三相交流装置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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【発明の名称】	三相交流装置を備えたディーゼルパティキュレートフィルタ装置
【発明者】	【氏名】河村英男【氏名】井川一夫
【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，フィルタに設けたヒータを三相負荷に構成し，フィルタに捕集されたパティキュレート物質を三相交流電力で効率的に加熱燃焼させてフィルタを再生する。【解決手段】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内に配置されたフィルタ３によって排気ガス中に含まれるパティキュレート物質を捕集して加熱焼却するため，発電機７からの三相交流をフィルタ３に設けたヒータを構成する三相負荷２０に三相交流装置３０によって供給する。コントローラ１０は，フィルタ３へのパティキュレート物質の堆積量及びフィルタ３の温度に応答して，三相交流装置３０を制御し，三相負荷２０で効率的にパティキュレート物質を加熱焼却する。

【特許請求の範囲】
【請求項１】エンジンからの排気ガスが流入する入口側排気管と浄化された前記排気ガスが流出する出口側排気管が設けられたハウジング，前記排気ガス中に含まれるパティキュレート物質を捕集する前記ハウジング内に配置されたフィルタ，前記エンジンによって駆動される三相交流を発電する発電機，前記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前記フィルタに設けられたヒータを構成する三相負荷，前記発電機からの前記三相交流を前記三相負荷へ供給するため前記三相交流の線が前記三相負荷にそれぞれ接続される三相交流装置，及び前記フィルタへの前記パティキュレート物質の堆積量及び前記フィルタの温度に応答して前記三相交流装置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。
【請求項２】前記排気ガスを前記フィルタが配設された排気ガス浄化室に流入させるため前記フィルタの上流側で前記フィルタを二分する領域に対向して設けられた一対の排気ガス流入口，及び前記排気ガス流入口に設けられたアクチュエータによってそれぞれ開閉する開閉弁を有し，前記コントローラは前記開閉弁を前記フィルタへの前記パティキュレート物質の前記堆積量及び前記フィルタの前記温度に応答して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。
【請求項３】前記発電機の三相電源はスター結線に構成され，前記ヒータを構成する前記三相負荷は前記スター結線のそれぞれの線に結線されたスター結線に構成され，前記三相負荷の制御は前記三相電源の交流出力によって行われることから成る請求項１又は２に記載のディーゼルパティキュレートフィルタ装置。
【請求項４】前記フィルタに密着して設けられた温度センサで検出された温度に応答して前記発電機の出力を制御し，前記フィルタの温度を予め決められた所定の温度に制御することから成る請求項１～３のいずれか１項に記載のディーゼルパティキュレートフィルタ装置。
【請求項５】前記発電機の三相電源の電圧は，整流又は昇降圧制御を行うことなく，所定電圧をベースにして変動制御されることから成る請求項１～４のいずれか１項に記載のディーゼルパティキュレートフィルタ装置。
【請求項６】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を構成するヒータ線，前記ヒータ線に接して配置された耐熱性を有するセラミック繊維がランダムに積層された第１不織布，前記第１不織布に接して配置されたＨＣの酸化を促し且つＣの燃焼温度を低減させる触媒を担持した金属部材から成る触媒層，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繊維がランダムに積層された第２不織布，及び前記第２不織布に接して配置された耐熱金属線を網み込んだ保持金網，から構成されていることから成る請求項１～５のいずれか１項に記載のディーゼルパティキュレートフィルタ装置。
【請求項７】前記ヒータの前記三相負荷は，前記ヒータ線，前記触媒層及び前記保持金網で構成され，前記三相交流の各線は前記ヒータ線，前記触媒層及び前記保持金網にそれぞれ接続されていることから成る請求項６に記載のディーゼルパティキュレートフィルタ装置。
【請求項８】前記ヒータの前記三相負荷は，前記ヒータ線及び／又は前記触媒層を複列の複数極に構成して前記ヒータを合計で３極に構成されていることから成る請求項６に記載のディーゼルパティキュレートフィルタ装置。
【請求項９】前記三相交流を前記三相負荷へ供給するための前記コントローラによるスイッチング制御を，前記三相交流の零クロス点でＯＮ－ＯＦＦ制御することから成る請求項６～８のいずれか１項に記載のディーゼルパティキュレートフィルタ装置。
【請求項１０】前記第１不織布を構成する前記セラミック繊維材は，炭化ケイ素，窒化ケイ素，アルミナ，フォルステライト等のセラミックスであることから成る請求項６～９のいずれか１項に記載のディーゼルパティキュレートフィルタ装置。
【請求項１１】前記第２不織布を構成する前記セラミック繊維材は，炭化ケイ素，窒化ケイ素，アルミナ，フォルステライト等のセラミックスであり，前記第１不織布に比較して密度が大きい構造又は厚さが厚い構造に構成されていることから成る請求項６～１０のいずれか１項に記載のディーゼルパティキュレートフィルタ装置。
【請求項１２】前記触媒層は，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｐｄ及び／又はＣｏを含んでいることから成る請求項６～１１のいずれか１項に記載のディーゼルパティキュレートフィルタ装置。

【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ためフィルタへ通電する電力を有効に供給する三相交流装置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，ＳＯ_X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。
【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では，フィルタにパティキュレート物質が捕集された時に，捕集されたパティキュレート物質を焼却してフィルタを再生する必要があり，その時にフィルタに設けたヒータに通電してパティキュレート物質を加熱焼却してフィルタを再生しなければならない。フィルタの再生には，多量の電力が必要であり，その多量の電力を得るため，エンジンには永久磁石式多極型発電機が設けられている。永久磁石式多極型発電機は，周波数の大きい交流電力が発電するが，この交流電力をそのままの状態で使用できれば，効率は１００％であり，極めて好都合である。しかし，一般的には，発電機で発電した交流電力は，スイッチングによって降圧され，整流されている。例えば，発電機で発電した交流電力を車両電力の２４Ｖに変換すると，降圧制御で８０％に効率が低下し，整流制御で８０％に効率が低下し，総計で６４％の効率低下となる。従って，発電機が５ＫＷの発電電力の能力を有していても，３．２ＫＷの出力が得られるだけである。
【０００５】また，ディーゼルパティキュレートフィルタ装置では，ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中に含まれるパティキュレート物質がフィルタに捕捉される場合に，セラミックス繊維材のフィルタにパティキュレート物質の粒子が引っ掛かり，これらの粒子が逐次大きくなり，隣接する繊維材間の隙間を埋めながら堆積していく。エンジンから排出される排気ガスの流量は，エンジンのようにエンジン負荷やエンジン回転数のエンジン作動状態によって，絶えず変化するので，排気管の排気ガス圧力を検出するのみでフィルタに堆積したパティキュレート物質の捕集量を検出した判定をすることは困難なことである。
【０００６】更に，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が，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ＳＯ_X，ＨＣを含んだ有害合成物が約２５％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。
【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，フィルタに設けたヒータを三相負荷に構成し，発電機を交流電力の位相がほぼ同一の３個の異なる巻線によって構成して発電電力を三相交流にして小さなスペースの中で有効に発電させ，発電された三相交流電力をそのままの状態でヒータの三相負荷で消費するように構成して電力を有効に利用するパティキュレート物質を加熱する三相交流装置を備えており，また，三相交流のスイッチング制御を零クロス点でＯＮ－ＯＦＦ制御してスイッチング制御を極めて簡単にし，スイッチングリレー自体を簡単な構造に構成し，更に，フィルタに捕集されたパティキュレート物質の捕集量即ち堆積量をフィルタの電気抵抗値を利用して検出し，エンジンの作動状態で大きく変化する排気ガス流量によって変る排圧を検出してパティキュレート物質の堆積量を推定する従来方式よりパティキュレート物質の堆積量を確実に正確に検出できる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入する入口側排気管と浄化された前記排気ガスが流出する出口側排気管が設けられたハウジング，前記排気ガス中に含まれるパティキュレート物質を捕集する前記ハウジング内に配置されたフィルタ，前記エンジンによって駆動される三相交流を発電する発電機，前記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前記フィルタに設けられたヒータを構成する三相負荷，前記発電機からの前記三相交流を前記三相負荷へ供給するため前記三相交流の線が前記三相負荷にそれぞれ接続される三相交流装置，及び前記フィルタへの前記パティキュレート物質の堆積量及び前記フィルタの温度に応答して前記三相交流装置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】このディーゼルパティキュレートフィルタ装置は，前記排気ガスを前記フィルタが配設された排気ガス浄化室に流入させるため前記フィルタの上流側で前記フィルタを二分する領域に対向して設けられた一対の排気ガス流入口，及び前記排気ガス流入口に設けられたアクチュエータによってそれぞれ開閉する開閉弁を有し，前記コントローラは，前記開閉弁を前記フィルタへの前記パティキュレート物質の前記堆積量及び前記フィルタの前記温度に応答して制御するように構成されている。
【００１１】前記発電機の三相電源はスター結線に構成され，前記ヒータを構成する前記三相負荷は前記スター結線のそれぞれの線に結線されたスター結線に構成され，前記三相負荷の制御は前記三相電源の交流出力によって行われる。
【００１２】前記ディーゼルパティキュレートフィルタ装置は，前記フィルタに密着して設けられた温度センサで検出された温度に応答して前記発電機の出力を制御し，前記フィルタの温度を予め決められた所定の温度に制御する。
【００１３】前記発電機の三相電源の電圧は，整流又は昇降圧制御を行うことなく，所定電圧をベースにして変動制御される。
【００１４】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を構成するヒータ線，前記ヒータ線に接して配置された耐熱性を有するセラミック繊維がランダムに積層された第１不織布，前記第１不織布に接して配置されたＨＣの酸化を促し且つＣの燃焼温度を低減させる触媒を担持した金属部材から成る触媒層，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繊維がランダムに積層された第２不織布，及び前記第２不織布に接して配置された耐熱金属線を網み込んだ保持金網，から構成されている。
【００１５】前記ヒータの前記三相負荷は，前記ヒータ線，前記触媒層及び前記保持金網で構成され，前記三相交流の各線は前記ヒータ線，前記触媒層及び前記保持金網にそれぞれ接続されている。
【００１６】前記ヒータの前記三相負荷は，前記ヒータ線及び／又は前記触媒層を複列の複数極に構成して前記ヒータを合計で３極に構成されている。
【００１７】このディーゼルパティキュレートフィルタ装置は，前記三相交流を前記三相負荷へ供給するための前記コントローラによるスイッチング制御を，前記三相交流の零クロス点でＯＮ－ＯＦＦ制御するように構成されている。従って，三相交流装置の制御は，スイッチングが極めて簡単になり，スイッチングリレー自体の構造もシンプルに構成することができる。
【００１８】前記第１不織布を構成する前記セラミック繊維材は，炭化ケイ素，窒化ケイ素，アルミナ，フォルステライト等のセラミックスである。更に，前記第２不織布を構成する前記セラミック繊維材は，炭化ケイ素，窒化ケイ素，アルミナ，フォルステライト等のセラミックスであり，前記第１不織布に比較して密度が大きい構造又は厚さが厚い構造に構成されている。
【００１９】前記触媒層は，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｐｄ及び／又はＣｏを含んでいる。
【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，発電機によって小さなスペースで有効に発電された交流電力は３個の異なる巻線でほぼ同一の位相となる三相交流であり，フィルタを再生する時に，三相交流をそのままの状態でヒータを構成する三相負荷に接続してヒータ加熱に使用でき，フィルタ自体をヒータ線と触媒層及び／又は保持金網とを同時に加熱して発電された三相交流電力を有効に利用して効率をアップさせると共に，パティキュレート物質を短時間で加熱焼却してフィルタを再生できるので，装置そのものの使用に自由度ができ，しかも，触媒層が加熱負荷として利用されるのでＨＣ，ＣＯの酸化反応を促進できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下，図面を参照して，この発明による三相交流装置を備えた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は図１のディーゼルパティキュレートフィルタ装置におけるフィルタを示す拡大斜視図，図３は図２の符号Ａ部分の拡大分解図，図４はフィルタの三相負荷を説明するための概略説明図，及び図５は発電機とフィルタとで構成された三相交流装置の結線状態を説明する回路図である。
【００２２】以下，図１を参照して，この発明による三相交流装置を備えた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。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，ＳＯ_X等から成るパティキュレート物質をフィルタ３で捕集し，フィルタ３に捕集されたパティキュレート物質をフィルタ３に設けたヒータで加熱焼却し，フィルタ３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。
【００２３】フィルタ３を配設するハウジング１は，箱状の方形に形成され，車両のボディやフレームに対してブラケット等で簡単に取り付けることができると共に，ハウジングの外面を容易に遮熱できる構造に構成されている。ハウジング１には，フィルタ３が配設された排気ガス浄化室３１を形成し且つ出口側排気管６が接続されたハウジング本体２Ａ，開閉弁１５，１６が配設された排気ガス流入室４を形成し且つ入口側排気管５が接続されたハウジングカバー２Ｂ，及び排気ガス流入室４と排気ガス浄化室３１とを区画する区画プレート２Ｃから構成されている。区画プレート２Ｃには，フィルタ３をフィルタハーフ部３Ａ，３Ｂに二分する位置に対応して排気ガス流入口１１，１２が形成されている。
【００２４】フィルタ３は，ハウジング１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の一側から対向する他側へ延びるように配設されている。フィルタ３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内の排気ガス浄化室３１に配設されている。フィルタ３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。フィルタ３は，その両端部の縁部３４がハウジング本体２Ａの周縁部３５の一部と，区画プレート２Ｃの両端部の縁部３６及びハウジングカバー２Ｂの周縁部３２一部とで挟持された状態で密封状態に固定されて排気ガス浄化室３１に配設されている。また，フィルタ３は，フィルタハーフ部３Ａ，３Ｂとの境界の蛇腹の襞の山部が固着具３７によって区画プレート２Ｃに固定されている。更に，フィルタ３は，その両側或いは中心部等の適宜の位置に，蛇腹形状の上流側から蛇腹形状に対応した形状の上流側支持板２９Ｕと，蛇腹形状の下流側から蛇腹形状に対応した形状の下流側支持板２９Ｌとが嵌め込まれており，フィルタ３の蛇腹形状が熱等で変形しないように保持されている。
【００２５】このディーゼルパティキュレートフィルタ装置は，主として，排気ガスＥＧをフィルタ３が配設された排気ガス浄化室３１に流入させるためフィルタ３の上流側でフィルタ３を二分する領域に対向して設けられた一対の排気ガス流入口１１，１２，排気ガス流入口１１，１２に設けられたアクチュエータ１３，１４によってそれぞれ開閉する開閉弁１５，１６，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に設けられたヒータを構成する三相負荷２０，エンジンによって駆動される三相交流を発電する発電機７，及び発電機７からの三相交流を三相負荷２０へ供給する三相交流装置３０を有する。コントローラ１０は，フィルタ３へのパティキュレート物質の堆積量及びフィルタ３の温度に応答して，アクチュエータ１３，１４によって開閉弁１５，１６を開閉制御すると共に，三相交流装置３０のＯＮ－ＯＦＦのスイッチングを制御するように構成されている。三相交流装置３０は，発電機７の三相交流の線３６Ｇをヒータを構成する負荷２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃから成る三相負荷２０にそれぞれ接続し，コントローラ１０の指令によって断続制御されるように構成されている。
【００２６】排気ガスＥＧは，入口側排気管５から排気ガス流入口１１及び／又は排気ガス流入口１２を通じて排気ガス浄化室３１内のフィルタ３に送り込まれ，フィルタ３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に捕集される。パティキュレート物質が焼却されて浄化された排気ガスＥＧは，出口側排気管６から外部に排出される。また，空気ポンプ１７は，空気管１８を通じて排気ガス流入口１１，１２に対応する排気ガス浄化室３１に開口する空気供給口３３からフィルタハーフ部３Ａ，３Ｂへと空気を送り込むように構成されている。空気ポンプ１７は，フィルタハーフ部３Ａ，３Ｂの再生時に，コントローラ１０の指令によってフィルタハーフ部３Ａ，３Ｂが位置する排気ガス浄化室３１に空気を供給するように制御される。図１では，空気ポンプ１７は，フィルタハーフ部３Ａ，３Ｂにそれぞれ対応して設けられているが，その構成に限らず，１台の空気ポンプ１７によって空気管１８に設けた調整弁を作動して一方又は両方のフィルタハーフ部３Ａ，３Ｂへ空気を送り込むように構成することもできる。
【００２７】フィルタ３は，排気ガス浄化室３１内で，排気ガス流入口１１，１２に対応してフィルタハーフ部３Ａ，３Ｂに二分されている。即ち，フィルタ３は，排気ガス流入口１１，１２に対応する領域に配設された一対のフィルタハーフ部３Ａ，３Ｂから構成されている。フィルタハーフ部３Ａ，３Ｂは，区画プレート等では区分されていないが，排気ガス流入口１１及び／又は排気ガス流入口１２を通じて流入する排気ガスＥＧの流れによって必然的に区分される。フィルタ３は，図３に示すように，排気ガスＥＧの流れの上流側に平行に延びるように配置されたヒータを構成するヒータ線２１，ヒータ線２１に接して配置された耐熱性を有するセラミック繊維がランダムに積層された第１不織布２２，第１不織布２２に接して配置された燃焼温度を低減させる触媒を担持した金属部材から成る触媒層２３，触媒層２３に接して配置された耐熱性を有するセラミック繊維がランダムに積層された第２不織布２４，及び第２不織布２４に接して配置された耐熱金属線を網み込んだ保持金網２５から順次積層した積層構造に構成されている。保持金網２５は，第１不織布２２や第２不織布２４の繊維或いは触媒層２３の線や粒子等が飛散することを防止し，フィルタ３の形状を保持する機能を有する。
【００２８】この実施例では，発電機７の三相電源７Ｇは，線３６Ｒがスター結線に構成され，各線３６Ｒにコイル７Ｃと抵抗７Ｒとが設けられている。三相交流装置３０は，図５に示すように，フィルタ３におけるヒータを構成する三相負荷２０の線３６Ｒがスター結線のそれぞれの線３６Ｒに結線されたスター結線に構成されている。各線３６Ｒには，コントローラ１０によってＯＮ－ＯＦＦ制御されるスイッチングリレー２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃが組み込まれている。スイッチングリレー２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃは，三相負荷２０の負荷２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃにそれぞれ対応している。負荷２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃは，ヒータ線２１と，触媒層２３及び／又は保持金網２５に対応している。コントローラ１０は，発電機７の三相電源７Ｇで発電される三相交流出力と接続する三相負荷２０へのスイッチング制御によってヒータ加熱を行うように構成されている。例えば，三相交流装置３０の一実施例は，図３に示すように，フィルタ３におけるヒータを構成する三相負荷２０がヒータ線２１，触媒層２３及び保持金網２５で構成され，発電機７の三相交流の線３６Ｒは，ヒータ線２１の端子１９Ｈ，触媒層２３の端子１９Ｃ及び保持金網２５の端子１９Ｎにそれぞれ接続されている。三相交流装置３０の別の実施例は，図４に示すように，ヒータ線２１を２条列のヒータ線２１Ａ，２１Ｂに形成し，ヒータ線２１Ａ，２１Ｂの端子１９ＨＡ，１９ＨＢに線３６Ｒを通じて発電機７の２相交流をそれぞれ接続し，発電機７の残りの１相交流を触媒層２３の端子１９Ｃに線３６Ｒを通じて接続し，ヒータ線２１の端子１９と触媒層２３の端子１９とを中性点２６で接続し，合計で三相交流を形成するように構成されている。或いは，発電機７の三相交流に対応する三相負荷２０は，ヒータ線２１を三分割したり，又は触媒層２３を三分割することもできる。また，発電機７の三相電源７Ｇの電圧は，コントローラ１０によって整流又は昇降圧制御を行うことなく，所定電圧をベースにして変動制御される。
【００２９】第１不織布２２を構成するセラミック繊維材は，炭化ケイ素（ＳｉＣ），窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄），アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃），フォルステライト等の耐熱性セラミックスであり，３０ｍｍ～１００ｍｍ程度の長さの繊維材が好ましい。また，第２不織布２４は，第１不織布２２と同様のセラミック繊維材を使用でき，第１不織布２２に比較して密度が大きい構造又は厚さが厚い構造に構成されている。
【００３０】また，触媒層２３は，ＨＣの酸化を促し且つＣの燃焼温度を低減する触媒，例えば，白金（Ｐｔ），ニッケル（Ｎｉ），クロム（Ｃｒ），パラジウム（Ｐｄ）及び／又はコバルト（Ｃｏ）を含んでいる材料から形成されている。触媒層２３は，例えば，ＮｉとＣｒとをベースにした金属線，金網，金属薄板等の金属材に，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｐｄ及び／又はＣｏ等から成る粒子を分散させた状態で担持させた材料から構成されている。
【００３１】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へのパティキュレート物質の堆積量によって変化するフィルタ３中の隔置した二面間の電気抵抗値を検出してフィルタ３へのパティキュレート物質の捕集量を検出する捕集量検出装置４０を有する。捕集量検出装置４０は，例えば，フィルタ３中に設けられた触媒層２３を構成する耐熱金属線に設けた第１電極とその下流側に配置された保持金網２５の耐熱金属線に設けた第２電極との間の電気抵抗値を，比較器とブリッジ回路とから成る抵抗検出器で検出するように構成されている。捕集量検出装置４０は，フィルタ３に堆積されたパティキュレート物質のカーボンの堆積量と電気抵抗値とが実質的に比例する特性を有することを利用してフィルタ３へのパティキュレート物質の捕集量即ち堆積量を検出するものである。
【００３２】また，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の再生時に，フィルタ３の温度を検出するためフィルタ３を縦断する方向に延びる温度センサ８，９を備えている。コントローラ１０は，温度センサ８，９で検出された温度に応答して発電機７の出力を制御し，フィルタ３の温度を予め決められた所定の温度に制御する。即ち，コントローラ１０は，温度センサ８，９によって検出されたフィルタ３のフィルタハーフ部３Ａ，３Ｂの温度及びそれらの雰囲気温度に応答して三相負荷２０への通電を制御し，フィルタ３の過熱を防止する。温度センサ８，９は，例えば，抵抗温度係数の大きいニッケル等から成る金属線３８と，金属線３８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３９から構成されている。温度センサ８，９は，例えば，フィルタ３のフィルタハーフ部３Ａ，３Ｂ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。温度センサ８，９は，例えば，ブリッジ回路と比較器を備えた回路から構成されている。温度センサ８，９は，通電された時に，金属線３８が大きい正の抵抗温度係数を有するので，フィルタ３の温度が上昇すると，金属線３８の抵抗が増大し，温度センサ８，９を流れる電流が小さくなる。そこで，温度センサ８，９を流れる電流の変化を上記回路で検出し，フィルタ３のフィルタハーフ部３Ａ，３Ｂの温度をそれぞれ検出することができる。
【００３３】コントローラ１０は，フィルタ３の過熱を防止するため，温度センサ８，９からの検出温度に応答して三相交流装置３０への通電を制御すると共に，空気ポンプ１７を駆動するモータの作動を制御して排気ガス浄化室３１内への排気ガスＥＧ又は空気の供給量を調節する。コントローラ１０は，フィルタ３のフィルタハーフ部３Ａ，３Ｂ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に少量のガスを送り込む制御をする。
【００３４】コントローラ１０は，捕集量検出装置４０によって検出されたフィルタ３の電気抵抗値を検出し，予め決められた所定の電気抵抗値より小さくなれば，フィルタ３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，その電気抵抗値に応答して再生の開始を始め，次いで，フィルタ３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，三相交流装置３０へ通電する制御を行う。また，コントローラ１０は，フィルタ３の再生に応答して空気ポンプ１７の作動と，開閉弁１５，１６の開閉作動を行うアクチュエータ１３，１４の作動を制御する。更に，コントローラ１０は，回転センサで検出されたエンジン回転数，負荷センサ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空気ポンプ１７の作動状態を制御する。また，コントローラ１０は，捕集量検出装置４０の電気抵抗値を検出し，適正なパティキュレート物質の捕集量を演算し，開閉弁１５，１６の開閉時を制御し，更に，排気ガス浄化室３１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空気ポンプ１７の作動を制御する。
【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を通じて排気ガス流入室４へ流入する。排気ガス流入室４において，例えば，図１に示すように，開閉弁１６が排気ガス流入口１２を開放し，開閉弁１５が排気ガス流入口１１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，排気ガス流入室４から排気ガス流入口１２を通じて排気ガス浄化室３１へ送り込まれる。排気ガス浄化室３１内にはフィルタ３のフィルタハーフ部３Ｂが対応しているので，排気ガスＥＧは，フィルタハーフ部３Ｂを通過して浄化され，出口側排気管６から外部へ排出される。また，フィルタハーフ部３Ａとフィルタハーフ部３Ｂとの間には，仕切板等は設けられていないが，排気ガスＥＧがフィルタハーフ部３Ａが配置されている排気ガス浄化室３１に流入する現象は流体の流れ現象から発生しない。また，排気ガスＥＧがフィルタハーフ部３Ｂ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。
【００３６】コントローラ１０は，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，捕集量検出装置４０の電気抵抗値が低下し，電気抵抗値が予め決められた所定値以下になると，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。コントローラ１０は，アクチュエータ１４を駆動して開閉弁１６で排気ガス流入口１２を閉鎖し，アクチュエータ１３を駆動して開閉弁１５を作動して排気ガス流入口１１を開放する。そこで，入口側排気管５から排気ガス流入室４に流入した排気ガスＥＧは，排気ガス流入室４から排気ガス流入口１１を通じて排気ガス浄化室３１へ送り込まれる。
【００３７】上記の処理と共に，コントローラ１０は，空気ポンプ１７を作動する制御を行い，空気ポンプ１７の作動によって，排気ガスＥＧ又は空気管１８を通じて空気供給口３３からフィルタハーフ部３Ｂが配置された排気ガス浄化室３１に供給し，パティキュレート物質の燃焼に必要な酸素を供給し，パティキュレート物質を加熱焼却する。即ち，排気ガス浄化室３１に供給された空気は，フィルタハーフ部３Ｂに捕集されているパティキュレート物質を加熱焼却するのに消費され，フィルタハーフ部３Ｂが浄化される。この時，フィルタ３に設けられた触媒層２３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９（８）によって検出され，所定温度以上になると，ヒータを切り，ヒータ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。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。
【００３８】一方，排気ガス浄化室３１内にはフィルタ３のフィルタハーフ部３Ａが対応しているので，排気ガスＥＧは，フィルタハーフ部３Ａを通過して浄化され，出口側排気管６から外部へ排出される。排気ガスＥＧがフィルタハーフ部３Ａ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。コントローラ１０は，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，捕集量検出装置４０の電気抵抗値が低下し，電気抵抗値が予め決められた所定値以下になると，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再び排気ガス浄化処理が繰り返される。
【００３９】
【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，三相交流装置を備えているので，発電機で発電された電力は有効に使用され，効率をアップでき，しかも，再生時には，フィルタをヒータ線，触媒層及び保持金網による複数面の加熱，或いは，ヒータ線と触媒層との複数面の加熱によるので，加熱焼却のレスポンスが向上し，パティキュレート物質のクイック焼却を達成できる。また，このディーゼルパティキュレートフィルタ装置は，フィルタを配設するハウジングを箱状即ち方形の形状であって極めてコンパクトな構造に構成したので，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。更に，ヒータによってフィルタが加熱される時に，温度センサを，例えば，フィルタの最も高温となる領域であるフィルタの蛇腹の折り曲げ部の高温領域に沿って配置することによって，フィルタ全域における温度は，温度センサで検出した温度以下の温度に実質的に調整され，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。
【００４０】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線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線が他のヒータ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。

【出願人】	【識別番号】５９３０５３７８２【氏名又は名称】株式会社アペックス
【出願日】	平成１２年１２月１日（２０００．１２．１）
【代理人】	【識別番号】１０００９２３４７【弁理士】【氏名又は名称】尾仲一宗
【公開番号】	特開２００２－１６８１１３（Ｐ２００２－１６８１１３Ａ）
【公開日】	平成１４年６月１４日（２００２．６．１４）
【出願番号】	特願２０００－３６６６１０（Ｐ２０００－３６６６１０）