JP2003035127A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明の目的は、エンジンの排気ガス中の
物質を除去し得て、自己清浄機能により除去機能を確保
し得て、耐久性を向上することにある。 【構成】 このため、この発明は、エンジンから排出さ
れる排気ガスが流れる排気管の途中に装置本体を介装し
て設け、この装置本体内に酸化触媒をコーティングした
繊維状セラミックスと繊維状金属とからなる織物状のフ
ィルタエレメントを配設し、このフィルタエレメントよ
りも上流側の排気ガスを下流側に導くバイパス排気管を
設け、前記フィルタエレメントの上流側と下流側との排
気ガスの圧力差が設定値以上となった場合に前記バイパ
ス排気管のバイパス排気通路を開放するリリーフバルブ
を設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】この発明は排気ガス浄化装置
に係り、特に、エンジンの排気ガス中の物質を除去し得
て、自己清浄機能により除去機能を確保し得て、耐久性
を向上し得る排気ガス浄化装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】エンジンには、一般に、ガソリンエンジ
ンやディーゼルエンジンがあり、燃料を燃焼することに
より駆動力を取出している。燃焼により生じた排気ガス
には、そのまま大気に排出されると環境を損なう物質が
含まれている。このため、エンジンの排気系には、排気
ガスの浄化を図るべく触媒等の排気ガス浄化装置が装着
されている。 【０００３】排気ガス浄化装置としての触媒には、酸化
触媒や還元触媒、三元触媒等があり、形状的にはペレッ
トタイプ（粒状のもの）やモノリスタイプ（板状のも
の）等がある。 【０００４】酸化触媒は、酸化現象を利用して排気ガス
中のＣＯ（一酸化炭素）及びＨＣ（炭化水素）を低減さ
せるものである。還元触媒は、還元によって排気ガス中
のＮＯｘ（窒素酸化物）を低減させるものである。三元
触媒は、排気ガス中のＣＯ及びＨＣ、ＮＯｘの３つの成
分を低減させるものである。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】ところで、近時は、車
両、特にディーゼルエンジンを搭載する車両からの排気
ガス規制が強化される傾向にあり、排気ガス中に含まれ
る黒煙、粒子等の物質を除去する排気ガス浄化装置が提
案されている。 【０００６】ところが、従来の排気ガス浄化装置は、排
気ガス中の物質を捕捉するフィルタを排気通路に配設
し、このフィルタに捕捉された物質を電気ヒータやバー
ナ等の高温発生機器により高温で燃焼させて除去してい
るため、電気ヒータ用の大きな電力やバーナ用の燃料を
必要とする問題がある。 【０００７】このため、従来の排気ガス浄化装置は、電
気ヒータやバーナ、車両に搭載された発電機の大型化、
容量の大きなバッテリへの交換、バッテリの増設、燃料
タンクの搭載や燃料配管等を必要とすることにより、大
幅な改造を必要とし、コストアップを招く不都合があ
る。 【０００８】また、従来の排気ガス浄化装置は、フィル
タに捕捉した物質を高温によって燃焼させて除去してい
るが、燃焼温度が低下した場合にフィルタの目詰まりを
生じて背圧が上昇し、エンジン出力を低下させる不都合
がある。 【０００９】このため、従来の排気ガス浄化装置は、フ
ィルタに捕捉した物質の燃焼状況を監視してフィルタが
目詰まりを生じる前に完全燃焼させる必要があり、燃焼
状況を監視・判断のための制御機器、例えばセンサやコ
ンピュータ等を必要とすることから、コストアップを招
く不都合がある。 【００１０】さらに、従来の排気ガス浄化装置を車両に
搭載する場合には、長期間にわたり振動や衝撃を受ける
ことから、耐久性を必要とする。このため、従来の排気
ガス浄化装置は、フィルタのみならず、燃焼用の機器で
ある電気ヒータやバーナ等にも機械的強度を要求されこ
とになり、剛性アップのために重量増加やコストアップ
を招く不都合がある。 【００１１】 【課題を解決するための手段】そこで、この発明は、上
述不都合を除去するために、エンジンから排出される排
気ガスが流れる排気管の途中に装置本体を介装して設
け、この装置本体内に酸化触媒をコーティングした繊維
状セラミックスと繊維状金属とからなる織物状のフィル
タエレメントを配設し、このフィルタエレメントよりも
上流側の排気ガスを下流側に導くバイパス排気管を設
け、このバイパス排気管のバイパス排気通路に前記フィ
ルタエレメントの上流側と下流側との排気ガスの圧力差
が設定値以上となった場合に開放動作するリリーフバル
ブを設けたことを特徴とする。 【００１２】 【発明の実施の形態】この発明の排気ガス浄化装置は、
エンジンから排出される排気ガスが流れる排気管の途中
に介装した装置本体内に、酸化触媒をコーティングした
繊維状セラミックスと繊維状金属とからなる織物状のフ
ィルタエレメントを配設したことにより、繊維状セラミ
ックスに捕捉された排気ガス中の物質を酸化触媒によっ
て低温度で燃焼させることができるとともに、繊維状金
属によって触媒による燃焼温度の低下を防止して維持す
ることができ、高温で燃焼させるための電気ヒータやバ
ーナ等の高温発生機器を必要とせず、燃焼状態を監視・
判断するためのセンサやコンピュータ等の制御機器を必
要とせず、機械的強度の安定した繊維状セラミックスに
より振動や衝撃に対して有利な構造とすることができ
る。また、この発明の排気ガス浄化装置は、フィルタエ
レメントよりも上流側の排気ガスを下流側に導くバイパ
ス排気管を設け、このバイパス排気管のバイパス排気通
路にフィルタエレメントの上流側と下流側との排気ガス
の圧力差が設定値以上となった場合に開放動作するリリ
ーフバルブを設けたことにより、たとえフィルタエレメ
ントに目詰まりを生じても、バイパス排気管によってフ
ィルタエレメントをバイパスさせて排気ガスを大気に排
出することができる。 【００１３】 【実施例】以下図面に基づいて、この発明の実施例を説
明する。図１〜図３は、この発明の第１実施例を示すも
のである。図３において、２は車両、４は車体、６は車
室、８は前輪、１０はエンジン、１２はトランスミッシ
ョン、１４はプロペラシャフト、１６はディファレンシ
ャル、１８はアクスル、２０は後輪である。 【００１４】車両２は、車体４に搭載したディーゼル式
のエンジン１０の駆動力をトランスミッション１２から
プロペラシャフト１４、ディファレンシャル１６、アク
スル１８を介して後輪２０に伝達し、走行する。車両２
に搭載されたエンジン１０から排出される排気ガスは、
排気管２２の排気通路２４により大気に排出される。 【００１５】前記エンジン１０の排気系には、排気ガス
浄化装置２６が設けられている。排気ガス浄化装置２６
は、図１に示す如く、排気系を構成する排気管２２の途
中に装置本体２８を介装して設けている。これにより、
排気管２２は、装置本体２８よりも上流側の上流側排気
管２２−１と下流側の下流側排気管２２−２とに分割さ
れ、夫々上流側排気通路２４−１と下流側排気通路２４
−２とに区画して設けている。 【００１６】装置本体２８は、略筒形状の周板３０と、
周板３０の長手方向一端側を閉塞する上流側端板３２
と、周板３０の長手方向他端側を閉塞する下流側端板３
４と、上流側端板３２及び下流側端板３４を夫々貫通す
るよう連結された上流側連結管３６及び下流側連結管３
８と、からなる。装置本体２８は、上流側連結管３６と
下流側連結管３８とに夫々上流側排気管２２−１と下流
側排気管２２−２とを連絡し、上流側排気通路２４−１
と下流側排気通路２４−２とを夫々上流側連結通路４０
と下流側連結通路４２とに連通している。 【００１７】装置本体２８内には、フィルタエレメント
４４を配設している。フィルタエレメント４４は、図２
に示す如く、保持部材４６内にフィルタ部材４８を充填
している。保持部材４６は、耐熱温度が摂氏１０００度
以上の素材（例えば、ステンレス綱）により円筒形状に
形成するとともに全面に多数の孔４６ａを形成して設け
ている。 【００１８】フィルタ部材４８は、繊維状セラミックス
Ｃと繊維状金属Ｍとからなる素材を微細な隙間（図示せ
ず）を有するメッシュ状に編み込んで織物状に形成して
設けている。繊維状セラミックスＣは、耐熱温度が摂氏
１２００度以上のセラミックス素材により繊維状に形成
され、触媒燃焼開始温度が摂氏３００度の酸化触媒（図
示せず）をコーティングしている。 【００１９】保持部材４６内に酸化触媒をコーティング
した繊維状セラミックスＣと繊維状金属Ｍとからなる織
物状のフィルタ部材４８を充填したフィルタエレメント
４４は、円柱形状に形成され、複数本をまとめて装置本
体２８内に配設している。 【００２０】装置本体２８内には、上流側連結管３６側
の周板３０に無孔の上流側保持板５０を取付けて設け、
下流側連結管３８側の周板３０に多数の孔を有する下流
側保持板５２を取付けて設けている。これにより、装置
本体２８内は、上流側端板３２及び上流側保持板５０に
より仕切られて上流側連結通路４０に連通する上流側室
５４と、上流側保持板５０及び下流側保持板５２により
仕切られてフィルタエレメント４４を配設するフィルタ
室５６と、下流側保持板５２及び下流側端板３４により
仕切られて下流側連結通路４２に連通する下流側室５８
とに区画して設けている。 【００２１】複数本にまとめられたフィルタエレメント
４４は、一端側を装置本体２８内の上流側保持板５０に
夫々保持して設け、他端側を装置本体２８内の下流側保
持板５２に夫々保持して設けている。上流側保持板５０
には、複数本のフィルタエレメント４４の一端側に夫々
排気を導入する円筒形状の導入筒６０を設け、上流側室
５４とフィルタエレメント４４内を連通する導入通路６
２を設けている。これにより、装置本体２８内は、上流
側室５４と下流側室５８とを導入通路６２とフィルタエ
レメント４４内とフィルタ室５６とを介して連通して設
けている。 【００２２】また、排気ガス浄化装置２６は、フィルタ
エレメント４４よりも上流側の排気ガスを下流側に導く
バイパス排気管６４を設けている。バイパス排気管６４
は、一端側を上流側室５４の周板３０に連結して設ける
とともに他端側を下流側連結管３８に連結して設け、上
流側室５４と下流側連結通路４２とをバイパス排気通路
６６により連通して設けている。 【００２３】バイパス排気管６４のバイパス排気通路６
６には、フィルタエレメント４４の上流側と下流側との
排気ガスの圧力差が設定値以上となった場合に開放動作
するリリーフバルブ６８を設けている。 【００２４】次に作用を説明する。 【００２５】車両２に搭載されたエンジン１０から排出
される排気ガスは、図１に示す如く、上流側排気通路２
４−１により排気ガス浄化装置２６を構成する装置本体
２８の上流側室５４に流入する。上流側室５４の排気ガ
スは、導入通路６２によりフィルタエレメント４４内に
案内され、フィルタ部材４８中の隙間を通り、保持部材
４６の多数の孔４６ａから外のフィルタ室５６に抜け
て、下流側室５８に流入する。 【００２６】排気ガス中の物質は、フィルタ部材４８中
の隙間を通る間に繊維状セラミックスＣに捕捉され、排
気ガス中の残存酸素による酸化触媒の酸化触媒作用によ
り摂氏３００度で燃焼が開始される。酸化触媒により開
始された一部の物質の燃焼は、連鎖的に他の捕捉された
物質に伝播し、フィルタエレメント４４全体の物質を燃
焼させる。 【００２７】この排気ガス中の物質の燃焼は、フィルタ
エレメント４４に排気ガスが流れる間、連続的に続行さ
れる。また、排気ガス中の物質の燃焼温度は、フィルタ
部材４８中の繊維状金属Ｍにより維持され、低下を防止
される。 【００２８】このように、この排気ガス浄化装置２６
は、繊維状セラミックスＣに捕捉された排気ガス中の黒
煙や粒子等の物質を酸化触媒によって低温度で燃焼させ
ることができるとともに、繊維状金属Ｍによって燃焼温
度の低下を防止して維持することができる。 【００２９】このため、この排気ガス浄化装置２６は、
エンジン１０の排気ガス中の物質を低温度において完全
燃焼させて除去することができ、完全燃焼によりフィル
タエレメント４４の自己清浄機能を発揮し得て、目詰ま
りを防止して物質の除去機能を確保することができる。 【００３０】また、この排気ガス浄化装置２６は、従来
のように、高温で燃焼させるための電気ヒータやバーナ
等の高温発生機器を必要とせず、燃焼状態を監視・判断
するためのセンサやコンピュータ等の制御機器を必要と
しないことにより、大幅な改造を必要とせず低コストに
実施することができ、機械的強度の安定した繊維状セラ
ミックスＣにより振動や衝撃に対して有利な構造とする
ことができることにより、耐久性を向上することができ
る。 【００３１】さらに、この排気ガス浄化装置２６は、フ
ィルタエレメント４４よりも上流側の排気ガスを下流側
に導くバイパス排気管６４を設け、バイパス排気管６４
のバイパス排気通路６６にフィルタエレメント４４の上
流側と下流側との排気ガスの圧力差が設定値以上となっ
た場合に開放動作するリリーフバルブ６８を設けてい
る。 【００３２】これにより、この排気ガス浄化装置２６
は、たとえフィルタエレメント４４に目詰まりを生じて
も、リリーフバルブ６８が開放動作することにより、バ
イパス排気管６４によってフィルタエレメント４４をバ
イパスさせることができる。 【００３３】このため、この排気ガス浄化装置２６は、
たとえフィルタエレメント４４に目詰まりを生じても背
圧の上昇を招くことがなく、エンジン１０出力の低下を
未然に回避することができ、安定した出力を得ることが
できる。 【００３４】また、この排気ガス浄化装置２６は、装置
本体２８内にフィルタエレメント４４を配設するととも
に、フィルタエレメント４４により区画された上流側室
５４と下流側室５８とを細い導入通路６２と微細な隙間
を形成したフィルタエレメント４４とフィルタ室５６と
によって連通していることにより、細い導入通路６２に
よって連通する拡張室たるフィルタ室５６及び下流側室
５８による減圧作用とフィルタエレメント４４による吸
音作用とにより消音効果を得ることができる。 【００３５】このため、この排気ガス浄化装置２６は、
車両２に既設のマフラ（図示せず）と代替することがで
き、既設のマフラ取付位置に配設して使用することがで
き、専用の取付スペースを不要とし得て、容易に実施す
ることができる。 【００３６】なお、この発明の排気ガス浄化装置２６
は、上述実施例に限定されるものではなく、種々の応用
改変が可能である。 【００３７】例えば、図４は、排気ガス浄化装置２６の
第２実施例を示すものである。第２実施例の排気ガス浄
化装置２６は、複数のフィルタエレメント４４の一端側
を装置本体２８内の多数の孔を有する上流側保持板７０
に夫々保持して設け、他端側を装置本体２８内の無孔の
下流側保持板７２に夫々保持して設け、複数本のフィル
タエレメント４４の他端側に夫々排気を導出する円筒形
状の導出筒７４を下流側保持板７２に設け、導出筒７４
に導出通路７６を設けている。 【００３８】これにより、第２実施例の排気ガス浄化装
置２６は、排気ガスを、装置本体２８の上流側室５４か
らフィルタ室５６に案内し、保持部材４６の多数の孔４
６ａからフィルタエレメント４４内に入り、フィルタ部
材４８中の隙間を通り、下流側室５８に流入させること
ができるため、繊維状セラミックスＣに捕捉された排気
ガス中の黒煙や粒子等の物質を酸化触媒によって低温度
で燃焼させることができるとともに、繊維状金属Ｍによ
って燃焼温度の低下を防止して維持することができ、前
述第１実施例と同様の効果を得ることができる。 【００３９】図５は、排気ガス浄化装置２６の第３実施
例を示すものである。第３実施例の排気ガス浄化装置２
６は、装置本体２８内の上流側連結管３６側の周板３０
に無孔の上流側保持板７８を取付けて設け、下流側連結
管３８側の周板３０に無孔の下流側保持板８０を取付け
て設け、上流側保持板７８及び下流側保持板８０間の周
板３０外周に下流側室形成板８２を取付けて設け、下流
側室形成板８２に下流側連結管３８を貫通するように連
結して設けている。 【００４０】これにより、装置本体２８内は、上流側端
板３２及び下流側保持板８０により仕切られて上流側連
結通路４０に連通する上流側室８４と、上流側保持板７
８及び下流側保持板８０により仕切られてフィルタエレ
メント４４を配設するフィルタ室８６と、下流側保持板
８０及び下流側端板３４により仕切られた配線室８８と
に区画して設けている。また、装置本体２８には、下流
側室形成板８２により区画されてフィルタ室８６に連通
するとともに下流側連結通路４２に連通する下流側室９
０を形成して設けている。 【００４１】フィルタエレメント４４は、保持部材４６
内に酸化触媒をコーティングした繊維状セラミックスＣ
と繊維状金属Ｍとからなる織物状のフィルタ部材４８を
充填し（図２参照）、複数本にまとめられて、一端側を
装置本体２８内の上流側保持板７８に夫々保持して設
け、他端側を装置本体２８内の下流側保持板８０に夫々
保持して設けている。上流側保持板７８には、複数本の
フィルタエレメント４４の一端側に夫々排気を導入する
円筒形状の導入筒９２を設け、上流側室８４とフィルタ
エレメント４４内を連通する導入通路９４を設けてい
る。これにより、装置本体２８内は、上流側室８４と下
流側室９０とを導入通路９４とフィルタエレメント４４
内とフィルタ室８６とを介して連通して設けている。 【００４２】また、この排気ガス浄化装置２６は、フィ
ルタエレメント４４内にヒータ９６を配設している。ヒ
ータ９６は、一端側を下流側保持板８０に貫通して保持
され、中間部位をフィルタエレメント４４内に挿通さ
れ、他端側を上流側保持板７８近傍に位置させて配設し
ている。ヒータ９６の配線室８８に臨む一端側には、電
源線９８の一端側を接続して設けている。電源線９８の
他端側は、制御盤１００に接続して設けている。制御盤
１００は、フィルタエレメント４４の酸化触媒の酸化触
媒作用による燃焼温度が低い場合に、ヒータ９６に電源
を供給して酸化触媒作用による燃焼を維持し得る温度
（例えば、摂氏３８０度以上）にフィルタエレメント４
４を加熱する。 【００４３】なお、この排気ガス浄化装置２６は、前述
実施例と同様に、一端側を上流側室５４の周板３０に連
結して設けるとともに他端側を下流側連結管３８に連結
したバイパス管６４を設け、上流側室５４と下流側連結
通路４２とをバイパス排気通路６６により連通して設
け、バイパス排気通路６６にフィルタエレメント４４の
上流側と下流側との排気ガスの圧力差が設定値以上とな
った場合に開放動作するリリーフバルブ６８を設けてい
る。 【００４４】これにより、第３実施例の排気ガス浄化装
置２６は、排気ガスを、装置本体２８の上流側室８４か
らフィルタエレメント４４内に案内し、フィルタ部材４
８中の隙間を通り、保持部材４６の多数の孔４６ａから
外のフィルタ室８６に入り、下流側室９０に流入させる
ことができるため、繊維状セラミックスＣに捕捉された
排気ガス中の黒煙や粒子等の物質を酸化触媒によって低
温度で燃焼させることができるとともに、繊維状金属Ｍ
によって燃焼温度の低下を防止して維持することがで
き、前述第１実施例と同様の効果を得ることができる。 【００４５】また、第３実施例の排気ガス浄化装置２６
は、フィルタエレメント４４内にヒータ９６を配設し、
酸化触媒の酸化触媒作用による燃焼を維持し得る温度に
フィルタエレメント４４を加熱するようヒータ９６に電
源を供給する制御盤１００を設けている。これにより、
この排気ガス浄化装置２６は、燃焼温度が低い場合であ
っても、ヒータ９６によって加熱して酸化触媒作用を維
持し得る温度に加熱することができ、排気ガス中の黒煙
や粒子等の物質を酸化触媒によって低温度で燃焼させて
除去することができる。 【００４６】 【発明の効果】このように、この発明の排気ガス浄化装
置は、繊維状セラミックスに捕捉された排気ガス中の物
質を酸化触媒によって低温度で燃焼させることができる
とともに、繊維状金属によって触媒による燃焼温度の低
下を防止して維持することができ、高温で燃焼させるた
めの電気ヒータやバーナ等の高温発生機器を必要とせ
ず、燃焼状態を監視・判断するためのセンサやコンピュ
ータ等の制御機器を必要とせず、機械的強度の安定した
繊維状セラミックスにより振動や衝撃に対して有利な構
造とすることができ、また、たとえフィルタエレメント
に目詰まりを生じても、バイパス排気管によってフィル
タエレメントをバイパスさせて排気ガスを大気に排出す
ることができる。 【００４７】このため、この排気ガス浄化装置は、エン
ジンの排気ガス中の物質を低温度において完全燃焼させ
て除去することができ、完全燃焼により自己清浄機能を
発揮し得て、目詰まりを防止して除去機能を確保し得
て、高温発生機器や制御機器を必要しないことにより、
大幅な構造必要とせず低コストに実施し得て、振動や衝
撃に対して有利な構造であることにより、耐久性を向上
し得て、また、たとえフィルタエレメントに目詰まりを
生じても排気ガスを大気に排出し得ることにより、背圧
の上昇を招くことがなく、エンジン出力の低下を未然に
回避することができ、安定した出力を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】 【図１】この発明の第１実施例を示す排気ガス浄化装置
の断面図である。 【図２】フィルタエレメントの拡大部分斜視図である。 【図３】排気ガス浄化装置を搭載した車両の概略平面図
である。 【図４】第２実施例を示す排気ガス浄化装置の断面図で
ある。 【図５】第３実施例を示す排気ガス浄化装置の断面図で
ある。 【符号の説明】 ２ 車両 １０ エンジン ２２ 排気管 ２６ 排気ガス浄化装置 ２８ 装置本体 ４４ フィルタエレメント ６４ バイパス排気管 ６６ バイパス排気通路 ６８ リリーフバルブ

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｆ０１Ｎ 3/20 Ｆ０１Ｎ 3/20 Ｕ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 エンジンから排出される排気ガスが流れ
   る排気管の途中に装置本体を介装して設け、この装置本
   体内に酸化触媒をコーティングした繊維状セラミックス
   と繊維状金属とからなる織物状のフィルタエレメントを
   配設し、このフィルタエレメントよりも上流側の排気ガ
   スを下流側に導くバイパス排気管を設け、前記フィルタ
   エレメントの上流側と下流側との排気ガスの圧力差が設
   定値以上となった場合に前記バイパス排気管のバイパス
   排気通路を開放するリリーフバルブを設けたことを特徴
   とする排気ガス浄化装置。