JP2004019588A - 内燃機関のパティキュレートフィルタ - Google Patents

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Abstract

【課題】パティキュレートフィルタの排気流通路の開口を塞ぐための隔壁の変形量をできるだけ少なくすると共に、パティキュレートフィルタの強度をできるだけ高くする。
【解決手段】互いに略平行に延びる３つの多孔質の隔壁２によって形成される断面三角形の排気流通路３ａ、３ｂを複数個具備する。隣接する排気流通路のうちの一方の排気流通路３ａにおいては該排気流通路を画成する隔壁の一方の端部がこれら端部の先端部に向かって互いに近づくように変形されて該変形された隔壁の先端部同志が接続されることによって該排気流通路の開口が少なくとも部分的に塞がれている。他方の排気流通路３ｂにおいては該排気流通路を画成する隔壁の他方の端部がこれら端部の先端部に向かって互いに近づくように変形されて該変形された隔壁の先端部同志が接続されることによって該排気流通路の開口が少なくとも部分的に塞がれている。
【選択図】　　　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関のパティキュレートフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関から排出される排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタが、特表平８−５０８１９９号公報に開示されている。このパティキュレートフィルタは隔壁によって画成された複数の排気流通路を有する。また、この公報では、排気流通路を画成する隔壁を構成する材料として、多孔質の材料を採用し、そして、各排気流通路の上流側の開口と下流側の開口とを交互に塞ぐことによって、排気ガスが隔壁を通った後にパティキュレートフィルタから流出するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記公報では、各排気流通路の開口領域の隔壁を互いに近づけるように変形し、これら隔壁の先端部同志を接続することによって、各排気流通路の開口を塞いでいる。このような形で排気流通路の開口を塞ぐようにしている場合、排気流通路の開口を塞ぐために隔壁を変形する量が少ないほうが、隔壁を変形しやすいという利点がある。また、一般的に、パティキュレートフィルタの強度は高いほうが好ましい。そこで、本発明の目的は、パティキュレートフィルタの排気流通路の開口を塞ぐための隔壁の変形量をできるだけ少なくすると共に、パティキュレートフィルタの強度をできるだけ高くすることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、１番目の発明では、内燃機関の燃焼室から排出される排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタにおいて、互いに略平行に延びる３つの多孔質の隔壁によって形成される断面三角形の排気流通路を複数個具備し、隣接する排気流通路のうちの一方の排気流通路においては該排気流通路を画成する隔壁の一方の端部がこれら端部の先端部に向かって互いに近づくように変形されて該変形された隔壁の先端部同志が接続されることによって該排気流通路の開口が少なくとも部分的に塞がれており、他方の排気流通路においては該排気流通路を画成する隔壁の他方の端部がこれら端部の先端部に向かって互いに近づくように変形されて該変形された隔壁の先端部同志が接続されることによって該排気流通路の開口が少なくとも部分的に塞がれている。
【０００５】
上記課題を解決するために、２番目の発明では、１番目の発明において、互いに略平行に延びる４つの多孔質の隔壁によって形成される断面四角形の排気流通路をさらに複数個具備し、隣接するこれら断面四角形の排気流通路のうちの一方の排気流通路においては該排気流通路を画成する隔壁の一方の端部がこれら端部の先端部に向かって互いに近づくように変形されて該変形された隔壁の先端部同志が接続されることによって該排気流通路の開口が少なくとも部分的に塞がれており、他方の断面四角形の排気流通路においては該排気流通路を画成する隔壁の他方の端部がこれら隔壁の先端部に向かって互いに近づくように変形されて該変形された隔壁の先端部同志が接続されることによって該排気流通路の開口が少なくとも部分的に塞がれている。
【０００６】
３番目の発明では、２番目の発明において、パティキュレートフィルタに到来した排気ガスが集中する領域に断面三角形の排気流通路が配設され、これら断面三角形の排気流通路が配設された領域周りに断面四角形の排気流通路が配設される。
【０００７】
４番目の発明では、２番目の発明において、断面三角形の排気流通路と断面四角形の排気流通路とが予め定められた割合でもって分散して配設されている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を説明する。図１は第１実施形態のパティキュレートフィルタを示している。第１実施形態のパティキュレートフィルタ（以下、フィルタと称す）１は円筒形であり、詳細は後述するが、その中心軸線Ｃに対して平行に延びる複数の排気流通路を有する。
【０００９】
図２は、第１実施形態のフィルタ１の使用例を示している。図２において、１０は機関本体、１１は吸気通路、１２は排気通路を示している。排気通路１２はケーシング１３に接続されている。フィルタ１はケーシング１３内に配置される。このようにフィルタ１が使用される場合、機関本体１０内に形成されている燃焼室（図示せず）から排出される排気ガスが排気通路１２を介してフィルタ１に到来する。フィルタ１に到来した排気ガスは、フィルタ１の円形をなす一方の端面からフィルタ１内に流入し、円形をなす他方の端面からフィルタ１の外へと流出する。以下の説明では、フィルタ１に排気ガスが流入する側を上流側と称し、フィルタ１から排気ガスが流出する側を下流側と称する。
【００１０】
フィルタ１はそこに流入する排気ガス中の微粒子を捕集することができる。こうした微粒子を捕集するためのフィルタが搭載される内燃機関としては、例えば、燃焼室内にて主にカーボンからなる微粒子が生成される圧縮着火式の内燃機関がある。もちろん、本発明のフィルタ１にて採用される構造は、排気ガス中の微粒子を捕集するためのフィルタとしての構造として以外に、排気ガス中の特定成分を浄化するための触媒を担持するための担体の構造としても利用可能である。
【００１１】
図３はフィルタ１の断面を示している。図３において、（Ａ）は図１および図２のＩＩ−ＩＩ線に沿ったフィルタ１の断面の一部を示しており、（Ｂ）は図３（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿ったフィルタ１の断面を示している。
【００１２】
図３（Ｂ）に示したように、フィルタ１はその中心軸線Ｃ（図１）に対して平行に延びる複数の隔壁２を有する。これら隔壁２は、フィルタ１の円形をなす一方の端面から円形をなす他方の端面まで延びる。隔壁２は多孔質の材料から形成されており、したがって、隔壁２はその内部に多数の細孔を有する。また、図３（Ａ）に示したように、フィルタ１は３つの隔壁２によって画成される断面正三角形の排気流通路３ａ、３ｂを複数個具備する。
【００１３】
また、詳細は後述するが、第１実施形態では、隣接する２つの排気流通路３ａ、３ｂのうち一方の排気流通路３ａが一方の端部において完全に塞がれており、他方の排気流通路３ｂが他方の端部において完全に塞がれている。云い換えれば、各排気流通路３ａ、３ｂの一方の端部の開口と他方の端部の開口とが交互に塞がれている。すなわち、一方の端部において、一方の排気流通路３ａの端部開口は閉じられておらず（開放されており）、他方の排気流通路３ｂの端部開口は閉じられている。そして、他方の端部では、一方の排気流通路３ａの端部開口は閉じられており、他方の排気流通路３ｂの端部開口は閉じられていない（開放されている）。
【００１４】
したがって、フィルタ１に到来した排気ガスは、始めに、上流側の端部開口が閉じられていないほうの排気流通路（以下、排気流入通路と称す）３ａに流入し、隔壁２を通って、隣接する排気流通路（以下、排気流出通路と称す）３ｂに流入し、最終的には、この排気流出通路３ｂの下流側の端部開口を介してフィルタ１から流出する。こうしたフィルタ１内における排気ガスの流れの様子は、図３（Ｂ）において矢印で示されている。
【００１５】
図４は、上流側から見た第１実施形態のフィルタ端面の一部を示している。図４に示されているように、各排気流出通路３ｂを画成する３つの隔壁２は、当該排気流出通路３ｂの上流側の開口を閉塞するように、その上流側の端部において、互いに接続されている。そして、これら互いに接続された隔壁端部に隣接した隔壁２の部分は、上流側のフィルタ端面に向かって互いに近づくように斜めになっており、この斜めになった隔壁部分（以下、斜壁と称す）は、図４に符号Ｔで示した部分に向かって集合するような形となっている。すなわち、斜壁は、図４に符号Ｔで示した部分を頂点としてこの頂点Ｔから拡がる形となっている。云い換えれば、斜壁は部分Ｔを頂点として尖った形となっている。そして、このように上流側の端部領域の排気流出通路３ｂを画成する隔壁２が斜めになっていることから、上流側の端部領域の排気流入通路３ａを画成する隔壁２は上流側のフィルタ端面に向かって互いに離れるように斜めになっており、排気流入通路３ａの上流側の端部開口の断面形状は正六角形となっている。
【００１６】
一方、図示していないが、各排気流入通路３ａを画成する３つの隔壁２は、当該排気流入通路３ａの下流側の開口を閉塞するように、その下流側の端部において、互いに接続されている。そして、これら互いに接続された隔壁端部に隣接した隔壁２の部分は、下流側のフィルタ端面に向かって互いに近づくように斜めになっており、この斜めになった隔壁部分も、上流側の斜壁と同様に、頂点から拡がる形となっており、云い換えれば、頂点のある尖った形となっている。そして、このように下流側の端部領域の排気流入通路３ａを画成する隔壁２が斜めになっていることから、下流側の端部領域の排気流出通路３ｂを画成する隔壁２は下流側のフィルタ端面に向かって互いに離れるように斜めになっており、排気流出通路３ｂの下流側の端部開口の断面形状は正六角形となっている。
【００１７】
次に、排気流通路の端部開口の閉塞方法について、図５を参照して説明する。なお、図５は、上流側から見たフィルタ端面の一部を示しているが、理解し易いように、上流側から見た隔壁の先端部のみを実線で示している。また、以下、排気流出通路の上流側の端部開口の閉塞方法について説明するが、排気流入通路の下流側の端部開口の閉塞方法もこれと同様であるので、その閉塞方法についての説明は省略する。
【００１８】
第１実施形態では、断面正三角形の複数の排気流通路３ａ、３ｂを形成するように正三角形をなして交差する隔壁２を備えた基材が用意される。したがって、隔壁２の先端部は、図５（Ａ）に示されているように、複数の正三角形を形成するように交差している。ここで、図５（Ｂ）に示されているように、隣接する２つの排気流通路３ａ、３ｂのうち一方の排気流通路３ｂを画成する３つの隔壁２の先端部同志が近づくように隔壁２の端部が変形せしめられる。そして、これら３つの隔壁２の先端部同志が互いに接続されて、図５（Ｃ）に示されているように、一方の排気流通路３ｂの端部開口が隔壁２によって塞がれ、他方の排気流通路３ａの端部開口の断面形状が正六角形となる。
【００１９】
第１実施形態のフィルタには以下のような利点がある。すなわち、上流側の端部開口付近の排気流入通路３ａを画成する隔壁２が斜めになっていることから、排気ガスが排気流入通路３ａに流入し易く、したがって、フィルタ１に起因する圧力損失が低くなる。また、下流側の端部開口付近の排気流出通路３ｂを画成する隔壁２も斜めになっていることから、排気ガスが排気流出通路３ｂから流出し易く、したがって、フィルタ１に起因する圧力損失がさらに低くなる。
【００２０】
さらに、第１実施形態では、隔壁２が正三角形をなしていることから、フィルタ１の強度は、隔壁が正方形をなしている場合に比べて高い。また、第１実施形態では、排気流通路３ａ、３ｂの端部開口を塞ぐために変形せしめられる隔壁２が正三角形をなしていることから、排気流通路３ａ、３ｂの端部開口を塞ぐために変形せしめられる隔壁２の量は、隔壁が正方形をなしている場合に比べて少ない。したがって、第１実施形態によれば、隔壁２を変形することによる隔壁２の損傷の可能性が低い。
【００２１】
なお、第１実施形態では、隔壁は正三角形をなして交差しているが、隔壁が、正三角形ではなく、単に、三角形をなして交差している場合に本発明を適用しても、第１実施形態の効果と同様の効果が得られる。また、第１実施形態の塞がれていない端部開口の形状は正六角形であるが、隔壁の構成によっては、正六角形ではなく、単に、六角形である場合もある。
【００２２】
次に、第２実施形態のフィルタについて説明する。図６は、上流側から見た第２実施形態のフィルタ端面の一部を示している。図６に示したように、第２実施形態のフィルタ１は、３つの隔壁２によって画成された断面正三角形の排気流通路３ａ、３ｂを複数個具備すると共に、４つの隔壁２によって画成された断面正方形の排気流通路３ａ、３ｂを複数個具備する。以下、断面正三角形の排気流通路が集まっている領域を断面正三角形領域と称し、断面正方形の排気流通路が集まっている領域を断面正方形領域と称す。
【００２３】
第２実施形態では、断面正三角形領域においても、断面正方形領域においても、第１実施形態と同様に、隣接する２つの排気流通路３ａ、３ｂのうち一方の排気流通路３ａがその一方の端部において塞がれており、他方の排気流通路３ｂが他方の端部において塞がれている。そして、断面正三角形領域においても、断面正方形領域においても、第１実施形態と同様に、排気流出通路３ｂを画成する隔壁２は、上流側の端部領域において、上流側のフィルタ端面に向かって互いに近づくように斜めになっており、これら斜めになっている隔壁の先端部同志が接続され、したがって、排気流通路３ｂの上流側の端部開口はこれら斜めになっている隔壁２によって塞がれている。
【００２４】
また、このように、断面正三角形領域においても、断面正方形領域においても、上流側の端部領域の排気流出通路３ｂを画成する隔壁２が斜めになっていることから、上流側の端部領域の排気流入通路３ａを画成する隔壁２は上流側のフィルタ端面に向かって互いに離れるように斜めになっている。そして、断面正三角形領域において、排気流入通路３ａの上流側の端部開口の断面形状は正六角形となっているが、断面正方形領域においては、正方形となっている。
【００２５】
一方、図示していないが、断面正三角形領域においても、断面正方形領域においても、第１実施形態と同様に、排気流入通路３ａを画成する隔壁２は、下流側の端部領域において、下流側のフィルタ端面に向かって互いに近づくように斜めになっており、これら斜めになっている隔壁の先端部同志が接続されている。したがって、排気流入通路３ａの下流側の端部開口は、これら斜めになっている隔壁２によって塞がれている。
【００２６】
また、このように、断面正三角形領域においても、断面正方形領域においても、下流側の端部領域の排気流入通路３ａを画成する隔壁２が斜めになっていることから、下流側の端部領域の排気流出通路３ｂを画成する隔壁２は下流側のフィルタ端面に向かって互いに離れるように斜めになっている。そして、断面正三角形領域において、排気流出通路３ｂの下流側の端部開口の断面形状は正六角形となっているが、断面正方形領域においては、正方形となっている。
【００２７】
なお、第２実施形態において、断面正三角形の排気流通路の一辺の長さと断面正方形の排気流通路の一辺の長さとは等しい。
【００２８】
次に、断面正方形の排気流通路の端部開口の閉塞方法について、図７を参照して説明する。なお、図７は、上流側から見たフィルタ端面の一部を示しているが、理解し易いように、上流側から見た隔壁の先端部のみを実線で示している。また、以下、断面正方形の排気流出通路の上流側の端部開口の閉塞方法について説明するが、断面正方形の排気流入通路の下流側の端部開口の閉塞方法もこれと同様であるので、その閉塞方法についての説明は省略する。また、断面正三角形の排気流通路の端部開口の閉塞方法は、第１実施形態の閉塞方法と同様であるので、その閉塞方法についての説明も省略する。
【００２９】
第２実施形態では、断面正三角形の複数の排気流通路３ａ、３ｂを形成するように正三角形をなして交差する隔壁２と、断面正方形の複数の排気流通路３ａ、３ｂを形成するように正方形をなして交差する隔壁２とを備えた基材が用意される。したがって、断面正方形領域における隔壁２の先端部は、図７に（Ａ）に示されているように、複数の正方形を形成するように交差している。ここで、図７（Ｂ）に示されているように、隣接する２つの断面正方形の排気流通路３ａ、３ｂのうち一方の排気流通路３ｂを画成する４つの隔壁２の先端部同志が近づくように隔壁２の端部が変形せしめられる。そして、これら４つの隔壁２の先端部同志が互いに接続されて、図７（Ｃ）に示されているように、一方の排気流通路３ｂの端部開口が隔壁２によって塞がれ、他方の排気流通路３ａの端部開口の断面形状が正方形となる。
【００３０】
ところで、排気ガスは、断面正三角形の排気流通路へよりも、断面正方形の排気流通路へのほうが流入し易い。すなわち、断面正三角形の排気流通路に起因する圧力損失は、断面正方形の排気流通路に起因する圧力損失よりも大きい。また、フィルタの強度は、フィルタが正方形をなして交差する隔壁によって構成されているよりも、フィルタが正三角形をなして交差する隔壁によって構成されているほうが高い。
【００３１】
したがって、第２実施形態のようにフィルタが断面正三角形領域と断面正方形領域とを有する場合、断面正三角形領域と断面正方形領域との分布を変えることによって、フィルタの圧力損失やフィルタの強度を変えることができる。そこで、本発明では、フィルタの圧力損失およびフィルタの強度に対する要求に応じて、断面正三角形領域と断面正方形領域とが予め定められた割合で且つ予め定められたパターンでもって配置される。
【００３２】
例えば、本発明では、フィルタ全体の圧力損失を低く抑えるために、フィルタに到来した排気ガスが集中する領域に断面正三角形領域が配置され、これら断面正三角形領域周りに断面正方形領域が配置される。これによれば、排気ガスは、いったんは、断面正三角形領域に到来するが、断面正三角形領域の圧力損失が高いことから、排気ガスの一部は断面正方形領域へと向かい、断面正方形領域に流入する。これによれば、フィルタに到来する排気ガスは、フィルタ端面全体から比較的均等にフィルタ内に流入することになるので、フィルタ全体の圧力損失が低く抑えられることとなる。
【００３３】
第２実施形態では、図８（Ａ）に示されているように、フィルタ１に到来する排気ガスはフィルタ１の中心軸線Ｃ周りのフィルタ端面領域に集中することから、図８（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である図８（Ｂ）に示されているように、フィルタ１の中心軸線Ｃ周りの領域に、断面正三角形領域Ｘが配置されている。そして、これら断面正三角形領域Ｘ、すなわち、フィルタ１の中心軸線Ｃ周りの領域の周辺領域に、断面正方形領域Ｙが配置されている。
【００３４】
また、図９に示した第３実施形態のように、断面正三角形領域Ｘをフィルタ１の中心軸線Ｃ周りの領域と、この領域から離れた周りの４つの領域とに配置し、残りの領域に断面正方形領域Ｙを配置するようにしてもよい。
【００３５】
なお、一般的に、フィルタの隔壁の気孔率を大きくすると、フィルタに起因する圧力損失は低下するが、フィルタの強度も低下してしまう。しかしながら、第２実施形態および第３実施形態のように、断面正三角形領域と断面正方形領域とを適宜組み合わせることによってフィルタの強度を高めれば、その分だけ、隔壁の気孔率を大きくすることができ、フィルタに起因する圧力損失を低下させることができる。もちろん、第１実施形態では、フィルタの全ての領域が断面正三角形領域となっているので、その強度が高く、隔壁の気孔率を大きくすることができ、フィルタに起因する圧力損失を低下させることができる。また、第２実施形態において、断面正方形の排気流通路は、例えば、断面長方形のような断面四角形の排気流通路でもよい。
【００３６】
また、上述した実施形態では、各排気流出通路の上流側の開口が隔壁によって完全に閉塞されているが、各排気流出通路の上流端の開口が部分的に接続された隔壁によって部分的に閉塞されて、これら部分的に接続された隔壁によって、これら隔壁の先端領域、すなわち、図４に符号Ｔで示されている部分に、隔壁の細孔（平均細孔径）よりも大きいが当該排気流出通路よりも小さい小孔が当該排気流出通路にまで貫通して形成されている実施形態に本発明を適用することもできる。もちろん、各排気流入通路の下流側の開口が部分的に接続された隔壁によって部分的に閉塞されて、これら部分的に接続された隔壁によって、これら隔壁の先端領域に、隔壁の細孔（平均細孔径）よりも大きいが当該排気流入通路よりも小さい小孔が当該排気流入通路にまで貫通して形成されている実施形態に本発明を適用することもできる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、パティキュレートフィルタが三角形をなす隔壁によって構成されているので、パティキュレートフィルタ全体の強度が高い。また、本発明では、隔壁の端部が斜めになるように変形されてこれら隔壁の先端部同志が接続されるが、これら隔壁が三角形をなしていることから、これら隔壁の端部の変形量が比較的少ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のパティキュレートフィルタを示す斜視図である。
【図２】第１実施形態のパティキュレートフィルタを備えた内燃機関を示す図である。
【図３】第１実施形態のパティキュレートフィルタの要部断面図である。
【図４】第１実施形態のパティキュレートフィルタの要部端面図である。
【図５】第１実施形態の端部開口閉塞方法を説明するための図である。
【図６】第２実施形態のパティキュレートフィルタの要部端面図である。
【図７】第２実施形態の端部開口閉塞方法を説明するための図である。
【図８】第２実施形態のパティキュレートフィルタの断面図である。
【図９】第３実施形態のパティキュレートフィルタの断面図である。
【符号の説明】
１…機関本体
２…吸気通路
３…排気通路
４…ケーシング
５…パティキュレートフィルタ
６…隔壁
３ａ…排気流入通路
３ｂ…排気流出通路
Ｘ…断面正三角形領域
Ｙ…断面正方形領域

Claims (4)

  1. 内燃機関の燃焼室から排出される排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタにおいて、互いに略平行に延びる３つの多孔質の隔壁によって形成される断面三角形の排気流通路を複数個具備し、隣接する排気流通路のうちの一方の排気流通路においては該排気流通路を画成する隔壁の一方の端部がこれら端部の先端部に向かって互いに近づくように変形されて該変形された隔壁の先端部同志が接続されることによって該排気流通路の開口が少なくとも部分的に塞がれており、他方の排気流通路においては該排気流通路を画成する隔壁の他方の端部がこれら端部の先端部に向かって互いに近づくように変形されて該変形された隔壁の先端部同志が接続されることによって該排気流通路の開口が少なくとも部分的に塞がれていることを特徴とする内燃機関のパティキュレートフィルタ。
  2. 互いに略平行に延びる４つの多孔質の隔壁によって形成される断面四角形の排気流通路をさらに複数個具備し、隣接するこれら断面四角形の排気流通路のうちの一方の排気流通路においては該排気流通路を画成する隔壁の一方の端部がこれら端部の先端部に向かって互いに近づくように変形されて該変形された隔壁の先端部同志が接続されることによって該排気流通路の開口が少なくとも部分的に塞がれており、他方の断面四角形の排気流通路においては該排気流通路を画成する隔壁の他方の端部がこれら隔壁の先端部に向かって互いに近づくように変形されて該変形された隔壁の先端部同志が接続されることによって該排気流通路の開口が少なくとも部分的に塞がれていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のパティキュレートフィルタ。
  3. パティキュレートフィルタに到来した排気ガスが集中する領域に断面三角形の排気流通路が配設され、これら断面三角形の排気流通路が配設された領域周りに断面四角形の排気流通路が配設されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のパティキュレートフィルタ。
  4. 断面三角形の排気流通路と断面四角形の排気流通路とが予め定められた割合でもって分散して配設されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のパティキュレートフィルタ。
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