【００２５】即ち、格子状発熱線４は、温度に応じて電
流の大きさを制御できる自己電流制御作用を有するＮｉ
を主成分とする材料等で作製されているので、低温領域
では電流を流すことができるが、高温領域では電流を低
減することができる。従って、例えば、フィルタ薄板２
にパティキュレートが局部的に捕集された領域が在る時
に、格子状発熱線４が通電状態であれば、パティキュレ
ートが多量に捕集されている部分のみが加熱燃焼して高
温になる。そのため、電流はその高温領域の発熱線を避
けて流れ、他の部分へと電流が流れ、高温領域は格子状
発熱線４からの加熱を受けない状態になり、その結果、
複合フィルタ板１では全面が平均して均一に加熱される
ことになり、フィルタ薄板２の溶損等の破壊は発生しな
い。
【００２６】更に、フィルタ薄板２の外面は、金網３が
被せてあるので、フィルタ薄板２を折り曲げて蛇腹形状
した時に、その形状を強固に維持できると共に、複合フ
ィルタ板１自体の強度をアップできる。しかも、格子状
発熱線４に通電した場合には、金網３は熱伝導が良好で
あって熱伝導材として機能するので、フィルタ薄板２の
全面を均一に加熱することができる。
【００２７】次に、この発明によるディーゼルパティキ
ュレートフィルタの別の実施例を図４を参照して説明す
る。図４はこの発明によるディーゼルパティキュレート
フィルタにおける複合フィルタ板を説明するための内部
構造の別の実施例を示す概略斜視図である。この実施例
は、上記実施例と比較して、排気ガス流れの上流側に配
置されたフィルタ薄板を排除した以外は同一の構成を有
するものであり、その他については同一の構成であるの
で、同一部品には同一の符号を付して重複する説明を省
略する。即ち、この実施例では、格子状発熱線４は、排
気ガス流れのフィルタ薄板２の上流側にフィルタ薄板２
の表面に配置されている。この実施例のディーゼルパテ
ィキュレートフィルタでは、構造、機能を簡素化するこ
とができる。
【００２８】
【発明の効果】この発明によるディーゼルパティキュレ
ートフィルタは、上記のように構成されており、次のよ
うな効果を有する。即ち、このディーゼルパティキュレ
ートフィルタは、複合フィルタ板をフィルタ薄板、格子
状発熱線及び金網から構成し、前記フィルタ薄板をセラ
ミックス繊維材から作製し、前記格子状発熱線を温度に
応じて電流の大きさを制御できる自己電流制御作用を有
する材料で作製し、前記複合フィルタ板を折り曲げて蛇
腹形状に構成しているので、限られた所定のスペース内
での排気ガスが通過する通路断面積は大きくすることが
でき、前記複合フィルタ板を通過する排気ガスは前記フ
ィルタ薄板の繊維と繊維とが交差した部分に引っ掛かっ
てパティキュレートが高効率に捕集される。即ち、前記
フィルタ薄板を構成するセラミックスファイバーは、繊
維が交互に交差しているが、それらの交差している部分
にカーボン、煤、ＨＣ等のパティキュレートが引っ掛か
って捕集する作用を有しており、通常使用されているハ
ニカム多孔質フィルタより捕集効率が高いものである。
【００２９】そして、捕集されたパティキュレートを加
熱焼却して前記複合フィルタ板を再生する場合に、前記
格子状発熱線に通電することによって前記複合フィルタ
板は均一に且つ短時間に加熱され、パティキュレートは
迅速に加熱焼却され、前記複合フィルタ板は再生され
る。従って、前記複合フィルタ板について、排気ガスの
流れ抵抗を常に低減することができ、パティキュレート
の捕集効率を低減させることはない。しかも、前記フィ
ルタ薄板には局部的な過熱領域が発生せず、前記フィル
タ薄板が溶損して破壊されることがない。
【００３０】また、前記格子状発熱線は一対の前記フィ
ルタ薄板の間に挟持されているので、前記フィルタ薄板
は前記格子状発熱線から均等に加熱され、偏加熱される
ことがない。また、前記格子状発熱線は、高温領域では
電流を低減し且つ低温領域では電流を流すことができる
Ｎｉを主成分とする材料から作製されているので、Ｎｉ
線は温度上昇と共に抵抗値が大きくなるので、Ｎｉ線を
格子状に接続すると、温度の高い領域には電流は通ら
ず、温度の低い領域に電流が流れ、いわゆる、自己電流
制御型のヒータを構成することになる。
【００３１】更に、このディーゼルパティキュレートフ
ィルタでは、前記格子状発熱線は、複合フィルタ板に捕
集されているパティキュレート量に応答して通電が制御
されるものであり、パティキュレートの捕集量は排気ガ
スの圧力損失を圧力センサーで測定することによって容
易に検出することができ、前記複合フィルタ板の適正な
再生処理を行うことができる。更に、前記格子状発熱線
と前記金網との外面を耐熱性で耐酸化性に富んだセラミ
ックスでコーティングしておくと、前記格子状発熱線と
前記金網が排気ガスに晒されても、酸化して変質するこ
とがなく、耐久性、長寿命に構成することができる。
【００３２】また、前記フィルタ薄板に前記格子状発熱
線を埋め込むように構成することもでき、前記格子状発
熱線に通電して前記フィルタ薄板を均等に且つ迅速に加
熱することもできる。更に、前記フィルタ薄板の外面は
金網で被覆されているので、前記フィルタ薄板を折り曲
げて蛇腹形状した時に、その形状を強固に維持できると
共に、前記複合フィルタ板自体の強度をアップできる。
しかも、前記格子状発熱線に通電した場合には、前記金
網は熱伝導が良好であって熱伝導材として機能するの
で、前記フィルタ薄板の全面を均一に加熱することがで
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
ィルタの一実施例を示す概略斜視図である。
【図２】図１のディーゼルパティキュレートフィルタに
配設されている格子状発熱線を示す平面図である。
【図３】図１のディーゼルパティキュレートフィルタに
おける複合フィルタ板を説明するための内部構造の一実
施例を断面で示す概略斜視図である。
【図４】この発明によるディーゼルパティキュレートフ
ィルタにおける複合フィルタ板を説明するための内部構
造の別の実施例を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１ 複合フィルタ板 ２ フィルタ薄板 ３ 金網 ４ 格子状発熱線 ５ 端子 ６ 金属横線 ７ 金属縦線 ８ 電源 ９ スイッチ １０ コントローラ １１ 縫い目 １２ 接合点 １３ 圧力センサー

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ディーゼルエンジンの排気系に配置され
    且つ通過する排気ガス中に含まれるパティキュレートを
    捕集し、捕集されたパティキュレートを加熱焼却して処
    理できるディーゼルパティキュレートフィルタにおい
    て、セラミックス繊維材から作製されているフィルタ薄
    板と、該フィルタ薄板に対向して配設され且つ温度に応
    じて電流の大きさを制御できる自己電流制御作用を有す
    る格子状発熱線と、前記フィルタ薄板の外面に被せた金
    網とから構成されている複合フィルタ板を有し、該複合
    フィルタ板は折り曲げられて蛇腹状に構成されているこ
    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】 前記格子状発熱線は一対の前記フィルタ
    薄板の間に挟持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。
  3. 【請求項３】 前記格子状発熱線は排気ガス流れの前記
    フィルタ薄板の上流側に前記フィルタ薄板の表面に配置
    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。
  4. 【請求項４】 前記格子状発熱線は、高温領域では電流
    を低減し且つ低温領域では電流を多量に流すことができ
    るＮｉを主成分とする材料等の抵抗温度係数が大きい材
    料で構成されていることを特徴とする請求項１〜３のい
    ずれか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】 前記格子状発熱線は、一端から他端へ並
    列端子を通して結線され、前記複合フィルタ板に捕集さ
    れているパティキュレート量に応答して通電が制御され
    ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のデ
    ィーゼルパティキュレートフィルタ。
  6. 【請求項６】 前記格子状発熱線と前記金網との外面は
    耐熱性で耐酸化性に富んだセラミックスでコーティング
    されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに
    記載のディーゼルパティキュレートフィルタ。
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