JP2014211123A

JP2014211123A - 内燃機関のディーゼルパティキュレートフィルタ

Info

Publication number: JP2014211123A
Application number: JP2013088216A
Authority: JP
Inventors: 亨 ▲高▼橋; Toru Takahashi
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2013-04-19
Filing date: 2013-04-19
Publication date: 2014-11-13

Abstract

【課題】目詰まりを防止し、エンジン運転の不調を防止するとともに、排気ガスの浄化性能を安定して維持できる内燃機関のディーゼルパティキュレートフィルタを提供すること。
【解決手段】ハニカム構造体１０における束中心側である内側領域１０Ａは、入口側端部が開放され、かつ出口側端部が出口側蓋部１１Ｂで閉塞された捕集セル１１と、入口側端部が入口側蓋部１２Ｂで閉塞されるとともに出口側端部が開放された排出セル１２と、でなり、捕集セル１１と排出セル１２とが交互に配置され、ハニカム構造体１０における束中心側の領域の外側である外側領域１０Ｂに、入口側から出口側まで貫通した排気ガス流路１３Ａを備える貫通セル１３が配置されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関のディーゼルパティキュレートフィルタに関する。

近年、ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質の排出量に対する規制は、年々強化されている。このような粒子状物質は、内燃機関のディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦと言う。）で捕集して外部へ排出される排出量が低減されている。ＤＰＦとしては、多孔質（連続多孔質）の隔壁によって区画形成された複数のセルを有するハニカム構造体が知られている。このようなＤＰＦにおいて、複数のセルは、排気ガスが導入される入口側が開口し、出口側が閉塞された捕集セルと、排気ガスが導入される入口側が閉塞され、出口側が開口された排出セルと、が交互に配置されている（例えば、特許文献１参照）。したがって、このようなＤＰＦの入口面および出口面は、捕集セルと排出セルとが交互に配置されることにより、交互に閉塞された格子形状をなしている。

特開２００３−１６１１３８号公報

このように、上記のＤＰＦでは、捕集セルと排出セルとを交互に配置した構成であり、入口側と出口側とのいずれかが閉塞されているため、内部を排気ガスが通過する際に、粒子状物質を捕集セル内部に取り込んで出口側から粒子状物質を排出しないようになっている。上記のＤＰＦでは、内部に粒子状物質が大量に堆積した場合、粒子状物質を燃焼させてＣＯ_２とＨ_２Ｏに変える強制再生を行っている。この強制再生は、ＤＰＦ内径中心部が６００℃以上になるように制御され、概ね６５０℃（最大７００℃）以下で安定するように制御されている。粒子状物質が燃焼される推奨温度６００℃以下の場合は粒子状物質が燃焼されずに残ってしまう。特に、上記のＤＰＦの外側領域は、内側中心部よりも温度が低く粒子状物質が燃焼し難いため、外側領域で粒子状物質を燃焼できる温度に昇温させてしまうと内側中心部が７００℃以上となりＤＰＦを破損させる恐れがある。このため、ＤＰＦの外側領域では、粒子状物質がセル内に堆積したまま残ってしまい、排気圧力が上昇するという問題点がある。このように外側領域のセル内に粒子状物質が堆積してしまった場合、ＤＰＦを交換する必要がある。また、触媒などと一体型のＤＰＦでは、交換に高いコストを要する。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、目詰まりを防止し、エンジン運転の不調を防止するとともに、排気ガスの浄化性能を安定して維持できる内燃機関のディーゼルパティキュレートフィルタを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の態様は、内部に、入口側から出口側に亘って延び、互いに平行で束をなすように形成された複数のセルを有し、これらセル同士が連続多孔質の隔壁によって区画されたハニカム構造体からなり、セル内に形成される排気ガス流路を排気ガスが通過することで排気ガスに含まれる粒子状物質を浄化する内燃機関のディーゼルパティキュレートフィルタにおいて、ハニカム構造体における束中心側である内側領域のセルは、入口側端部が開放され、かつ出口側端部が蓋部で閉塞された捕集セルと、入口側端部が蓋部で閉塞されるとともに出口側端部が開放された排出セルと、でなり、捕集セルと排出セルとが交互に配置され、ハニカム構造体における束中心側の領域の外側である外側領域に配置されたセルは、入口側から出口側まで貫通した排気ガス流路を備える貫通セルであることを特徴とする。

上記態様としては、貫通セルは、捕集セルおよび排出セルよりも排気ガス流路の断面積が小さいことが好ましい。

本発明によれば、目詰まりを防止し、エンジン運転の不調を防止するとともに、排気ガスの浄化性能を安定して維持できる内燃機関のディーゼルパティキュレートフィルタを提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係るＤＰＦを接続したエンジンの構成図である。図２は、本発明の実施の形態に係るＤＰＦの斜視図である。図３は、図２のIII−III断面図である。図４は、本発明の実施の形態に係るＤＰＦにおける捕集セルと排出セルと貫通セルの寸法関係を示す説明図である。図５は、図３のV−V断面図である。

以下に、本発明の実施の形態に係る内燃機関のＤＰＦの詳細を図面に基づいて説明する。図１に示すように、本実施の形態に係るＤＰＦ１は、内燃機関としてのディーゼルエンジン２の排気管３に接続されている。排気管３におけるＤＰＦ１の上流側には、酸化触媒４が接続されている。本実施の形態に係るＤＰＦ１では、酸化触媒４と一体に設けられている。ＤＰＦ１は、ディーゼルエンジン２側から排出された排気ガスを入口側から導入して出口側から放出するようになっている。このＤＰＦ１の出口側（下流側）は、マフラー５に連通するように接続されている。

図２および図３に示すように、本実施の形態のＤＰＦ１は、円柱形状の多孔質のハニカム構造体１０で構成されている。このハニカム構造体１０は、好ましくは、連続多孔質のセラミックス材料で形成されることが好ましい。このハニカム構造体１０は、円柱の中心軸側である円柱形状の内側領域１０Ａと、この内側領域１０Ａを取り囲む円筒形状の外側領域１０Ｂと、の２つの領域を有する。

図３〜図５に示すように、内側領域１０Ａは、複数の捕集セル１１と、複数の排出セル１２と、を備える。本実施の形態では、内側領域１０Ａを円柱軸方向に直角をなす面で切断した場合に、捕集セル１１と排出セル１２とが、四方に向けて交互に配置されている。図４および図５に示すように、これら捕集セル１１と排出セル１２は、互いに隣接するセル同士が、多孔質の隔壁１０Ｃを介して区画されている。

捕集セル１１は、四角柱形状の排気ガス流路１１Ａを有する。排出セル１２は、捕集セル１１と同様に、四角柱形状の排気ガス流路１２Ａを有する。図３は、ＤＰＦ１を入口側から見た端面を示し、捕集セル１１と排出セル１２とが格子形状をなすように配置された状態を示している。捕集セル１１は、入口側端部が開放され、かつ出口側端部が出口側蓋部１１Ｂで閉塞されている。排出セル１２は、入口側端部が入口側蓋部１２Ｂで閉塞されるとともに出口側端部が開放されている。

ハニカム構造体１０の外側領域１０Ｂには、入口側から出口側まで貫通した正四角柱形状の排気ガス流路１３Ａを備える複数の貫通セル１３が平行をなすように形成されている。図４に示すように、上記捕集セル１１および排出セル１２の縦横の寸法がＡ、貫通セル１３の縦横の寸法をＢとしたときに、Ａ＞Ｂとなるように設定されている。すなわち、貫通セル１３のセル断面積は、捕集セル１１および排出セル１２のセル断面積よりも小さくなるように設定されている。特に、本実施の形態では、貫通セル１３の断面積は、煤などの粒子状物質の流出を軽減できるように設定されている。ここで、粒子状物質とは、煤（カーボンスート）、燃料の燃え残り（ＳＯＦ）、エンジンオイルの燃えかす（オイルアッシュ）などの総称である。

以上、本実施の形態に係るＤＰＦ１の構成について説明したが、次に、ＤＰＦ１の作用について説明する。図５に示すように、ＤＰＦ１の入口側から、捕集セル１１および貫通セル１３に排気ガス（矢印Ｇで示す）が導入される。捕集セル１１は、出口側蓋部１１Ｂで閉塞されているため、排気ガスが隔壁１０Ｃを通って隣接する排出セル１２内の排気ガス流路１２Ａに移動して出口側から排出される。

捕集セル１１や排出セル１２は、ハニカム構造体１０の内側領域１０Ａにあるため、例えば６００℃以上の高温になりやすく、煤などの粒子状物質が燃焼し易い。また、本実施の形態では、貫通セル１３の排気ガス流路１３Ａの断面積は、内側領域１０Ａの捕集セル１１および排出セル１２よりも小さい断面積に設定されているため、粒子状物質が通過することを軽減できる。

本実施の形態に係るＤＰＦ１では、内側領域１０Ａの捕集セル１１が目詰まりを起こしても、外側領域１０Ｂの貫通セル１３が入口側と出口側とを連通させるため、ハニカム構造体１０全体としての目詰まりを回避でき、排気ガス流路が閉塞されることを防止できる。また、このＤＰＦ１では、貫通セル１３内に粒子状物質が堆積した場合には、レーシングして排気ガスを流すことやエアブローを行うことにより粒子状物質を除去できる。このため、外側領域１０Ｂの貫通セル１３内に粒子状物質が堆積した場合に、この粒子状物質に強制再生を施す必要がなく、外側領域１０Ｂを加熱するために内側領域１０Ａが過剰に加熱されることを回避できる。したがって、本実施の形態に係るＤＰＦ１では、内側領域１０Ａが溶損することを回避できる。

本実施の形態に係るＤＰＦ１では、貫通セル１３は内側領域１０Ａの捕集セル１１および排出セル１２よりも排気ガス流路の断面積を小さくしたことにより、貫通セル１３から粒子状物質が流出することを軽減できる。また、貫通セル１３の断面積を小さくしたことにより、外側領域１０Ｂの通気抵抗が大きくなり、内側領域１０Ａに排気ガスを誘導することができる。このため、ＤＰＦ１は、効率よく排気ガスを処理することができる。

（その他の実施の形態）
以上、実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各種の設計変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、内側領域１０Ａの捕集セル１１および排出セル１２の断面形状を正方形にしたが、長方形であってもよいし、他の多角形状や円形状であってもよい。また、上記実施の形態では、捕集セル１１および排出セル１２の大きさを全て同一の大きさに設定したが、複数段階に大きさを変えるように設定してもよい。

また、上記実施の形態では、ＤＰＦ１と酸化触媒４を別体として接続したが、ＤＰＦ１内に酸化触媒４が排気ガスに接触するように配置された構成としてもよい。

１ＤＰＦ
２ディーゼルエンジン（内燃機関）
３排気管
４酸化触媒
１０ハニカム構造体
１０Ａ内側領域
１０Ｂ外側領域
１０Ｃ隔壁
１１捕集セル
１１Ａ排気ガス流路
１１Ｂ出口側蓋部
１２排出セル
１２Ａ排気ガス流路
１２Ｂ入口側蓋部
１３貫通セル
１３Ａ排気ガス流路

Claims

内部に、入口側から出口側に亘って延び、互いに平行で束をなすように形成された複数のセルを有し、前記セル同士が多孔質の隔壁によって区画されたハニカム構造体からなり、前記セル内に形成される排気ガス流路を排気ガスが通過することで排気ガスに含まれる粒子状物質を浄化する内燃機関のディーゼルパティキュレートフィルタにおいて、
前記ハニカム構造体における束中心側である内側領域の前記セルは、入口側端部が開放され、かつ出口側端部が蓋部で閉塞された捕集セルと、入口側端部が蓋部で閉塞されるとともに出口側端部が開放された排出セルと、でなり、前記捕集セルと前記排出セルとが交互に配置され、
前記ハニカム構造体における前記束中心側の領域の外側である外側領域に配置された前記セルは、入口側から出口側まで貫通した前記排気ガス流路を備える貫通セルであることを特徴とする内燃機関のディーゼルパティキュレートフィルタ。
前記貫通セルは、前記捕集セルおよび前記排出セルよりも前記排気ガス流路の断面積が小さいことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のディーゼルパティキュレートフィルタ。