JP2002180818A

JP2002180818A - 内燃機関の排気ガス浄化装置

Info

Publication number: JP2002180818A
Application number: JP2000379625A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Yanagihara; 弘道柳原; Zenichiro Kato; 善一郎加藤; Toshihisa Sugiyama; 敏久杉山; Yoshimitsu Henda; 良光辺田; Kazuhiko Shiratani; 和彦白谷; Rentaro Kuroki; 錬太郎黒木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-12-14
Filing date: 2000-12-14
Publication date: 2002-06-26

Abstract

(57)【要約】【課題】フィルタ捕集能力を有効に利用すること。【解決手段】フィルタ３０の排気ガス導入部には、その
外周に沿ってヒータエレメントＨＥが備えられている。
ヒータエレメントＨＥは、ヒータエレメント制御回路６
１と電力供給線を介して接続されており、ヒータエレメ
ント制御回路６１は、エンジンＥＣＵ６０からの指令に
従ってヒータエレメントＨＥに対して通電を実施する。
ヒータエレメントＨＥは、通電を受けると発熱し、フィ
ルタ３０の排気ガス導入部に堆積している浮遊粒子状物
質を燃焼させる。この結果、フィルタ３０の排気ガス導
入部に堆積していた浮遊粒子状物質が除去され、フィル
タ３０の捕集性能が回復される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気ガ
スを浄化する技術に関し、特には、排気ガス中に含まれ
る浮遊粒子状物質成分を浄化する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】これまで、内燃機関から排出される排気
ガスを浄化する技術が種々提案されている。内燃機関の
内、特にディーゼル機関では、排気ガス中に含まれる窒
素酸化物、硫化酸化物の浄化のみならず、排気ガス中に
含まれる浮遊粒子状物質の浄化が要求される。かかる要
求に対しては、内燃機関の排気ガス排出経路にフィルタ
を配置し、フィルタによって浮遊粒子状物質を捕集する
技術が知られている。フィルタに捕集された浮遊粒子状
物質は、徐々にフィルタに堆積されていく。

【０００３】フィルタに堆積した浮遊粒子状物質を除去
してフィルタを再生させる技術としては、フィルタの全
域に貴金属触媒を担持させ、貴金属触媒によって誘発さ
れる酸化反応によって浮遊粒子状物質を低温燃焼させる
技術や、ポスト噴射を実行することにより、フィルタに
対して未燃燃料を供給し、燃料の酸化反応によって浮遊
粒子状物質を燃焼させる技術が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】浮遊粒子状物質は、一
般的に、フィルタに堆積するに際して、排気ガスの導入
部であるフィルタの排気ガス導入部に堆積しやすいとい
う傾向がある。これに対して、従来のフィルタ再生技術
は、フィルタの全域に亘ってフィルタに捕集されている
浮遊粒子状物質を除去するための技術であり、フィルタ
の一部に捕集されている浮遊粒子状物質を除去するもの
ではなかった。

【０００５】したがって、従来のフィルタ再生技術によ
れば、フィルタ再生の頻度を下げれば、フィルタの捕集
能力を有効に活用できないという問題があり、一方で、
フィルタ再生の頻度を上げれば燃費の低下等をもたらす
という問題があった。また、フィルタの全域に亘ってコ
ストのかさむ貴金属触媒を担持しなければならないとい
う問題があった。

【０００６】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたものであり、フィルタ捕集能力を有効に利用するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記の課題を解決するために本発明の第１の態様は、浮遊
粒子状物質を含む排気ガスを浄化するフィルタを提供す
る。本発明の第１の態様に係る排気ガス浄化用のフィル
タは、排気ガスが導入される排気ガス導入部と、浄化済
みの排気ガスが排出される排気ガス排出部と、前記排気
ガス導入部における、前記浮遊粒子状物質に起因する前
記フィルタの目詰まりを選択的に抑制する目詰まり抑制
手段とを備えることを特徴とする。

【０００８】本発明の第１の態様に係るフィルタによれ
ば、目詰まり抑制手段によってフィルタの排気ガス導入
部における浮遊粒子状物質に起因する目詰まりが抑制さ
れるので、浮遊粒子状物質は、フィルタの排気ガス導入
部以降においても捕集され得る。したがって、フィルタ
捕集能力を有効に利用することができる。

【０００９】本発明の第１の態様に係るフィルタにおい
て、前記目詰まり抑制手段は、前記排気ガス導入部にお
ける前記フィルタの温度を前記浮遊粒子状物質の着火温
度ませ上昇させる加熱手段であっても良い。かかる構成
を備えることにより、フィルタの排気ガス導入部に堆積
した浮遊粒子状物質を燃焼、除去することができる。こ
の結果、フィルタの排気ガス導入部以降における捕集能
力を有効に利用することができる。

【００１０】本発明の第１の態様に係るフィルタにおい
て、前記目詰まり抑制手段は、前記排気ガス排出部にお
いて前記フィルタが有する空隙率よりも大きい空隙率を
有する前記排気ガス導入部におけるフィルタであっても
良い。かかる構成を備えることにより、浮遊粒子状物質
は、フィルタの排気ガス排出部まで到達し、フィルタの
排気ガス排出部から排気ガス導入部にかけて分散捕集さ
れる。この結果、フィルタの排気ガス導入部における目
詰まりを抑制し、フィルタの排気ガス導入部以降におけ
る捕集能力をも有効に利用し、フィルタ全域の捕集能力
を効率的に利用することができる。

【００１１】本発明の第１の態様に係るフィルタにおい
て、前記目詰まり抑制手段は、前記排気ガス導入部に担
持されている触媒であっても良い。また、前記触媒は吸
蔵還元型または選択還元型の触媒であっても良い。かか
る構成を備える場合には、触媒反応によって浮遊粒子状
物質が酸化、消滅させることができる。この結果、フィ
ルタの排気ガス導入部における目詰まりを抑制し、フィ
ルタの排気ガス導入部以降における捕集能力をも有効に
利用し、フィルタ全域の捕集能力を効率的に利用するこ
とができる。また、触媒として吸蔵還元型または選択還
元型の触媒を用いる場合には、浮遊粒子状物質のより迅
速な酸化を実現することができる。

【００１２】本発明の第１の態様に係るフィルタにおい
て、前記フィルタは、その捕集領域の全域に亘って前記
排気ガス中の浮遊粒子状物質を分散捕集可能な金属製フ
ィルタであり、前記内燃機関からの動圧および排気ガス
の熱エネルギの少なくともいずれか一方を利用して、前
記捕集した浮遊粒子状物質に含まれている低温着火成分
を着火させても良い。かかる構成を備える場合には、フ
ィルタに堆積した浮遊粒子状物質は、自動的に燃焼、除
去され得る。

【００１３】本発明の第２の態様は、内燃機関の排気通
路を流動する排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置を提
供する。本発明の第２の態様に係る内燃機関の排気ガス
浄化装置は、本発明の第１の態様に係るフィルタを、前
記内燃機関の排気通路に備えることを特徴とする。

【００１４】本発明の第２の態様に係る内燃機関の排気
ガス浄化装置によれば、本発明の第１の態様に係るフィ
ルタによってもたらされる作用効果を、内燃機関の排気
ガス浄化装置においても享受することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る内燃機関の浄
化装置について図面を参照しつついくつかの実施例に基
づいて説明する。

【００１６】第１の実施例：図１および図２を参照して
第１の実施例に係る内燃機関の浄化装置が適用され得る
内燃機関および給排気系の概略構成について説明する。
図１は第１の実施例に係る内燃機関の浄化装置が適用さ
れる内燃機関および給排気系の概略構成を示す説明図で
ある。図２は第１の実施例に係る内燃機関の浄化装置が
適用され得る内燃機関および給排気系の概略構成を示す
他の説明図である。なお、図２では説明の都合上、一部
を断面にて示している。

【００１７】第１の実施例に用いられる内燃機関は、軽
油を燃料とするコモンレール式のディーゼルエンジン１
０である。エンジン１０は、シリンダブロック１１内に
４つのシリンダ１２を備える４気筒エンジンであり、爆
発燃焼によりシリンダ１２を往復動するピストン１３を
介して駆動力を出力する。シリンダブロック１１の上部
にはシリンダヘッド１４が配置されており、シリンダヘ
ッド１４は、各シリンダ１２毎に吸気ポート１５および
排気ポート１６を有している。各吸気ポート１５には、
吸気側カムＩＣによって駆動されて吸気ポート１５を開
閉する吸気バルブ１５１が配置されており、各排気ポー
ト１６には、排気側カムＥＣによって駆動されて排気ポ
ート１６を開閉する排気バルブ１６１が配置されてい
る。

【００１８】各吸気ポート１５には、吸気管１７の分岐
端が連結され、各排気ポート１６には、排気管１８の分
岐端が連結されている。排気管１８から吸気管１７へ
は、排気ガスの一部を環流して燃焼室における燃焼を緩
慢にするためのＥＧＲ管１９が延伸されている。吸気管
１７の先端には吸入空気を濾過するためのエアクリーナ
１７１が配置されている。吸気管１７の途中には、燃焼
室への流入吸気量を制御する吸気制御バルブ２０、排気
ガス環流量を制御するＥＧＲバルブ２１が配置されてい
る。両バルブ２０、２１は、アクチュエータ２０１、２
１１によってそれぞれ駆動され、特に、吸気制御バルブ
２０は、アクセルペダルとリンク機構を介して機械的に
連結されていない電子制御式バルブである。排気管１８
の分岐端には、それぞれフィルタ３０が装填されてい
る。排気管１８の集合端には、排気ガス中の窒素酸化物
等を浄化する排気ガス浄化触媒、消音器（共に図示しな
い）を備える排気マフラーが結合されている。

【００１９】本実施例に係るエンジン１０は、エアクリ
ーナ１７１から吸気された空気を圧縮してシリンダ１２
内に供給するための過給器４０を備えている。過給器４
０は、吸気管１７中に配置されているコンプレッサホイ
ール４１と、排気管１８中に配置されているタービンホ
イール４２と、両ホイール４１，４２を連結する軸４３
とを備えている。本実施例における過給器４０は、可変
ノズル式の過給器であり、タービンホイール４２直前の
排気管１８（詳細には、タービンハウジング４４）に
は、排気管１８の断面積を連続的に変化させる可変翼４
５が配置されている。可変翼４５はアクチュエータ４５
１によって駆動される。また、吸気管１７の途中には、
コンプレッサホイール４１により圧縮された吸入空気を
冷却するためのインタークーラー４６が配置されてい
る。

【００２０】シリンダヘッド１４の略中央には、シリン
ダ１２、ピストン１３およびシリンダヘッド１４によっ
て形成される燃焼室に燃料を噴射するためのインジェク
タＩＪが配置されている。本実施例において用いられる
インジェクタＩＪは、高圧燃料ポンプＦＰによって昇圧
された燃料を保有するコモンレールＣＲから高圧燃料の
供給を受け、内蔵されているアクチュエータ（図示しな
い）によって開弁されるコモンレール式のインジェクタ
である。

【００２１】図３を参照して、フィルタ３０の装填状態
について詳細に説明する。図３はフィルタ３０をエンジ
ン１０の排気管１８に装填した状態を概念的に示す説明
図である。図示するように、燃焼室の上部を構成するシ
リンダヘッド１４と排気管１８との間に排気管１８の一
部を構成するフィルタホルダ３１が介装され、フィルタ
ホルダ３１内には、各燃焼室毎にフィルタ３０が装填さ
れている。フィルタホルダ３１は、シリンダヘッド１４
と排気管１８とにボルトで締結されている。フィルタ３
０は、フランジ部がフィルタホルダ３１と排気管１８と
に挟み込まれるようにして固定されている。尚、フィル
タホルダ３１とフィルタ３０との間に空気層を設けると
ともに、フランジ部を断熱材を介して挟み込むことによ
り、フィルタ３０を断熱構造としてもよい。

【００２２】フィルタ３０は、排気ガス中に含まれてい
る浮遊粒子状物質を、その捕集可能領域の全域に亘って
分散捕集可能な３次元捕集型の金属製フィルタである。
排気ガス中に含まれる浮遊粒子状物質には、一般的に煤
と総称されている着火温度が約５５０℃以上の高温着火
成分と、煤の着火温度よりも低い、約４５０℃前後の温
度で着火する低温着火成分とが含まれている。フィルタ
３０は、排気ガスの熱エネルギおよび、排気ポート１６
を介して排気管１７に排出される排気ガスの動的エネル
ギを利用して、フィルタ温度を浮遊粒子状物質の低温着
火成分の着火温度まで上昇させて、浮遊粒子状物質の高
温着火成分の燃焼を実現にするフィルタである。なお、
フィルタ３０として適用され得るフィルタの詳細な構造
については後述する。

【００２３】フィルタ３０の排気ガス導入部には、その
外周に沿ってヒータエレメントＨＥが備えられている。
ヒータエレメントＨＥは、例えば、通電抵抗により発熱
する熱線式ヒータである。ヒータエレメントＨＥは、ヒ
ータエレメント制御回路６１と電力供給線を介して接続
されており、ヒータエレメント制御回路６１は、エンジ
ンＥＣＵ６０からの指令に従ってヒータエレメントＨＥ
に対して通電を実施する。ヒータエレメントＨＥは、通
電を受けると発熱し、フィルタ３０の排気ガス導入部に
堆積している浮遊粒子状物質を燃焼させる。この結果、
フィルタ３０の排気ガス導入部に堆積していた浮遊粒子
状物質が除去され、フィルタ３０の捕集性能が回復され
る。ヒータエレメントＨＥは、熱線式ヒータに限られ
ず、例えば、排気ガス導入部側におけるフィルタ３０の
ケース３０２を通電抵抗の高い材質として、ケース３０
２に対して通電を実施しても良い。

【００２４】特に、本実施例において用いられるフィル
タ３０は、上述、および後に詳述するように、その全域
に亘って浮遊粒子状物質を分散捕集可能な３次元フィル
タであり、フィルタ３０の排気ガス導入部が浮遊粒子状
物質の堆積により閉塞されると、フィルタ３０の排気導
入部以降の捕集性能を有効に活用することができなかっ
た。また、本実施例に適用されるフィルタ３０は、浮遊
粒子状物質を分散捕集し、排気ガスの熱エネルギおよび
動的エネルギを利用することで、フィルタ３０の自動的
な再生を可能にしたフィルタである。したがって、フィ
ルタ３０では、浮遊粒子状物質を分散捕集することが要
求される。

【００２５】本実施例に係る排気ガス浄化装置では、ヒ
ータエレメントＨＥによって、フィルタ３０の排気ガス
導入部に堆積した浮遊粒子状物質を除去するので、フィ
ルタ３０の捕集性能を有効に活用することができる。ま
た、フィルタ３０の自動的な再生を促進させることがで
きる。なお、本実施例において使用する「自動的な再
生」とは、触媒による浮遊粒子状物質の活性化や、ポス
ト噴射によるフィルタへの意図的な未燃燃料の供給とい
った、外部作用を伴うことなく、通常のエンジン１０の
燃焼作用に伴って、成り行きでフィルタ３０に捕集され
た浮遊粒子状物質が浄化されることを意味する。また、
「排気ガス導入部」とは、フィルタ３０の排気ガス導入
部近傍領域を意味する。

【００２６】エンジン１０の運転状態は、エンジンＥＣ
Ｕ６０によって制御されている。エンジンＥＣＵ６０に
は、吸気制御バルブ２０（アクチュエータ２０１）、Ｅ
ＧＲバルブ２１（アクチュエータ２１１）、可変翼４５
（アクチュエータ４５１）、およびインジェクタＩＪと
が制御線を介して接続されている。エンジンＥＣＵ６０
は、制御線を介して制御信号を送信することで、吸気制
御バルブ２０、ＥＧＲバルブ２１、可変翼４５、および
インジェクタＩＪの動作を制御する。エンジンＥＣＵ６
０には、アクセルペダルの踏み込み量を開度として出力
するアクセル開度センサ５０、ブレーキペダルの踏み込
みを検出するブレーキペダルセンサ５１、エンジン１０
の回転数を検出するエンジン回転数センサ５３等が接続
されている。

【００２７】次に、上記構成を備えるエンジン１０の一
般的な動作について簡単に説明する。イグニッションキ
ーがオン位置に切り換えられると、エンジンＥＣＵ６０
は、図示しないグロープラグに通電してグロープラグの
加熱を開始すると共に計器盤上のグローランプを点灯さ
せる。エンジンＥＣＵ６０は、グロープラグの温度が燃
料の爆発燃焼に要求される所定温度まで上昇したところ
で、グローランプを消灯させ、エンジンが始動可能な状
態にあることを示す。イグニッションキーがオン位置か
ら始動位置への切り換えを検出すると、エンジンＥＣＵ
６０は、インジェクタＩＪを介してシリンダ内に燃料を
噴射し、エンジン１０が運転を開始する。

【００２８】エンジンＥＣＵ６０は、エンジン回転数セ
ンサ５３等を介してエンジン１０の始動を検出すると、
グロープラグへの通電を遮断する。エンジンＥＣＵ６０
は、主としてアクセル開度センサ５０およびエンジン回
転数センサ５３から検出データに基づいて、インジェク
タＩＪからの燃料噴射量ならびに噴射時期を決定し、イ
ンジェクタＩＪの開弁時間ならびに開弁時期を制御す
る。エンジンＥＣＵ６０は、各センサからの検出結果に
基づいて、吸気制御バルブ２０の開度、ＥＧＲバルブ２
１の開度を制御する。エンジンＥＣＵ６０はまた、過給
器４０によって適当な過給効果が得られるように、可変
翼４５の開度を制御する。

【００２９】エンジン１０の排気ポート１６から排出さ
れた排気ガス中の浮遊粒子状物質は、フィルタ３０を通
過する際に捕集され、フィルタ３０を通過後の排気ガス
中には浮遊粒子状物質が含まれていないか、含まれてい
ても微量である。

【００３０】次に、第１の実施例に係る内燃機関の浄化
装置に適用され得るフィルタ３０の詳細な構成について
図４〜図８を参照して説明する。図４は、フィルタ３０
の外観形状を示す斜視図である。理解を容易にするため
に、一部分の断面をとって内部構造を拡大して表示して
いる。フィルタ（パティキュレートフィルタ）３０は、
フランジのついた円筒状のケース３０２と、ケース３０
２内に挿入されて外周をケースに溶接されたエレメント
３０４とから構成されている。エレメント３０４は、耐
熱金属製の不織布３０６と同じく耐熱金属製の波板３０
８とを重ねて、中心棒３１０を芯にして円筒状に巻き付
けたロール構造となっている。本実施例のパティキュレ
ートフィルタ３００で用いるエレメント３０４は、外径
が約５５ｍｍ、長さが約４０ｍｍのものを使用してい
る。もちろん、これら寸法は、ディーゼルエンジンの排
気量や排気管の内径などにあわせて、適宜変更すること
ができる。

【００３１】図５は、中心棒３１０を芯にして、不織布
３０６と波板３０８とを重ねてロール状に巻き付ける様
子を概念的に示した説明図である。こうして巻き取られ
た不織布３０６同士の間隔は、波板３０８によって所定
の間隔に保たれており、不織布３０６と波板３０８との
間には、中心棒３１０の軸方向に沿って多数の通路が形
成されている。エレメント３０４の両側には、封止板３
１２が溶接されている。封止板３１２は、不織布３０６
と波板３０８との間に形成された通路を互い違いに閉塞
して、排気ガスが不織布３０６を通過する構造を形成す
る。図６を参照して、封止板３１２により排気ガスが不
織布３０６を通過する構造が形成される様子を説明す
る。

【００３２】図６は、パティキュレートフィルタ３０の
断面構造を概念的に示す説明図である。尚、図６では、
波板３０８は表示を省略している。図示するように、封
止板３１２は、所定の間隔に保たれて隣接する不織布３
０６の間に形成される通路を、互い違いになるように閉
塞する。このため、図６に矢印で示したように、図の左
側から排気ガスが流れてくると、封止板３１２で塞がれ
ていない通路に一旦は流入するが、通路の出口側は封止
板３１２で塞がれている。そこで排気ガスは、図中に太
い矢印に示すように、通路側面を構成する不織布３０６
を通って、出口側が塞がれていない通路に抜けていく。
こうして排気ガスが不織布３０６を抜ける際に、排気ガ
ス中に含まれている浮遊粒子状物質が、不織布３０６で
捕集される。

【００３３】不織布３０６は、鉄系の耐熱合金製の金属
不織布を用いて形成されている。上記各本実施例のパテ
ィキュレートフィルタ３０では、不織布３０６として、
所定範囲の諸元を有する金属製不織布を用いており、こ
のため、浮遊粒子状物質に含まれる高温着火成分である
含炭素浮遊微粒子や低温着火成分である炭化水素系化合
物を、排気ガス中の酸素と接触可能に分散した状態で捕
集することができる。参考として、不織布３０６の諸元
一例を図７に示す。尚、図７に示す不織布の諸元はあく
までも例示であって、不織布の諸元は図中に例示された
値に限定されるものではない。また、本実施例では、Ｆ
ｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金製の金属不織布を用いているが、Ｎ
ｉ系合金など、周知の他の耐熱性の金属不織布を用いて
も構わない。

【００３４】図７中に示す「繊維径」とは、不織布を形
成する金属繊維の平均直径を示す。金属不織布は、無数
の金属繊維が複雑に絡み合って形成されており、金属繊
維の間には、複雑に分岐した３次元的な通路が形成され
ている。「細孔径」とは、金属繊維間に形成された通路
断面の大きさを表す指標であり、等価な断面積を有する
円形通路の内径（直径）を示している。「細孔径」の値
は、もっとも簡便には、走査型電子顕微鏡で撮影した金
属不織布表面あるいは断面の写真に基づいて、目視によ
って計測することができる。細孔径の分布としては、代
表的には約５μｍ〜５０μｍの分布を有する不織布を用
いることができる。

【００３５】図７に例示するような所定諸元の不織布を
使用することで、排ガス中の含炭素浮遊微粒子や炭化水
素系化合物を分散した捕集することができるメカニズム
については、明確に解明されたわけではない。しかし、
推定されるメカニズムによれば、金属製の不織布に限ら
ず、例えばコーディエライト製のハニカムフィルタのよ
うなセッラミックスフィルタなどを用いても、同等の諸
元を有するフィルタであれば、本実施例と同等の結果を
得ることができると考えられる。

【００３６】尚、上述した本実施例のエレメント３０４
は、エレメント３０４の両端に封止板３１２を溶接して
形成されているものとして説明したが、以下に説明する
ように、封止板３１２を用いない構造としてもよい。

【００３７】図８は、封止板を用いない構造のエレメン
トを備えるパティキュレートフィルタ３０の断面図であ
る。図８では、図が煩雑となることをさけるために、波
板３０８の表示は省略している。前述した図６では、不
織布３０６の両端に互い違いに封止板３１２を溶接した
が、封止板を溶接する代わりに、図８に示すように、不
織布同士を端部３１３で互いに溶接してもよい。こうす
れば封止板３１２を省略することができるので、パティ
キュレートフィルタ３０をより簡便に製造することがで
きる。

【００３８】上記構成を備えるフィルタ３０によれば、
排気ガスの熱エネルギおよび排気ガスの有する動的エネ
ルギを利用して、フィルタ３０の温度を浮遊粒子状物質
の低温着火成分の着火温度まで上昇させることが可能で
あり、また、着火した低温着火成分の熱エネルギを利用
して浮遊粒子状物質の高温着火成分を着火、燃焼させて
フィルタ３０を再生することができる。なお、排気ガス
の動的エネルギは、例えば、エンジン１０の排気行程時
に排気ポートからフィルタ３０へ向かって排出される排
気ガスのガス流によりもたらされる

【００３９】以上説明したように、第１の実施例に係る
内燃機関の排気ガス浄化装置によれば、ヒータエレメン
トＨＥによってフィルタ３０の排気ガス導入部に堆積し
ている浮遊粒子状物質を燃焼させることができる。した
がって、フィルタ３０の排気ガス導入部に堆積していた
浮遊粒子状物質が除去され、フィルタ３０の捕集性能を
回復させることができる。また、ヒータエレメントＨＥ
は、ヒータエレメント制御回路６１を介して、任意の時
期に発熱させることが可能であるため、フィルタ３０の
排気ガス導入部に堆積した浮遊粒子状物質を必要に応じ
て除去することができる。

【００４０】特に、本実施例において用いられるフィル
タ３０は、その全域に亘って浮遊粒子状物質を分散捕集
可能な３次元フィルタであるから、フィルタ３０の排気
ガス導入部における浮遊粒子状物質の堆積を除去するこ
とにより、フィルタ３０の排気導入部以降の捕集性能を
有効に活用することができる。また、本実施例に適用さ
れるフィルタ３０は、浮遊粒子状物質を分散捕集し、排
気ガスの熱エネルギおよび動的エネルギを利用すること
で、フィルタ３０の自動的な再生を可能にしたフィルタ
である。したがって、ヒータエレメントＨＥによって、
フィルタ３０の排気ガス導入部に堆積した浮遊粒子状物
質を除去することによって、フィルタ３０の自動的な再
生を促進させることができる。

【００４１】第２の実施例：次に、図９を参照して第２
の実施例に係る内燃機関の排気ガス浄化装置について説
明する。図９は第２の実施例に従う、フィルタ３０をエ
ンジン１０の排気管１８に装填した状態を概念的に示す
説明図である。なお、第２の実施例に係る内燃機関の排
気ガス浄化装置の構成の内、第１の実施例に係る内燃機
関の排気ガス浄化装置の構成と同様の構成については、
同一の符合を付してその説明を省略する。

【００４２】第２の実施例では、フィルタ３０の不織布
３０６の空隙率を排気ガス導入部側のフィルタ３０ａと
排気ガス排出部側のフィルタ３０ｂとで異ならせること
によって、排気ガス導入部におけるフィルタ３０の目詰
まりを低減する。より具体的には、排気ガス導入部側の
フィルタ３０ａの空隙率を排気ガス排出部側のフィルタ
３０ｂの空隙率よりも大きくしている。なお、図９に示
すフィルタ３０の構成は、図６等に示すフィルタ３０の
構成と似ているが、図９に示すフィルタ３０の複数の水
平線は図６等に示す不織布３０６に相当するものではな
く、フィルタ３０の空隙率の大小を概念的に示すに過ぎ
ない。すなわち、実際には、排気ガス導入部側のフィル
タ３０ａを構成する不織布３０６の空隙率が大きくされ
るのであって、各不織布３０６の配置間隔が広げられる
のではない。

【００４３】第２の実施例に適用されるフィルタ３０に
よれば、排気ガス導入部側のフィルタ３０ａの空隙率が
排気ガス排出部側のフィルタ３０ｂの空隙率よりも大き
いので、当初、浮遊粒子状物質は、排気ガス導入部側の
フィルタ３０ａを通過して排気ガス排出部側のフィルタ
３０ｂに捕集され、次第に、排気ガス導入部側のフィル
タ３０ａに捕集されていく。したがって、フィルタ３０
の排気ガス導入部に浮遊粒子状物質が集中して堆積する
問題を解決することができる。すなわち、フィルタ３０
の捕集可能領域の全域に亘って、浮遊粒子状物質が分散
捕集され得る。この結果、フィルタ３０の捕集性能を有
効に活用することができる

【００４４】また、第２の実施例では、フィルタ３０を
排気ガス導入部側フィルタ３０ａと排気ガス排出部側フ
ィルタ３０ｂとに分けて装填することによって、構成要
素を追加することなく、フィルタ３０の排気ガス導入部
に浮遊粒子状物質が集中して堆積する問題を解決するこ
とができる。

【００４５】さらに、エンジンオイル中に含まれるＣａ
が灰化されることによって排気ガス中に現れる、アッシ
ュ（例えば、ＣａＳＯ₄、ＣａＰＯ₃）による、フィルタ
３０の排気ガス導入部における堆積も抑制することがで
きる。

【００４６】第３の実施例：次に、図１０を参照して第
３の実施例に係る内燃機関の排気ガス浄化装置について
説明する。図１０は第３の実施例に従う、フィルタ３０
をエンジン１０の排気管１８に装填した状態を概念的に
示す説明図である。なお、第３の実施例に係る内燃機関
の排気ガス浄化装置の構成の内、第１の実施例に係る内
燃機関の排気ガス浄化装置の構成と同様の構成について
は、同一の符合を付してその説明を省略する。

【００４７】第３の実施例では、フィルタ３０の排気ガ
ス導入部側のフィルタ３０ａの不織布３０６に触媒ＣＴ
を担持させることによって、排気ガス導入部におけるフ
ィルタ３０の目詰まりを低減する。より具体的には、排
気ガス中に含まれるＯ₂が触媒ＣＴと接触することによ
って生成される活性酸素によって、不織布３０６に捕集
された浮遊粒子状物質が酸化され、消滅する。なお、図
１０に示すフィルタ３０の構成は、説明のために、フィ
ルタ３０の排気ガス導入部側領域に触媒ＣＴが担持され
ている様子を概念的に示すに過ぎず、その例示として、
不織布３０６にに担持されている触媒ＣＴを示すもので
ある。実際には、触媒ＣＴは、不織布３０６を構成する
繊維上または波板３０８上に担持される。

【００４８】本実施例に用いられる触媒としては、例え
ば、Ｐｔ等の貴金属触媒、吸蔵還元型あるいは選択還元
型のＮＯｘ触媒である。特に、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒
を用いた場合には、排気ガス中に含まれるＮＯから得ら
れる活性酸素が触媒中に保持され、フィルタ３０が還元
雰囲気となった場合に、保持されていた活性酸素が放出
されるので、浮遊粒子状物質の酸化がより促進される。
なお、触媒としては、浮遊粒子状物質を酸化させる触
媒、排気ガス中に含まれる成分から活性酸素を生成する
触媒であればどのような触媒であってもよい。

【００４９】第３の実施例に適用されるフィルタ３０に
よれば、排気ガス導入部側におけるフィルタ３０ａの不
織布３０６に触媒が担持されているので、排気ガス導入
部側のフィルタ３０ａに捕集された浮遊粒子状物質は、
逐次、酸化される。したがって、排気ガス導入部におけ
る浮遊粒子状物質の堆積を抑制または防止することがで
きる。この結果、フィルタ３０の排気ガス導入部が堆積
する浮遊粒子状物質によって閉塞されることなく、浮遊
粒子状物質がフィルタ３０の全ての捕集可能領域に亘っ
て捕集され、フィルタ３０の捕集性能を有効に活用する
ことができる

【００５０】また、第３の実施例に用いられるフィルタ
３０の基本的な構成は、第１の実施例において説明した
フィルタ３０と同一であり、浮遊粒子状物質を分散捕集
し、排気ガスの熱エネルギおよび動的エネルギを利用し
て、捕集した浮遊粒子状物質を自動的に除去する作用を
有している。したがって、本来的にはフィルタ３０は、
自身によって捕集した浮遊粒子状物質を除去することが
できる。このようなフィルタ３０に対して、その排気ガ
ス導入部のみに触媒を担持させ、排気ガス導入部に堆積
しやすい浮遊粒子状物質を除去するようにすれば、コス
ト高となる触媒の使用量を抑制しつつ、効率的な浮遊粒
子状物質の捕集、およびフィルタ３０の再生を実現する
ことができる。

【００５１】以上、いくつかの実施例に基づき本発明に
係る内燃機関の浄化装置を説明してきたが、上記した発
明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのも
のであり、本発明を限定するものではない。本発明は、
その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変
更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含ま
れることはもちろんである。

【００５２】例えば、上記実施例では、コモンレール式
のインジェクタＩＪ、および過給器４０を粗なるディー
ゼルエンジン１０を用いて説明したが、従来より用いら
れている分配式のインジェクションポンプを備えるエン
ジン、あるいは、過給器４０を備えないエンジンに対し
ても適用され得ることは言うまでもない。さらに、上記
実施例ではエンジンとしてディーゼルエンジンを用いて
説明したが、一般的なガソリンエンジンに対しても適用
し得るのはもちろんである。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例に係る内燃機関の浄化装置が適用
される内燃機関および給排気系の概略構成を示す説明図
である。

【図２】第１の実施例に係る内燃機関の浄化装置が適用
され得る内燃機関および給排気系の概略構成を示す他の
説明図である。

【図３】フィルタ３０をエンジン１０の排気管１８に装
填した状態を概念的に示す説明図である。

【図４】第１の実施例に適用可能なフィルタ３０の外観
形状および構造を示す説明図である。

【図５】フィルタ３０で使用されるエレメントの製造方
法を示す説明図である。

【図６】フィルタ３０によって排気ガス中の浮遊粒子状
物質が捕集される様子を概念的に示す説明図である。

【図７】フィルタ３０に用いられる不織布の諸元を例示
する説明図である。

【図８】他の構成を備えるフィルタ３０によって排気ガ
ス中の浮遊粒子状物質が捕集される様子を概念的に示す
説明図である。

【図９】第２の実施例に従う、フィルタ３０をエンジン
１０の排気管１８に装填した状態を概念的に示す説明図
である。

【図１０】第３の実施例に従う、フィルタ３０をエンジ
ン１０の排気管１８に装填した状態を概念的に示す説明
図である。

【符号の説明】

１０…エンジン１１…シリンダブロック１２…シリンダ１３…ピストン１４…シリンダヘッド１５…吸気ポート１５１…吸気バルブ１６…排気ポート１６１…排気バルブ１７…吸気管１８…排気管１９…ＥＧＲ管２０…吸気制御バルブ２０１…アクチュエータ２１…ＥＧＲバルブ２１１…アクチュエータ３０…フィルタ３０２…ケース３０４…エレメント３０６…不織布３０８…波板３１０…中心棒３１２…封止版３１…フィルタホルダ４０…過給器４１…コンプレッサホイール４２…タービンホイール４３…軸４４…タービンハウジング４５…可変翼４５１…アクチュエータ４６…インタークーラー５０…アクセル開度センサ５１…ブレーキペダルセンサ５３…エンジン回線数センサ５４…フィルタ温度センサ６０…エンジンＥＣＵ６１…ヒータエレメント制御回路ＩＪ…インジェクタＩＣ…吸気側カムＥＣ…排気側カムＣＲ…コモンレールＦＰ…燃料ポンプＨＥ…ヒータエレメントＣＴ…触媒

───────────────────────────────────────────────────── 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 46/42 Ｂ０１Ｄ 46/42 Ｂ 53/94 53/36 １０３Ｃ１０３Ｂ (72)発明者杉山敏久愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者辺田良光愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者白谷和彦愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者黒木錬太郎愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3G090 AA01 AA02 AA03 BA04 4D019 AA01 BA02 BB03 BB10 BC07 BC12 CA01 CA03 CB06 CB09 4D048 AA06 AA14 AB01 AB02 BA30X BA39X BB02 BB14 BD01 CC38 CC52 CC53 CD05 CD08 EA04 4D058 JA34 JB03 JB25 MA41 MA52 SA08 TA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】浮遊粒子状物質を含む排気ガスを浄化する
フィルタであって、排気ガスが導入される排気ガス導入部と、浄化済みの排気ガスが排出される排気ガス排出部と、前記排気ガス導入部における、前記浮遊粒子状物質に起
因する前記フィルタの目詰まりを選択的に抑制する目詰
まり抑制手段とを備えるフィルタ。
【請求項２】請求項１に記載のフィルタにおいて、前記目詰まり抑制手段は、前記排気ガス導入部における
前記フィルタの温度を前記浮遊粒子状物質の着火温度ま
で上昇させる加熱手段であることを特徴とするフィル
タ。
【請求項３】請求項１に記載のフィルタにおいて、前記目詰まり抑制手段は、前記排気ガス排出部において
前記フィルタが有する空隙率よりも大きい空隙率を有す
る前記排気ガス導入部におけるフィルタであることを特
徴とするフィルタ。
【請求項４】請求項１に記載のフィルタにおいて、前記目詰まり抑制手段は、前記排気ガス導入部に担持さ
れている触媒であることを特徴とするフィルタ。
【請求項５】請求項４に記載のフィルタにおいて、前記触媒は吸蔵還元型または選択還元型の触媒であるこ
とを特徴とするフィルタ。
【請求項６】請求項１ないし請求項５のいずれかに記載
のフィルタにおいて、前記フィルタは、その捕集領域の全域に亘って前記排気
ガス中の浮遊粒子状物質を分散捕集可能な金属製フィル
タであり、前記内燃機関からの動圧および排気ガスの熱
エネルギの少なくともいずれか一方を利用して、前記捕
集した浮遊粒子状物質に含まれている低温着火成分を着
火させることを特徴とするフィルタ。
【請求項７】内燃機関の排気通路を流動する排気ガスを
浄化する排気ガス浄化装置であって、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のフィルタ
を、前記内燃機関の排気通路に備える排気ガス浄化装
置。