JP2918450B2 - Filter structure in diesel particulate filter - Google Patents
Filter structure in diesel particulate filterInfo
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Classifications
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
Landscapes
- Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
Description
【0001】[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を浄化処理するため,排気
系に組み込まれるディーゼルパティキュレートフィルタ
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a diesel particulate filter incorporated in an exhaust system for purifying exhaust gas discharged from a diesel engine.
【0002】[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
となって外部に放出され,周囲環境を汚染することにな
る。2. Description of the Related Art Diesel engine combustion is based on so-called heterogeneous mixing in which fuel is injected into high-temperature, high-pressure air. Heterogeneous mixing differs from a homogeneous mixture in that air and fuel are not mixed uniformly, so the carbon component in the fuel changes to soot, HC, etc. due to the high-temperature heat of combustion, which aggregates into particulates. Release to the outside, polluting the surrounding environment.
【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,フィルタの面積が大きく,そのフ
ィルタの前面部にカーボンが堆積されて捕集される。そ
の堆積したカーボンを焼却するため,パティキュレート
フィルタの一部に加熱ヒータを取り付け,堆積したカー
ボンを含むパティキュレートを焼却することによりフィ
ルタを再生している。Conventionally, as an exhaust gas treatment apparatus for treating exhaust gas of an engine, a filter has a large area, and carbon is deposited and collected on a front surface of the filter. In order to incinerate the deposited carbon, a heater is attached to a part of the particulate filter, and the filter is regenerated by burning the particulate containing the deposited carbon.
【0004】従来,特開平2−256812号公報に
は,電気的に再生可能なパティキュレートトラップが開
示されている。該電気的に再生可能なパティキュレート
トラップは,ガス透過性支持体,複数のセラミックスフ
ァイバーからなる繊維層及びヒータから成り,繊維層が
ヒータと共にガス透過性支持体から半径方向に延びる空
間に配置され,該繊維層の隙間に排気ガスを流して排気
ガス中のパティキュレートをヒータの近傍に捕集し,ヒ
ータを通電することによって捕集したパティキュレート
を焼却するものである。繊維層は,1.5L/M/cm
2 未満の一様な通気率を備える織布であり,該織布が約
1150℃の温度で長期間安定し,糸と糸との間が糸径
の7.5倍以上を離れていないものである。また,セラ
ミックス繊維は,連続した溶融シリカ,ガラス,アルミ
ナシリカ,ジルコニアシリカ,アルミナクロミア,チタ
ニア,黒鉛,炭化ケイ素,アルミナボリアシリカから選
定されたものである。更に,セラミックス繊維は,ガス
透過性支持体又はヒータ上に直接に編組又は巻き付けら
れている。Conventionally, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-256812 discloses an electrically reproducible particulate trap. The electrically reproducible particulate trap comprises a gas permeable support, a fiber layer comprising a plurality of ceramic fibers, and a heater, and the fiber layer is disposed together with the heater in a space extending radially from the gas permeable support. The exhaust gas flows through the gap between the fiber layers to collect particulates in the exhaust gas in the vicinity of the heater, and energize the heater to incinerate the collected particulates. The fiber layer is 1.5 L / M / cm
Woven fabric having a uniform air permeability of less than 2 , wherein the woven fabric is stable at a temperature of about 1150 ° C for a long time, and the distance between yarns is not more than 7.5 times the yarn diameter. It is. The ceramic fibers are selected from continuous fused silica, glass, alumina silica, zirconia silica, alumina chromia, titania, graphite, silicon carbide, and alumina boria silica. Furthermore, the ceramic fibers are braided or wound directly on the gas permeable support or heater.
【0005】[0005]
【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は,車両等に搭載するため,
できるだけコンパクトに構成し且つカーボン,煤,HC
等のパティキュレートの捕集が効率的になるように製造
することは必要である。一般に,パティキュレートは主
として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。
従来の再生可能なディーゼルパティキュレートフィルタ
は,同じサイズのフィルタを排気ガス流れに二個並列に
配置し,一方のフィルタがパティキュレートの捕集によ
って詰まると,他方のフィルタに排気ガスを流し,詰ま
った方のフィルタにパティキュレートの焼却に必要な空
気を送り込んでフィルタを加熱し,捕集されたパティキ
ュレートを焼却してフィルタを再生している。従来の再
生可能なディーゼルパティキュレートフィルタは,パテ
ィキュレート,スモークを除去する装置が従来から多く
開発されているが,いずれも構造が複雑であり,機能が
煩雑である等の欠点があり,実用に供し得ないのが現状
である。例えば,再生可能なディーゼルパティキュレー
トフィルタでは,パティキュレートをフィルタで捕集
し,パティキュレート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てパティキュレ
ートを焼却させている。The diesel particulate filter is mounted on a vehicle or the like.
Construct as compact as possible and use carbon, soot, HC
It is necessary to manufacture such that particulates are efficiently collected. Generally, particulates are mainly composed of carbon and hydrocarbons contained in diesel engines, and their size is from several μm to several tens μm.
Are dispersed. The particulates react with oxygen and burn easily, but combustion requires high temperatures,
Complete combustion cannot be achieved only with the exhaust gas temperature.
Conventional renewable diesel particulate filters have two filters of the same size arranged in parallel in the exhaust gas stream. If one filter becomes clogged due to particulate collection, the other filter will be flushed with the exhaust gas. The air required for incineration of the particulates is sent to the other filter to heat the filter, and the collected particulates are incinerated to regenerate the filter. Many conventional renewable diesel particulate filters have been developed to remove particulates and smoke. However, all of them have drawbacks such as complicated structure and complicated functions. At present, it cannot be provided. For example, in a renewable diesel particulate filter, the particulates are collected by the filter, and when the particulates accumulate on the filter, the particulates are incinerated by heating with an ignition glow plug or a heater.
【0006】[0006]
【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,ディーゼルエンジンの燃
焼ガス中に含まれているカーボン,煤,HC等のパティ
キュレートを捕集するフィルタを設け,フィルタで捕集
したパティキュレートを加熱燃焼させるため金網ヒータ
をフィルタに隣接して設け,フィルタを耐熱耐酸化性の
材料を選定すると共に,排気ガス中のパティキュレート
の捕集効率をアップさせるためフィルタを不織布と織布
とを組み合わせて三次元的な構造に構成し,しかも不織
布の飛散を防止して環境汚染の発生を防止できるディー
ゼルパティキュレートフィルタにおけるフィルタ構造を
提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a filter for collecting particulates such as carbon, soot and HC contained in combustion gas of a diesel engine. A wire mesh heater is provided adjacent to the filter to heat and burn the particulates collected by the filter. The filter is made of a material that is resistant to heat and oxidation, and the collection efficiency of the particulates in the exhaust gas is increased. An object of the present invention is to provide a filter structure in a diesel particulate filter, in which a filter is formed into a three-dimensional structure by combining a nonwoven fabric and a woven fabric, and furthermore, scattering of the nonwoven fabric can be prevented to prevent environmental pollution.
【0007】更に,この発明の別の目的は,上記特性を
有するフィルタを主フィルタと該主フィルタの加熱再生
時に排気ガスを流すサブフィルタとで構成し,主フィル
タとサブフィルタとの空気通過抵抗をバランスさせるよ
うに予め設定し,サブフィルタに開閉弁を設けると共
に,再生のために金網ヒータを主フィルタに設けたコン
パクトで且つパティキュレートの捕集及びフィルタの再
生が簡単になるように構成したディーゼルパティキュレ
ートフィルタに組み込むフィルタ構造を提供することで
ある。Another object of the present invention is to provide a filter having the above-mentioned characteristics, comprising a main filter and a sub-filter through which exhaust gas flows during heating and regeneration of the main filter. The balance is set in advance so that an open / close valve is provided in the sub-filter, and a wire mesh heater is provided in the main filter for regeneration, so that the collection of particulates and the regeneration of the filter are simplified. An object of the present invention is to provide a filter structure to be incorporated into a diesel particulate filter.
【0008】この発明は,ディーゼルエンジンの排気系
に組み込まれたケース内に配置されたフィルタで排気ガ
ス中に含まれるパティキュレートを捕集して加熱焼却す
るディーゼルパティキュレートフィルタにおいて,前記
フィルタは,前記パティキュレートを捕集する炭化ケイ
素繊維から成る不織布,該不織布の排気ガス流れの下流
側に接して配置され且つ前記不織布の飛散を防止すると
共に前記不織布で捕集されずに通過した前記パティキュ
レートを捕集するセラミックス長繊維から作製された織
布,前記不織布の排気ガス流れの上流側に接して配置さ
れ且つ捕集された前記パティキュレートを加熱焼却する
ための金網ヒータ,及び前記金網ヒータと共働して前記
不織布と前記織布を互いに密着保持状態に挟み込むよう
に前記織布に接して配置されている係止部材から構成さ
れ,前記金網ヒータを構成するNi−Crを含有する耐
熱鋼線材の表面にAl2 O3 等の非導電性材料がコーテ
ィング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おけるフィルタ構造に関する。The present invention relates to a diesel particulate filter for collecting and heating and incinerating particulates contained in exhaust gas with a filter arranged in a case incorporated in an exhaust system of a diesel engine. A non-woven fabric made of silicon carbide fibers for collecting the particulates, the non-woven fabric being disposed in contact with a downstream side of an exhaust gas flow of the non-woven fabric, preventing scattering of the non-woven fabric, and passing the particulates without being collected by the non-woven fabric; A woven fabric made of ceramic long fibers that collects air, a wire mesh heater disposed in contact with the upstream side of the exhaust gas flow of the nonwoven fabric, and for heating and burning the collected particulates; The nonwoven fabric and the woven fabric are brought into contact with each other so as to sandwich the nonwoven fabric and the woven fabric in a tightly held state. It consists disposed in and locking member, diesel non-conductive material such as Al 2 O 3 on the surface of the heat-resistant steel wire material containing Ni-Cr constituting the wire mesh heater is characterized in that it is coated The present invention relates to a filter structure in a particulate filter.
【0009】前記織布を構成する前記セラミックス長繊
維は,Si−C系及びSi−C−Ti−O系の長繊維か
ら選択されているものである。The ceramic long fibers constituting the woven fabric are selected from Si-C-based and Si-C-Ti-O-based long fibers.
【0010】前記織布の目より粗い目を持つSi−C系
又はSi−C−Ti−O系の長繊維を積層して作製され
た織布が,前記金網ヒータの排気ガス流れの上流側に隣
接して配置されている。A woven fabric made by laminating Si-C-based or Si-C-Ti-O-based long fibers having a coarser mesh than the woven fabric is provided on the upstream side of the exhaust gas flow of the wire mesh heater. It is arranged adjacent to.
【0011】又は,この発明は,ディーゼルエンジンの
排気系に組み込まれたケース内に配置された排気ガス中
に含まれるパティキュレートを捕集して加熱焼却する主
フィルタ,前記主フィルタの中央部に配設されたバイパ
ス筒体内で前記主フィルタより濾過する網目が粗く且つ
前記主フィルタに並列に配置されたサブフィルタ,該サ
ブフィルタの排気ガス流入側に配置された前記サブフィ
ルタの流入口を開閉するバイパス弁,及び該バイパス弁
を開閉作動するアクチュエータを有し,前記サブフィル
タの空気通過抵抗は前記主フィルタの空気通過抵抗に比
較して小さく設定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おけるフィルタ構造に関
する。Alternatively, the present invention provides a main filter for collecting and heating and burning in particulates contained in exhaust gas disposed in a case incorporated in an exhaust system of a diesel engine. A sub-filter, which has a coarse mesh for filtering from the main filter in the disposed bypass cylinder and is disposed in parallel with the main filter, and opens and closes an inlet of the sub-filter disposed on the exhaust gas inflow side of the sub-filter. A diesel particulate filter, comprising: a bypass valve that performs the operation, and an actuator that opens and closes the bypass valve, wherein an air passage resistance of the sub-filter is set smaller than an air passage resistance of the main filter. For the filter structure.
【0012】更に,前記主フィルタと前記サブフィルタ
は,前記パティキュレートを捕集する炭化ケイ素繊維か
ら成る不織布,該不織布の排気ガス流れの下流側に接し
て配置され且つ前記不織布の飛散を防止すると共に前記
不織布で捕集されずに通過した前記パティキュレートを
捕集するセラミックス長繊維から作製された織布及び前
記不織布の排気ガス流れの上流側に接して配置され且つ
捕集された前記パティキュレートを加熱焼却するための
金網ヒータから構成されているものである。Further, the main filter and the sub-filter are disposed in contact with a non-woven fabric made of silicon carbide fibers for trapping the particulates, and the non-woven fabric is disposed in contact with a downstream side of an exhaust gas flow of the non-woven fabric. And a woven fabric made of ceramic long fibers that collects the particulates that have passed without being collected by the nonwoven fabric, and the collected particulates disposed in contact with an upstream side of an exhaust gas flow of the nonwoven fabric. Is constituted by a wire mesh heater for heating and incinerating.
【0013】前記主フィルタは,排気ガス流れに並列に
積層された前記サブフィルタに設けられた前記バイパス
弁が開放された場合,前記金網ヒータに通電して前記主
フィルタに捕集されたパティキュレートを加熱焼却して
再生され,前記主フィルタが捕集を再開した後,前記サ
ブフィルタに設けた前記金網ヒータに通電して前記サブ
フィルタに捕集されているパティキュレートを加熱焼却
して前記サブフィルタを再生するものである。[0013] When the bypass valve provided in the sub-filters stacked in parallel with the exhaust gas flow is opened, the main filter is energized to the wire mesh heater and the particulate matter collected by the main filter. After the main filter resumes collection, the wire mesh heater provided in the sub-filter is energized to heat and incinerate the particulates collected in the sub-filter to recover the sub-filter. Regenerate the filter.
【0014】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フィルタ構造は,上記のように構成
されているので,フィルタ材料が耐熱耐酸化性に富み,
しかも積層したフィルタ繊維間を排気ガスがジグザグ状
に流れ,その流れに伴って排気ガス中に含まれるカーボ
ン,すす,スモーク等のパティキュレートが繊維或いは
繊維の交点に引っ掛かり即ち捕集され,その部分が核と
なってパティキュレートが堆積し,三次元的なフィルタ
効果を発揮できる。また,不織布の繊維がその層から分
離して飛散し易いが,それらの繊維は織布で保持されて
飛散することがなく,後流に流出することが防止され
る。Since the filter structure of the diesel particulate filter according to the present invention is constructed as described above, the filter material is rich in heat and oxidation resistance,
In addition, the exhaust gas flows between the laminated filter fibers in a zigzag manner, and the particulates such as carbon, soot, smoke, etc. contained in the exhaust gas are caught or collected at the intersections of the fibers or the fibers along with the flow, and this portion is collected. Becomes a nucleus and particulates accumulate, and a three-dimensional filter effect can be exhibited. Further, the fibers of the non-woven fabric are easily separated and scattered from the layer, but the fibers are held by the woven fabric and do not scatter, and are prevented from flowing out to the downstream.
【0015】また,このフィルタ構造は,排気ガス流入
側の面にヒータを配置した主フィルタの中央部にバイパ
ス筒体を介して排気ガス流れに並列にサブフィルタを配
置し,前記サブフィルタの流入口にバイパス弁を設け,
前記サブフィルタの空気通過抵抗を前記主フィルタの空
気通過抵抗に比較して小さく設定したディーゼルパティ
キュレートフィルタに適用でき,その場合には,主フィ
ルタの入口に切換弁を設ける必要なく,サブフィルタに
ヒータを設置する必要がなく,また主フィルタの再生時
に主フィルタに空気を送り込むポンプを設ける必要もな
く,全体をコンパクトな構造に構成できる。In this filter structure, a sub-filter is arranged in parallel with an exhaust gas flow via a bypass cylinder at the center of a main filter having a heater arranged on a surface on an exhaust gas inflow side. A bypass valve is provided at the inlet,
The present invention can be applied to a diesel particulate filter in which the air passage resistance of the sub-filter is set smaller than the air passage resistance of the main filter. In this case, there is no need to provide a switching valve at the inlet of the main filter, and the sub-filter can There is no need to install a heater, and there is no need to provide a pump for feeding air to the main filter during regeneration of the main filter, so that the entire structure can be made compact.
【0016】しかるに,ディーゼルエンジンでは,供給
される空気は燃料に対して過剰に設定されているので,
全負荷時でもディーゼルエンジンから排気される排気ガ
ス中には20%程度の空気が含まれている。そこで,主
フィルタを再生する時に,主フィルタに少量の排気ガス
を流せば,主フィルタに捕集されているパティキュレー
トを燃焼させるO2 を供給できることになる。従って,
前記サブフィルタの空気通過抵抗を前記主フィルタの空
気通過抵抗に比較して小さく設定しておけば,バイパス
弁を開放した時に,サブフィルタには多量の排気ガスが
流れるが,パティキュレートを捕集している主フィルタ
にも少量の排気ガスが流れることになり,主フィルタの
パティキュレートの焼却に必要なO2 を供給できる。However, in a diesel engine, the supplied air is set excessively with respect to the fuel.
Even at full load, the exhaust gas exhausted from the diesel engine contains about 20% of air. Therefore, when playing the main filter, it is allowed to flow a small amount of exhaust gas to the main filter, so that can supply O 2 for burning particulates trapped in the main filter. Therefore,
If the air passage resistance of the sub-filter is set smaller than the air passage resistance of the main filter, a large amount of exhaust gas flows through the sub-filter when the bypass valve is opened, but particulates are collected. to and will also flow through a small amount of exhaust gas to the main filter can be supplied with O 2 required for the incineration of the particulate main filter.
【0017】また,バイパス弁を閉鎖して主フィルタに
排気ガスを流す場合には,バイパス弁から漏洩する排気
ガスがサブフィルタを流れ,主フィルタの再生時にサブ
フィルタで捕集したパティキュレートは同様にサブフィ
ルタに供給され,しかもサブフィルタは主フィルタの内
部に配置されているので,主フィルタから受熱して冷却
されることなく,サブフィルタに捕集されているパティ
キュレートは排気ガスに含まれるO2 で焼却される。When exhaust gas flows through the main filter by closing the bypass valve, exhaust gas leaking from the bypass valve flows through the sub-filter, and particulates collected by the sub-filter during regeneration of the main filter are the same. Is supplied to the sub-filter, and since the sub-filter is arranged inside the main filter, the particulates collected by the sub-filter are contained in the exhaust gas without being cooled by receiving heat from the main filter. It is incinerated at O 2.
【0018】[0018]
【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におけるフ
ィルタ構造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におけるフィルタ
構造の一実施例を示す一部破断の斜視図,図2は図1の
フィルタ構造の一例を示す断面図,図3はこのフィルタ
構造の別の例を示す断面図,及び図4はこのフィルタ構
造の更に別の例を示す断面図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of a filter structure in a diesel particulate filter according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing an embodiment of a filter structure in a diesel particulate filter according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the filter structure of FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a sectional view showing an example, and FIG. 4 is a sectional view showing still another example of the filter structure.
【0019】このディーゼルパティキュレートフィルタ
におけるフィルタ構造の一実施例を図1及び図2を参照
して説明する。この発明によるフィルタ構造は,ディー
ゼルエンジンの排気系に配置され,排気ガス中に含まれ
るカーボン,すす,スモーク等の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できるデ
ィーゼルパティキュレートフィルタに適用できるもので
ある。この実施例では,図1及び図2に示すように,フ
ィルタ25は,炭化ケイ素繊維から成る不織布28,及
び該不織布28の排気ガス流れの下流側に隣接して配置
されているSi−C系又はSi−C−Ti−O系の長繊
維から作製された織布29から作製されている。更に,
このフィルタ構造は,不織布28の排気ガス流れの上流
側に隣接して配置された金網ヒータ6,並びに不織布2
8,織布29及び金網ヒータ6を互いに保持する係止部
材30から構成されている。係止部材30は,例えば,
U字形針,ステープル,U字形留め金,籠状針金等を使
用することができる。不織布28に排気ガスを流すと,
繊維が分離して飛散する虞があるが,不織布28の後流
に織布29を配置することによって,不織布28から分
離した繊維は織布29でキャッチされ,織布29の後流
に不織布28から分離した繊維が飛散することが防止さ
れる。One embodiment of the filter structure in the diesel particulate filter will be described with reference to FIGS. A filter structure according to the present invention is disposed in an exhaust system of a diesel engine, collects particulates such as carbon, soot, and smoke contained in exhaust gas, and can heat and incinerate the collected particulates. It can be applied to In this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the filter 25 includes a non-woven fabric 28 made of silicon carbide fiber and a Si-C-based filter disposed adjacent to the non-woven fabric 28 on the downstream side of the exhaust gas flow. Alternatively, it is made of a woven fabric 29 made of Si-C-Ti-O-based long fibers. Furthermore,
This filter structure includes a wire mesh heater 6 disposed adjacent to the nonwoven fabric 28 on the upstream side of the exhaust gas flow, and the nonwoven fabric 2.
8, a woven fabric 29 and a locking member 30 for holding the wire mesh heater 6 together. The locking member 30 is, for example,
U-shaped needles, staples, U-shaped clasps, basket-shaped wires and the like can be used. When exhaust gas is passed through the nonwoven fabric 28,
Although the fibers may be separated and scattered, by disposing the woven fabric 29 downstream of the nonwoven fabric 28, the fibers separated from the nonwoven fabric 28 are caught by the woven fabric 29, This prevents the fibers separated from the splatter from scattering.
【0020】また,金網ヒータ6を構成する線材の表面
にはAl2 O3 等の非導電性材料がコーティングされて
いるものである。金網ヒータ6にAl2 O3 をコーティ
ングすることによって,金網ヒータ6に通電した場合
に,金網同志が接触したとしても,異常に通電して金網
ヒータ6が不均一に加熱されることがない。このフィル
タ25は,後述のディーゼルパティキュレートフィルタ
に組み込む場合に,主フィルタ1として適用できるもの
である。The surface of the wire constituting the wire mesh heater 6 is coated with a non-conductive material such as Al 2 O 3 . By coating the wire mesh heater 6 with Al 2 O 3 , when the wire mesh heater 6 is energized, even if the wire meshes come into contact with each other, the wire mesh heater 6 will not be heated unevenly due to abnormal electricity supply. This filter 25 can be used as the main filter 1 when incorporated in a diesel particulate filter described later.
【0021】次に,このディーゼルパティキュレートフ
ィルタにおけるフィルタ構造の別の実施例を図3を参照
して説明する。この実施例では,フィルタ26は,図3
に示すように,上記実施例のフィルタ25において,織
布29の目より粗い目を持つSi−C系又はSi−C−
Ti−O系の長繊維から作製された織布31が,金網ヒ
ータ6の排気ガス流れの上流側に隣接して配置されてい
るものであり,その他の構成については上記実施例のフ
ィルタ25と同一であるので,同一の部材には同一の符
号を付している。金網ヒータ6の上流側に金網ヒータ6
に極めて目の粗い織布31を積層して係止することによ
って,金網ヒータ6が熱応力を受けて変形することによ
る金網同志の接触が防止され,フィルタ26の加熱が不
均一になることが防止され,均一に加熱されることにな
る。このフィルタ26は,後述のディーゼルパティキュ
レートフィルタに組み込む場合に,主フィルタ1として
適用できるものである。Next, another embodiment of the filter structure of the diesel particulate filter will be described with reference to FIG. In this embodiment, the filter 26 is
As shown in FIG. 7, in the filter 25 of the above embodiment, the Si-C-based or Si-C-
A woven fabric 31 made of a Ti-O-based long fiber is arranged adjacent to the upstream side of the exhaust gas flow of the wire mesh heater 6, and other configurations are the same as those of the filter 25 of the above embodiment. Since they are the same, the same members are denoted by the same reference numerals. A wire mesh heater 6 is provided upstream of the wire mesh heater 6.
The extremely coarse woven fabric 31 is laminated and locked to prevent the wire mesh 6 from contacting each other due to the deformation of the wire mesh heater 6 due to the thermal stress, and the heating of the filter 26 becomes uneven. It is prevented and will be heated uniformly. This filter 26 can be applied as the main filter 1 when incorporated in a diesel particulate filter described later.
【0022】また,このフィルタ構造の更に別の実施例
を図4を参照して説明する。この実施例では,フィルタ
27は,図4に示すように,図3に示すフィルタ26と
比較して金網ヒータ6を不織布の内側に備えている以外
は上記実施例のフィルタ26と同一であるので,同一の
部材には同一の符号を付している。このフィルタ27
は,後述のディーゼルパティキュレートフィルタに組み
込む場合に,サブフィルタ2として適用できるものであ
る。Another embodiment of the filter structure will be described with reference to FIG. In this embodiment, as shown in FIG. 4, the filter 27 is the same as the filter 26 of the above embodiment except that the wire mesh heater 6 is provided inside the nonwoven fabric as compared with the filter 26 shown in FIG. , The same members are denoted by the same reference numerals. This filter 27
Is applicable as the sub-filter 2 when incorporated in a diesel particulate filter described later.
【0023】図5及び図6を参照して,このフィルタ構
造を適用したディーゼルパティキュレートフィルタの一
実施例を説明する。このディーゼルパティキュレートフ
ィルタの実施例では,図2又は図3に示すフィルタ25
又はフィルタ26を主フィルタ1として適用し,また,
金網ヒータを備えていないフィルタ27をサブフィルタ
2として適用している。With reference to FIGS. 5 and 6, an embodiment of a diesel particulate filter to which this filter structure is applied will be described. In this embodiment of the diesel particulate filter, the filter 25 shown in FIG.
Or, apply the filter 26 as the main filter 1, and
The filter 27 having no wire net heater is used as the sub-filter 2.
【0024】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系に配置され,排気ガス
中に含まれるカーボン,すす,スモーク等のパティキュ
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,ディーゼルエンジンの排気管(図示せず)
にフランジ23を介して連結されるケース3を有してい
る。ケース3内には,パティキュレートを捕集できる主
フィルタ1とサブフィルタ2とが排気ガス流れ方向にバ
イパス筒体4によって分離され,排気ガス流れに並列に
排気ガス入口15から排気ガス出口16に延びるように
配置されている。また,ケース3と主フィルタ1との間
には,主フィルタ1からケース3を通じて外部に放熱す
るのを防止するため遮熱材5が配置されている。This diesel particulate filter is disposed in an exhaust system of a diesel engine, and is capable of collecting particulates such as carbon, soot, and smoke contained in exhaust gas, and capable of heating and burning the collected particulates. It is. This diesel particulate filter is used for the exhaust pipe of a diesel engine (not shown).
Has a case 3 which is connected via a flange 23. In the case 3, a main filter 1 and a sub-filter 2 capable of collecting particulates are separated by a bypass cylinder 4 in the exhaust gas flow direction, and are connected in parallel with the exhaust gas flow from an exhaust gas inlet 15 to an exhaust gas outlet 16. It is arranged to extend. Further, a heat shield 5 is disposed between the case 3 and the main filter 1 in order to prevent heat from radiating from the main filter 1 to the outside through the case 3.
【0025】この実施例では,主フィルタ1は,排気ガ
ス通路22に配置され,その同心上に二重に配置された
内筒19と外筒20とから構成されている。主フィルタ
1の内筒19の内側には,主フィルタ1とサブフィルタ
2との排気ガス流れを遮断する遮蔽用バイパス筒体4が
配置され,バイパス筒体4の内側にサブフィルタ2が配
置されている。主フィルタ1及びバイパス筒体4は,複
数本の支柱18によってケース3に支持固定されてお
り,サブフィルタ2はバイパス筒体4に複数本の支柱1
7によって支持固定されている。また,排気ガス通路2
2の排気ガス入口15側において,サブフィルタ2と遮
蔽用バイパス筒体4との間には,バイパス通路21の入
口側と出口側を遮断するため,遮蔽プレート24が設け
られている。この実施例では,主フィルタ1は,排気ガ
ス流れに並列に二重に積層された筒体から構成されてい
るが,1つの筒体で構成してもよく,或いは三重以上に
積層された筒体で構成してもよいものである。即ち,主
フィルタ1の中央部にバイパス筒体4を介在して主フィ
ルタ1に対して排気ガス流れに並列にサブフィルタ2が
配置されている。In this embodiment, the main filter 1 is arranged in the exhaust gas passage 22 and is constituted by an inner cylinder 19 and an outer cylinder 20 which are arranged concentrically and doubly. Inside the inner cylinder 19 of the main filter 1, a shielding bypass cylinder 4 that blocks exhaust gas flow between the main filter 1 and the sub-filter 2 is arranged, and the sub-filter 2 is arranged inside the bypass cylinder 4. ing. The main filter 1 and the bypass cylinder 4 are supported and fixed to the case 3 by a plurality of columns 18, and the sub-filter 2 is attached to the bypass cylinder 4 by a plurality of columns 1.
7 for fixing. Also, the exhaust gas passage 2
A shield plate 24 is provided between the sub-filter 2 and the shielding bypass cylinder 4 on the side of the exhaust gas inlet 15 of the second 2 so as to shut off the inlet side and the outlet side of the bypass passage 21. In this embodiment, the main filter 1 is constituted by a cylinder which is double-layered in parallel with the exhaust gas flow. However, the main filter 1 may be constituted by one cylinder, or a cylinder which is laminated three or more times. It may be composed of a body. That is, the sub-filter 2 is arranged in parallel with the exhaust gas flow with respect to the main filter 1 with the bypass cylinder 4 interposed at the center of the main filter 1.
【0026】更に,このディーゼルパティキュレートフ
ィルタは,主フィルタ1及びサブフィルタ2の表面全体
に金網ヒータ6から成るヒータが配置されている。金網
ヒータ6は,主フィルタ1及びサブフィルタ2に捕集さ
れたパティキュレートを加熱燃焼させるために,コント
ローラ10の指令で通電制御されるように構成されてい
る。金網ヒータ6は,排気ガス通路22の主フィルタ1
の流入上流側の全面及びバイパス通路21のサブフィル
タ2の流入上流側の全面にわたって延びており,電極端
子9を通じてコントローラ10に接続されている。金網
ヒータ6は,Ni系金属で作製することが好ましく,主
フィルタ1の表面に対して均一に加熱することができる
ように構成されている。Further, in this diesel particulate filter, a heater comprising a wire mesh heater 6 is disposed on the entire surface of the main filter 1 and the sub-filter 2. The wire mesh heater 6 is configured to be energized and controlled by a command from the controller 10 in order to heat and burn the particulates collected by the main filter 1 and the sub-filter 2. The wire mesh heater 6 is connected to the main filter 1 of the exhaust gas passage 22.
And the entire surface of the bypass passage 21 on the inflow upstream side of the sub-filter 2, and is connected to the controller 10 through the electrode terminal 9. The wire mesh heater 6 is preferably made of a Ni-based metal, and is configured so that the surface of the main filter 1 can be uniformly heated.
【0027】また,サブフィルタ2の排気ガス流入側に
はサブフィルタ2の流入口を開閉するバイパス弁7が配
置されている。バイパス弁7は,コントローラ10の指
令で駆動されるアクチュエータ8によって開閉作動され
るものである。バイパス弁7には,サブフィルタ2の再
生のため,僅かな排気ガスが漏洩する通孔を形成しても
よく,また,バイパス弁7自体を漏洩するようにバイパ
ス通路21に配設してもよい。On the exhaust gas inflow side of the sub-filter 2, a bypass valve 7 for opening and closing the inflow port of the sub-filter 2 is arranged. The bypass valve 7 is opened and closed by an actuator 8 driven by a command from the controller 10. The bypass valve 7 may have a through hole through which a small amount of exhaust gas leaks for regeneration of the sub-filter 2, or may be provided in the bypass passage 21 so that the bypass valve 7 itself leaks. Good.
【0028】ケース3の排気ガス入口15には排気ガス
圧を検出する排気ガス圧センサー14が設けられてお
り,排気ガス圧センサー14によって検出された排気ガ
ス圧の情報はコントローラ10に入力されるように構成
されている。更に,コントローラ10にはエンジン作動
状態,即ち,エンジン回転数を検出する回転センサー1
1,エンジン負荷を検出する負荷センサー12及び排気
ガス温度を検出する温度センサー13が設けられてい
る。コントローラ10は,エンジン作動状態のこれらの
検出信号を受けて,エンジン作動状態に対応して予め決
定されている排気ガス圧の検出値に対応するパティキュ
レートの捕集状態を判断し,バイパス弁7の開放タイミ
ング即ち主フィルタ1の再生タイミングを制御するよう
に構成されている。An exhaust gas pressure sensor 14 for detecting an exhaust gas pressure is provided at an exhaust gas inlet 15 of the case 3, and information on the exhaust gas pressure detected by the exhaust gas pressure sensor 14 is input to the controller 10. It is configured as follows. The controller 10 further includes a rotation sensor 1 for detecting an engine operating state, that is, an engine speed.
1, a load sensor 12 for detecting an engine load and a temperature sensor 13 for detecting an exhaust gas temperature are provided. The controller 10 receives these detection signals of the engine operating state, determines the particulate collection state corresponding to the detected value of the exhaust gas pressure determined in advance in accordance with the engine operating state, and , That is, the reproduction timing of the main filter 1 is controlled.
【0029】このディーゼルパティキュレートフィルタ
は,上記構成において,サブフィルタ2の空気通過抵抗
を主フィルタ1の空気通過抵抗に比較して小さく設定さ
れているものである。主フィルタ1とサブフィルタ2と
の空気通過抵抗は,フィルタを構成する材質を変更する
ことで確保できる。例えば,サブフィルタ2を構成する
繊維径を主フィルタ1を構成する繊維径より大きくする
ことによって達成できる。そして,主フィルタ1とサブ
フィルタ2との空気通過抵抗値は,次のようにして設定
することができる。主フィルタ1とサブフィルタ2との
空気通過抵抗は,主フィルタ1の再生のためのバイパス
弁7の開放時の主フィルタ1とサブフィルタ2とを通過
する全排気ガス流量QT と,主フィルタ1の再生完了時
の主フィルタ1を通過する排気ガス流量Q2 1 との比が
QT /Q2 1 >20を満足するように設定されている。
この数値即ちQT /Q2 1 >20は,ディーゼルエンジ
ンの空気過剰率を考慮して排気ガスに含まれる約20%
の空気量によって決定されている。In this diesel particulate filter, in the above configuration, the air passage resistance of the sub-filter 2 is set smaller than the air passage resistance of the main filter 1. The air passage resistance between the main filter 1 and the sub-filter 2 can be ensured by changing the material constituting the filters. For example, this can be achieved by making the fiber diameter of the sub-filter 2 larger than the fiber diameter of the main filter 1. Then, the air passage resistance values of the main filter 1 and the sub-filter 2 can be set as follows. The air flow resistance between the main filter 1 and the sub-filter 2 is determined by the total exhaust gas flow rate Q T passing through the main filter 1 and the sub-filter 2 when the bypass valve 7 for regeneration of the main filter 1 is opened, and the main filter 1 the ratio of the exhaust gas flow rate Q 2 1 to pass through the main filter 1 during regeneration completion of 1 is set so as to satisfy Q T / Q 2 1> 20 .
The numerical i.e. Q T / Q 2 1> 20 is about 20% contained in consideration of the excess air ratio of the diesel engine exhaust gas
Is determined by the amount of air.
【0030】主フィルタ1とサブフィルタ2との空気通
過抵抗値の設定を図7を参照して説明する。図7は図5
のディーゼルパティキュレートフィルタの捕集時間Tに
対する主フィルタ1とサブフィルタ2との空気通過抵抗
値Rを示すグラフである。The setting of the air passage resistance value of the main filter 1 and the sub-filter 2 will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows FIG.
5 is a graph showing the air passage resistance R of the main filter 1 and the sub-filter 2 with respect to the collection time T of the diesel particulate filter of FIG.
【0031】主フィルタ1及びサブフィルタ2が排気ガ
スの濾過機能を有して排気ガス中のパティキュレートを
捕集する場合には,主フィルタ1とサブフィルタ2との
圧力損失は次のようになる。主フィルタ1でパティキュ
レートが捕集されて捕集時間T2 の間に主フィルタ1に
パティキュレートが堆積し,主フィルタ1が空気通過抵
抗値R2 2 になって所定の圧力損失に達すると,コント
ローラ10の指令によってアクチュエータ8が駆動して
バイパス弁7が開放し,金網ヒータ6が通電され,主フ
ィルタ1が加熱されて主フィルタ1の再生状態になる。
主フィルタ1が加熱されると,主フィルタ1に捕集され
ているパティキュレートが加熱され,排気ガス中のO2
を利用してパティキュレートはCO2 とH2 Oのガスに
変化して焼却される。When the main filter 1 and the sub-filter 2 have a function of filtering the exhaust gas and collect particulates in the exhaust gas, the pressure loss between the main filter 1 and the sub-filter 2 is as follows. Become. Was deposited particulate on the main filter 1 during the collection time T 2 and particulates are collected in the main filter 1, the main filter 1 reaches a predetermined pressure loss becomes air passage resistance value R 2 2 The actuator 8 is driven by a command from the controller 10, the bypass valve 7 is opened, the wire mesh heater 6 is energized, the main filter 1 is heated, and the main filter 1 is regenerated.
When the main filter 1 is heated, the particulates collected in the main filter 1 are heated, and O 2 in the exhaust gas is heated.
The particulates are converted into CO 2 and H 2 O gas and incinerated.
【0032】主フィルタ1の再生時には,最初は排気ガ
スのほとんどがサブフィルタ2を流れ,主フィルタ1に
は微量の排気ガスが流れるが,主フィルタ1の再生処理
が進行するに従って,主フィルタ1の空気通過抵抗値が
段々小さくなると共に,サブフィルタ2に排気ガス中の
パティキュレートが捕集されてサブフィルタ2の空気通
過抵抗値が段々大きくなる。それ故に,主フィルタ1の
再生処理の進行につれて主フィルタ1とサブフィルタ2
との空気通過抵抗のバランスによって主フィルタ1側へ
排気ガスが流れるようになる。この場合,主フィルタ1
の再生時には,主フィルタ1側に過度な排気ガス及び空
気が流れないようにすることが重要である。At the time of regeneration of the main filter 1, most of the exhaust gas first flows through the sub-filter 2, and a small amount of exhaust gas flows through the main filter 1. However, as the regeneration process of the main filter 1 proceeds, the main filter 1 , The particulate matter in the exhaust gas is collected by the sub-filter 2, and the air-passing resistance value of the sub-filter 2 becomes larger. Therefore, the main filter 1 and the sub-filter 2
The exhaust gas flows toward the main filter 1 due to the balance of the air passage resistance of the exhaust gas. In this case, the main filter 1
It is important to prevent excessive exhaust gas and air from flowing to the main filter 1 during regeneration of the main filter 1.
【0033】主フィルタ1による排気ガス中のパティキ
ュレートの捕集を所定時間T2 にわたって行って,所定
量のパティキュレートが主フィルタ1に捕集され,主フ
ィルタ1にパティキュレートが堆積して詰まった状態に
なり,その時,即ち,主フィルタ1の再生を開始する時
の主フィルタ1の空気通過抵抗値をR2 2 とする。ま
た,サブフィルタ2には排気ガスが流されていないの
で,サブフィルタ2にパティキュレートは堆積されてお
らず,その時のサブフィルタ2の空気通過抵抗値をR
1 1 とする。また,主フィルタ1の再生が終わった時の
空気通過抵抗をR2 1とし,サブフィルタ2がパティキ
ュレートで詰まった場合の空気通過抵抗をR12 とす
る。バイパス弁7が開放して主フィルタ1の再生が完了
すると,フィルタ全体での空気通過抵抗値をRとする
と,1/R=(1/R1 2 )+(1/R2 1)が成り立
つので,R=R1 2 ・R2 1 /(R1 2 +R2 1 )であ
る。従って,差圧ΔPに対して排気ガス流量の関数QT
は,Kを係数とすると, ΔP=K・QT ×〔R1 2 ・R2 1 /(R1 2 +
R2 1 )〕で表される。 また,主フィルタ1についての排気ガス流量の関数Q
2 1 とし,サブフィルタ2についての排気ガス流量の関
数Q1 2 とすると, ΔP=K・R1 2 ・Q1 2 =R2 1 ・Q2 1 QT =Q1 2 +Q2 1 で表される。 上記の各式から,Q2 1 /QT =R1 2 /(R1 2 +R
2 1 )となる。The collection of the particulates in the exhaust gas by the main filter 1 is performed for a predetermined time T 2 , a predetermined amount of the particulates is collected by the main filter 1, and the particulates are accumulated on the main filter 1 and clogged. It becomes the state at that time, i.e., the air passage resistance of the main filter 1 when starting the regeneration of the main filter 1 and R 2 2. Further, since no exhaust gas is flowing through the sub-filter 2, no particulates are deposited on the sub-filter 2, and the air passing resistance value of the sub-filter 2 at that time is represented by R
1 and 1 . Further, the air passage resistance when the reproduced main filter 1 is finished and R 2 1, the air flow resistance when the sub filter 2 is clogged with particulates and R 12. When the bypass valve 7 is opened and the regeneration of the main filter 1 is completed, assuming that the air passing resistance value of the entire filter is R, 1 / R = (1 / R 1 2 ) + (1 / R 2 1 ) holds. since a R = R 1 2 · R 2 1 / (R 1 2 + R 2 1). Therefore, the function Q T of the exhaust gas flow rate with respect to the differential pressure ΔP
, When the coefficient K, ΔP = K · Q T × [R 1 2 · R 2 1 / (R 1 2 +
Represented by R 2 1)]. The function Q of the exhaust gas flow rate for the main filter 1
2 1, and tables in when a function Q 1 2 of exhaust gas flow rates for the sub-filter 2, ΔP = K · R 1 2 · Q 1 2 = R 2 1 · Q 2 1 Q T = Q 1 2 + Q 2 1 Is done. From the formulas above, Q 2 1 / Q T = R 1 2 / (R 1 2 + R
2 1 )
【0034】主フィルタ1の再生が進行して主フィルタ
1に捕集されているパティキュレートが加熱焼却され,
主フィルタ1の再生が完了するが,その時の主フィルタ
1の空気通過抵抗値をR2 1 とする。また,その間にサ
ブフィルタ2には排気ガスが流されてサブフィルタ2が
パティキュレートを捕集時間T1 にわたって捕集してパ
ティキュレートが堆積し,その時のサブフィルタ2の空
気通過抵抗値をR1 2とする。また,主フィルタ1につ
いての排気ガス流量の関数Q2 1 とし,サブフィルタ2
についての排気ガス流量の関数Q1 2 とすると,この時
に,主フィルタ1にはパティキュレートの焼却ができる
条件が整っていれば良い。ここで,ディーゼルエンジン
の空気過剰率を考慮して排気ガスに含まれる空気量が2
0%程度とすると,Q2 1 /QT <1/20の範囲に,
主フィルタ1とサブフィルタ2との空気通過抵抗が設定
されると,主フィルタ1に捕集されているパティキュレ
ートが焼却されるのに必要な空気量が供給されることに
なる。即ち,主フィルタ1の再生時に,排気ガスにより
主フィルタ1が冷却されることなく,パティキュレート
が加熱焼却されるに十分な空気量が供給され,主フィル
タ1の再生が完了することになる。The regeneration of the main filter 1 proceeds, and the particulates collected in the main filter 1 are heated and incinerated.
To playback the main filter 1 is completed, but the air passage resistance of the main filter 1 at that time and R 2 1. Also, during which the sub-filter 2 particulates accumulated sub filter 2 is flowed exhaust gas was collected over a collecting time T 1 the particulates, the air passage resistance of the sub-filter 2 at the time R 1 and 2 . Further, a function Q 2 1 of the exhaust gas flow rate of the main filter 1, the sub-filter 2
When the function Q 1 2 of the exhaust gas flow rate of about, at this time, it is sufficient that equipped with conditions that can incineration of particulates in the main filter 1. Here, considering the excess air ratio of the diesel engine, the amount of air contained in the exhaust gas is 2
When about 0% to a range of Q 2 1 / Q T <1/20 ,
When the air passage resistance between the main filter 1 and the sub-filter 2 is set, an air amount necessary for burning the particulates collected in the main filter 1 is supplied. That is, at the time of regeneration of the main filter 1, an amount of air sufficient for heating and burning the particulates is supplied without cooling the main filter 1 by the exhaust gas, and the regeneration of the main filter 1 is completed.
【0035】主フィルタ1の再生が完了すると,その間
にサブフィルタ2は排気ガス中のパティキュレートを捕
集してサブフィルタ2にパティキュレートが堆積された
状態になる。そこで,バイパス弁7を閉鎖し,サブフィ
ルタ2の再生を開始する。その時は,サブフィルタ2は
主フィルタ1の内部に配置されているので,サブフィル
タ2には排気ガスの熱エネルギーが蓄熱され,その熱エ
ネルギーによってサブフィルタ2は加熱されているの
で,バイパス弁7の閉鎖後,直ちにサブフィルタ2に設
けたヒータ6に通電し,サブフィルタ2に捕集されたパ
ティキュレートを焼却すればよく,バイパス弁7を通じ
て漏洩する排気ガスに含まれている空気を利用してパテ
ィキュレートを燃焼し,サブフィルタ2が再生される。When the regeneration of the main filter 1 is completed, the sub-filter 2 collects the particulates in the exhaust gas during that time, and the sub-filter 2 is in a state where the particulates are accumulated. Then, the bypass valve 7 is closed and the regeneration of the sub-filter 2 is started. At that time, since the sub-filter 2 is disposed inside the main filter 1, heat energy of the exhaust gas is stored in the sub-filter 2, and the sub-filter 2 is heated by the heat energy. Immediately after closing, the heater 6 provided in the sub-filter 2 is energized to burn the particulates collected by the sub-filter 2, and the air contained in the exhaust gas leaking through the bypass valve 7 is used. The sub-filter 2 is regenerated by burning the particulates.
【0036】この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,次のように作動す
る。ディーゼルエンジンが駆動され,排気ガスが排気管
を通じて排気ガス通路22に送り込まれる。この時,バ
イパス弁7は閉鎖状態であり,排気ガスは入口15から
排気ガス通路22に送り込まれ,排気ガス通路22から
主フィルタ1を通過し,主フィルタ1で排気ガス中に含
まれるすす,カーボン,スモーク等のパティキュレート
が捕集され,クリーンな排気ガスは出口16へと排出さ
れている。捕集されたパティキュレートは主フィルタ1
に堆積することになり,図7に示すように,捕集時間に
従って主フィルタ1の空気通過抵抗が徐々に上昇するこ
とになる。一方,コントローラ10は,回転センサー1
1,負荷センサー12及び温度センサー13からの検出
信号を受け,それらの検出値からエンジン作動状態を判
断し,予め設定されている排気ガス圧の検出値が幾らに
なるとアクチュエータ8を作動してバイパス弁7を開放
するかを決定する。This diesel particulate filter is configured as described above, and operates as follows. The diesel engine is driven, and the exhaust gas is sent to the exhaust gas passage 22 through the exhaust pipe. At this time, the bypass valve 7 is in the closed state, and the exhaust gas is sent into the exhaust gas passage 22 from the inlet 15, passes through the main filter 1 from the exhaust gas passage 22, and is contained in the exhaust gas by the main filter 1. Particulates such as carbon and smoke are collected, and clean exhaust gas is discharged to the outlet 16. The collected particulates are the main filter 1
As shown in FIG. 7, the air passage resistance of the main filter 1 gradually increases in accordance with the collection time. On the other hand, the controller 10
1, receiving the detection signals from the load sensor 12 and the temperature sensor 13 and judging the engine operating state from the detected values, and when the detected exhaust gas pressure value becomes a predetermined value, the actuator 8 is operated to bypass. Determine whether to open valve 7.
【0037】そこで,排気ガス通路22に設けた排気ガ
ス圧センサー14が予め設定した排気ガス圧を検出する
と,主フィルタ1は十分なパティキュレートを捕集して
いる状態であるので,コントローラ10は,主フィルタ
1の再生を行うために,アクチュエータ8を作動する指
令を発し,アクチュエータ8の作動によってバイパス弁
7が開放される。バイパス弁7が開放すると,排気ガス
の大部分はバイパス通路21を通じてサブフィルタ2を
通過し,排気ガスの微量が排気ガス通路22から主フィ
ルタ1へ送り込まれるようになる。更に,コントローラ
10は電極端子9を通じて金網ヒータ6に電流を流す指
令を発し,金網ヒータ6は加熱されて主フィルタ1が加
熱される。サブフィルタ2を通過する排気ガスはその中
に含まれるパティキュレートがサブフィルタ2で捕集さ
れ,捕集されたパティキュレートはサブフィルタ2に堆
積する。この時,サブフィルタ2の空気通過抵抗値は,
図7に示すように,R1 1 からR1 2 へと徐々に上昇す
ることになる。When the exhaust gas pressure sensor 14 provided in the exhaust gas passage 22 detects the preset exhaust gas pressure, the main filter 1 is in a state of collecting sufficient particulates. In order to regenerate the main filter 1, a command to operate the actuator 8 is issued, and the operation of the actuator 8 opens the bypass valve 7. When the bypass valve 7 is opened, most of the exhaust gas passes through the sub-filter 2 through the bypass passage 21, and a small amount of the exhaust gas is sent from the exhaust gas passage 22 to the main filter 1. Further, the controller 10 issues a command to flow an electric current to the wire mesh heater 6 through the electrode terminal 9, the wire mesh heater 6 is heated, and the main filter 1 is heated. In the exhaust gas passing through the sub-filter 2, the particulates contained therein are collected by the sub-filter 2, and the collected particulates are deposited on the sub-filter 2. At this time, the air passage resistance value of the sub-filter 2 is
As shown in FIG. 7, so that gradually increases from R 1 1 to R 1 2.
【0038】金網ヒータ6が加熱されて主フィルタ1が
加熱されると,主フィルタ1に捕集されているパティキ
ュレートは主フィルタ1を通過する微量の排気ガスに含
まれる空気を使用してCO2 ,H2 Oに変化して焼却さ
れ,ガスになって出口16から放出される。主フィルタ
1の再生が進行すると,図7に示すように,主フィルタ
1の空気通過抵抗値はR2 2 からR2 1 へと徐々に低下
する変化し,主フィルタ1の再生が完了する。主フィル
タ1の再生完了は,エンジン作動状態を考慮して予め設
定されている排気ガス圧値によって,コントローラ10
で判断される。この時,主フィルタ1とサブフィルタ2
との空気通過抵抗のバランスによって排気ガスの流れは
サブフィルタ2から主フィルタへと徐々に多くなるよう
に移って行くようになるが,この実施例では,主フィル
タ1の再生完了時における主フィルタ1の空気通過抵抗
値R2 1 はサブフィルタ2の空気通過抵抗値R1 2 より
高くなるように設定されている。従って,主フィルタ1
の再生完了時においても,サブフィルタ2に流れる排気
ガスが主フィルタ1に流れる排気ガスよりも多くなって
いる。When the wire mesh heater 6 is heated and the main filter 1 is heated, the particulates trapped in the main filter 1 use CO contained in a small amount of exhaust gas passing through the main filter 1 to generate CO2. 2 , H 2 O, which is incinerated and converted into gas and discharged from the outlet 16. When the playback main filter 1 progresses, as shown in FIG. 7, the air passage resistance value of the main filter 1 is changed gradually decreases from R 2 2 to R 2 1, the playback is completed the main filter 1. The completion of the regeneration of the main filter 1 is determined by the controller 10 based on the exhaust gas pressure value set in advance in consideration of the engine operating state.
Is determined. At this time, the main filter 1 and the sub-filter 2
The flow of the exhaust gas is gradually increased from the sub-filter 2 to the main filter due to the balance of the air passage resistance of the main filter 1. air passage resistance R 2 1 1 is set to be higher than the air passing through the resistance R 1 2 of the sub-filters 2. Therefore, the main filter 1
When the regeneration is completed, the exhaust gas flowing through the sub-filter 2 is larger than the exhaust gas flowing through the main filter 1.
【0039】主フィルタ1の再生が完了すると,コント
ローラ10はアクチュエータ8を作動してバイパス弁7
を閉鎖する指令を発する。バイパス弁7が閉鎖すると,
排気ガスは排気ガス通路22から主フィルタ1を通過す
るようになり,通常の排気ガス処理,即ち,主フィルタ
1によるパティキュレートの捕集処理になる。この時,
微量の排気ガスはバイパス弁7に形成した通孔或いは隙
間からを通過してバイパス通路21に送り込まれる。更
に,バイパス通路21は主フィルタ1に囲まれているの
で,そこに蓄熱される状態になっている。そこで,サブ
フィルタ2に捕集されているパティキュレートは主フィ
ルタ1がパティキュレートを捕集している間に通電さ
れ,バイパス通路21からサブフィルタ2を通過する微
量の排気ガスに含まれる空気を利用して焼却され,サブ
フィルタ2は再生されることになる。このディーゼルパ
ティキュレートフィルタは,上記の作動サイクルが繰り
返されて排気ガスが連続して浄化処理されることにな
る。When the regeneration of the main filter 1 is completed, the controller 10 operates the actuator 8 to operate the bypass valve 7.
Issue a command to close When the bypass valve 7 closes
The exhaust gas passes through the main filter 1 from the exhaust gas passage 22, and a normal exhaust gas process, that is, a process of collecting particulates by the main filter 1 is performed. At this time,
A small amount of exhaust gas passes through a through hole or a gap formed in the bypass valve 7 and is sent into the bypass passage 21. Furthermore, since the bypass passage 21 is surrounded by the main filter 1, heat is stored therein. Therefore, the particulates collected by the sub-filter 2 are energized while the main filter 1 is collecting particulates, and the air contained in the minute amount of exhaust gas passing through the sub-filter 2 from the bypass passage 21 is removed. The sub-filter 2 is incinerated by use and is regenerated. In the diesel particulate filter, the above operation cycle is repeated, and the exhaust gas is continuously purified.
【0040】[0040]
【発明の効果】この発明によるディーゼルパティキュレ
ートフィルタにおけるフィルタ構造は,上記のように構
成されているので,フィルタ自体は耐熱耐酸化性に富
み,しかも積層したフィルタ繊維間を排気ガスがジグザ
グ状に流れ,その流れに伴って排気ガス中に含まれるパ
ティキュレートが繊維或いはそれらの交点に捕集され,
その部分が核となってパティキュレートがフィルタに堆
積し,三次元的な捕集効果を発揮できる。また,不織布
の繊維がその層から分離して飛散し易いが,それらの繊
維は織布で保持されて飛散することがなく,後流に流出
することが防止される。特に,本発明は,金網ヒータに
Al2 O3 がコーティングされているので,金網ヒータ
に通電した場合に,金網同志が接触したとしても,異常
に通電して金網ヒータが不均一に加熱されることがな
い。また,このフィルタ構造は,前記織布の目より粗い
目を持つSi−C系又はSi−C−Ti−O系の長繊維
から作製した織布を前記金網ヒータの排気ガス流れの上
流側に隣接して配置したので,前記金網ヒータが熱応力
を受けて変形したとしても金網同志の接触が防止され,
フィルタ自体は均一に加熱され,局部過熱が発生するこ
とがなく,フィルタに捕集されたパティキュレートを良
好に過熱焼却でき,フィルタの再生が良好に行われ,耐
久性を向上させることができる。Since the filter structure of the diesel particulate filter according to the present invention is constructed as described above, the filter itself is rich in heat resistance and oxidation resistance, and the exhaust gas has a zigzag shape between the laminated filter fibers. The flow, the particulates contained in the exhaust gas accompanying the flow are collected on the fibers or their intersections,
The part serves as a nucleus, and the particulates accumulate on the filter, thereby exhibiting a three-dimensional trapping effect. Further, the fibers of the non-woven fabric are easily separated and scattered from the layer, but the fibers are held by the woven fabric and do not scatter, and are prevented from flowing out to the downstream. In particular, in the present invention, since the wire mesh heater is coated with Al 2 O 3 , when the wire mesh heater is energized, even if the wire meshes come into contact with each other, the wire mesh heater is abnormally heated and the wire mesh heater is heated unevenly. Nothing. In addition, this filter structure is characterized in that a woven fabric made of a Si-C-based or Si-C-Ti-O-based long fiber having a coarser texture than that of the woven fabric is provided upstream of the exhaust gas flow of the wire mesh heater. Since they are arranged adjacent to each other, even if the wire mesh heater is deformed due to thermal stress, contact between the wire meshes is prevented,
The filter itself is uniformly heated, and no local overheating occurs, the particulates collected by the filter can be satisfactorily overheated and incinerated, and the regeneration of the filter can be performed satisfactorily to improve the durability.
【0041】また,このフィルタ構造は,ディーゼルエ
ンジンの排気系途中のケース内に収容された主フィルタ
と前記主フィルタの中央部にバイパス筒体を介在して前
記主フィルタに対して排気ガス流れに並列に配置された
サブフィルタとを設けたディーゼルパティキュレートフ
ィルタに容易に且つ簡単に組み込むことができる。その
ディーゼルパティキュレートフィルタとして,該主フィ
ルタの排気ガス流入側の面にヒータを配置し,前記サブ
フィルタの流入口をアクチュエータで開閉するバイパス
弁を設け,前記サブフィルタの空気通過抵抗が前記主フ
ィルタの空気通過抵抗に比較して小さく設定した場合に
は,前記バイパス弁の閉鎖時には排気ガスは前記主フィ
ルタでスムースに浄化処理され,排気ガス中のパティキ
ュレートは前記主フィルタに捕集される。Further, the filter structure has a main filter housed in a case in the middle of an exhaust system of a diesel engine, and a bypass cylinder interposed at the center of the main filter to flow exhaust gas to the main filter. It can be easily and easily incorporated into a diesel particulate filter provided with sub filters arranged in parallel. As the diesel particulate filter, a heater is arranged on the exhaust gas inflow side surface of the main filter, and a bypass valve for opening and closing the inflow port of the sub-filter by an actuator is provided. When the bypass resistance is set smaller than the air passage resistance, the exhaust gas is smoothly purified by the main filter when the bypass valve is closed, and the particulates in the exhaust gas are collected by the main filter.
【0042】更に,前記主フィルタを再生する時には,
前記バイパス弁を開放して前記金網ヒータを通電するだ
けであり,前記主フィルタに捕集されたパティキュレー
トを焼却するための空気を別置きのポンプ等を利用して
送り込む必要が無く,前記主フィルタには前記主フィル
タと前記サブフィルタとの空気通過抵抗のバランスによ
り微量の排気ガスが送り込まれることになる。しかる
に,ディーゼルエンジンの特性である空気過剰率の現象
からディーゼルエンジンの排気ガスには微量の空気が含
まれているので,その空気を利用して前記主フィルタに
捕集されているパティキュレートは焼却されることにな
る。Further, when reproducing the main filter,
It is only necessary to open the bypass valve and energize the wire mesh heater, and there is no need to pump in air for burning the particulates collected in the main filter using a separate pump or the like. A small amount of exhaust gas is sent to the filter due to the balance of air passage resistance between the main filter and the sub-filter. However, since the exhaust gas of the diesel engine contains a small amount of air due to the phenomenon of excess air ratio which is a characteristic of the diesel engine, the particulates collected in the main filter using the air are incinerated. Will be done.
【0043】従って,このフィルタ構造を組み込んだデ
ィーゼルパティキュレートフィルタは,捕集されたパテ
ィキュレートの焼却のための空気供給装置を必要としな
いばかりでなく,装置そのものがコンパクトに且つ簡単
な構造に形成され,しかも,ディーゼルエンジンから放
出される排気ガスの処理機能が極めて簡潔で且つ連続し
て排気ガスを浄化することができ,例えば,車両等のス
ペース上,厳しい場所にも良好に搭載することができ
る。Therefore, the diesel particulate filter incorporating this filter structure does not require an air supply device for incineration of the collected particulates, and the device itself is formed into a compact and simple structure. In addition, the exhaust gas emitted from the diesel engine has a very simple function of treating exhaust gas and can continuously purify the exhaust gas. it can.
【図1】この発明によるディーゼルパティキュレートフ
ィルタにおけるフィルタ構造の一実施例を示す一部破断
の斜視図である。FIG. 1 is a partially broken perspective view showing one embodiment of a filter structure in a diesel particulate filter according to the present invention.
【図2】図1のフィルタ構造の一例を示す断面図であ
る。FIG. 2 is a sectional view showing an example of the filter structure of FIG.
【図3】このフィルタ構造の別の例を示す断面図であ
る。FIG. 3 is a sectional view showing another example of the filter structure.
【図4】このフィルタ構造の更に別の例を示す断面図で
ある。FIG. 4 is a sectional view showing still another example of the filter structure.
【図5】この発明によるフィルタ構造を適用したディー
ゼルパティキュレートフィルタの一例を示し且つバイパ
ス弁の閉鎖状態を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of a diesel particulate filter to which the filter structure according to the present invention is applied, and showing a closed state of a bypass valve.
【図6】図5のディーゼルパティキュレートフィルタに
おけるバイパス弁の開放状態を示す断面図である。FIG. 6 is a sectional view showing an open state of a bypass valve in the diesel particulate filter of FIG. 5;
【図7】このフィルタ構造を組み込んだディーゼルパテ
ィキュレートフィルタにおける捕集時間に対する主フィ
ルタとサブフィルタとの空気通過抵抗値を示すグラフで
ある。FIG. 7 is a graph showing air passage resistance values of a main filter and a sub-filter with respect to a collection time in a diesel particulate filter incorporating the filter structure.
1 主フィルタ 2 サブフィルタ 3 ケース 4 バイパス筒体 6 金網ヒータ 7 バイパス弁 10 コントローラ 14 排気ガス圧センサー 21 バイパス通路 22 排気ガス通路 25,26,27 フィルタ 28 不織布 29,31 織布 30 係止部材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main filter 2 Sub-filter 3 Case 4 Bypass cylinder 6 Wire mesh heater 7 Bypass valve 10 Controller 14 Exhaust gas pressure sensor 21 Bypass passage 22 Exhaust gas passage 25, 26, 27 Filter 28 Nonwoven fabric 29, 31 Woven fabric 30 Locking member
Claims (6)
れたケース内に配置されたフィルタで排気ガス中に含ま
れるパティキュレートを捕集して加熱焼却するディーゼ
ルパティキュレートフィルタにおいて,前記フィルタ
は,前記パティキュレートを捕集する炭化ケイ素繊維か
ら成る不織布,該不織布の排気ガス流れの下流側に接し
て配置され且つ前記不織布の飛散を防止すると共に前記
不織布で捕集されずに通過した前記パティキュレートを
捕集するセラミックス長繊維から作製された織布,前記
不織布の排気ガス流れの上流側に接して配置され且つ捕
集された前記パティキュレートを加熱焼却するための金
網ヒータ,及び前記金網ヒータと共働して前記不織布と
前記織布を互いに密着保持状態に挟み込むように前記織
布に接して配置されている係止部材から構成され,前記
金網ヒータを構成するNi−Crを含有する耐熱鋼線材
の表面にAl 2 O 3 等の非導電性材料がコーティングさ
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
フィルタにおけるフィルタ構造。1. A diesel particulate filter by collecting particulates to burn pressurized heat contained in the exhaust gas arranged filter in a case incorporated in an exhaust system of a diesel engine, the filter
Is a nonwoven fabric made of carbonization silicon fibers you collect particulate matter, without being trapped by the non-woven fabric while preventing contact with disposed and scattering of the nonwoven fabric on the downstream side of the exhaust gas stream of the non-woven fabric woven fabric made from ceramic filaments as to collect particulate matter which has passed through, is disposed in contact with the upstream side of the exhaust gas stream of the nonwoven fabric and the collected money for heating burning the particulates were < a mesh heater and the nonwoven fabric in cooperation with the wire mesh heater.
The woven fabric is sandwiched between the woven fabrics so as to be held in close contact with each other.
A locking member arranged in contact with the cloth;
Heat-resistant steel wire containing Ni-Cr constituting wire mesh heater
Filter structure in a diesel particulate filter nonconductive material such as Al 2 O 3 on the surface of and wherein the being coated is <br/>.
繊維はSi−C系及びSi−C−Ti−O系の長繊維か
ら選択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におけるフィルタ構
造。2. The diesel patty according to claim 1, wherein the ceramic long fibers constituting the woven fabric are selected from Si—C-based and Si—C—Ti—O-based long fibers. Filter structure in curated filter.
系又はSi−C−Ti−O系の長繊維を積層して作製さ
れた織布が,前記金網ヒータの排気ガス流れの上流側に
隣接して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におけるフィ
ルタ構造。3. Si-C having a coarser texture than said woven fabric
2. A woven fabric formed by laminating long fibers of Si-C-Ti-O system or a Si-C-Ti-O-based long fiber is disposed adjacent to an upstream side of an exhaust gas flow of the wire mesh heater. 3. A filter structure in the diesel particulate filter described in 1. above.
れたケース内に配置された排気ガス中に含まれるパティ
キュレートを捕集して加熱焼却する主フィルタ,前記主
フィルタの中央部に配設されたバイパス筒体内で前記主
フィルタより濾過する網目が粗く且つ前記主フィルタに
並列に配置されたサブフィルタ,該サブフィルタの排気
ガス流入側に配置された前記サブフィルタの流入口を開
閉するバイパス弁,及び該バイパス弁を開閉作動するア
クチュエータを有し,前記サブフィルタの空気通過抵抗
は前記主フィルタの空気通過抵抗に比較して小さく設定
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
トフィルタにおけるフィルタ構造。4. Incorporation into an exhaust system of a diesel engine
Included in exhaust gas placed in a closed case
Main filter, said main sub-filter network for filtering from said main filter arranged to bypass tube inside the central portion are arranged in parallel with rough且previous SL main filter of the filter to heat incineration was collected curated A bypass valve disposed on the exhaust gas inflow side of the sub-filter for opening and closing the inlet of the sub-filter, and an actuator for opening and closing the bypass valve. filter structure in the feature and be Lud I over diesel particulate filter that has been set in comparison to the air flow resistance small.
前記パティキュレートを捕集する炭化ケイ素繊維から成
る不織布,該不織布の排気ガス流れの下流側に接して配
置され且つ前記不織布の飛散を防止すると共に前記不織
布で捕集されずに通過した前記パティキュレートを捕集
するセラミックス長繊維から作製された織布及び前記不
織布の排気ガス流れの上流側に接して配置され且つ捕集
された前記パティキュレートを加熱焼却するための金網
ヒータから構成されていることを特徴とする請求項4に
記載のディーゼルパティキュレートフィルタにおけるフ
ィルタ構造。 5. The main filter and the sub-filter,
It is composed of silicon carbide fibers that trap the particulates.
Non-woven fabric, which is disposed in contact with the exhaust gas flow downstream of the non-woven fabric.
To prevent scattering of the non-woven fabric and the non-woven fabric.
Collect the particulates that have passed without being collected with a cloth
Woven fabric made from ceramic long fibers
Collecting disposed on the upstream side of the woven fabric exhaust gas flow
Wire mesh for heating and burning the above particulates
The filter structure of the diesel particulate filter according to claim 4 , comprising a heater .
に積層された前記サブフィルタに設けられた前記バイパ
ス弁が開放された場合,前記金網ヒータに通電して前記
主フィルタに捕集されたパティキュレートを加熱焼却し
て再生され,前記主フィルタが捕集を再開した後,前記
サブフィルタに設けた前記金網ヒータに通電して前記サ
ブフィルタに捕集されているパティキュレートを加熱焼
却して前記サブフィルタを再生することを特徴とする請
求項5に記載のディーゼルパティキュレートフィルタに
おけるフィルタ構造。6. The main filter is energized by the wire mesh heater and collected by the main filter when the bypass valve provided in the sub-filter stacked in parallel with the exhaust gas flow is opened. is played by heating incinerate particulates, after the main filter resumes collected, heated incinerate particulates by supplying an electric current to the wire mesh heater provided on the sub-filter are trapped on the sub-filter The filter structure in the diesel particulate filter according to claim 5, wherein the sub-filter is regenerated.
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