JP2545284B2 - 逆洗型フィルタ・システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明に関係ある分野 この発明は、自動車の排気系統に使用される逆洗型フ
ィルタ・システムに関する。

背景技術 最近、ディーゼル・エンジンを搭載したトラックやバ
スには、排気に含まれる煤（黒煙）を捕集する逆洗型集
塵装置が開発されてきているが、この種の逆洗型集塵装
置は、ケーシング内にセラミック・ハニカム・フィルタ
部分と煤溜め部分とに区画され、そして、逆気流でセラ
ミック・ハニカム・フィルタを洗浄する構造に製作され
るので、逆洗時に、その煤溜め部分に捕集された煤が、
再び、そのハニカム・フィルタに戻され、逆洗効果の向
上が困難になり、その上に、そのケーシングが大型化さ
れるので、自動車に搭載するのが、非常に困難になっ
た。

また、特開平１−159408号公報には、「ディーゼル・
エンジンの排気ガスの処理装置および処理方法」が開示
されたが、この排ガス処理装置では、フィルタ本体を組
み込むケーシングが底部を集塵室に活用する構造である
ので、そのフィルタ本体から剥離されたカーボン微粒子
がその底部に集め難く、それの一部が再びそのフィルタ
本体に捕集されて逆洗効果が上がらず、そして、洗浄能
力が低下される。

発明の課題 この発明の課題は、エンジンのためのガス処理量を充
分に確保し、逆気流でフィルタを洗浄する際にも、排気
をエンジンから大気に直接的に放出させることを避け、
逆洗効果を向上し、逆洗によってそのフィルタから剥離
されて集められた煤が、再び、そのフィルタに戻される
ことを抑制し、そして、自動車に搭載可能にするまでに
小型・軽量化を図り、自動車の排気系統にも使用可能に
するところの逆洗型フィルタ・システムの提供にある。

課題に関する発明の概要・請求する発明の内容 上述の課題に関連して、この発明の逆洗型フィルタ・
システムは、先ず、逆気流で洗浄されるセラミック・ハ
ニカム・フィルタを備えてエンジンの排気管の途中に並
列に接続される２つの捕集室と、その２つの捕集室の入
口にそれぞれ配置されるフィルタ入口弁と、その２つの
捕集室の出口にそれぞれ配置されるフィルタ出口弁と、
２つの入口でその２つの捕集室の入口に接続される集塵
室と、その集塵室の２つの入口にそれぞれ配置されるト
ラップ入口弁と、その２つの捕集室の出口にエア・タン
クをそれぞれ接続する空気圧配管に配置される逆洗弁
と、その集塵室に配置されるシーズ・ヒータと、予め逆
洗プログラムを入力し、その２つの捕集室の入口にそれ
ぞれ配置される圧力センサから与えられる信号を処理
し、そして、その逆洗プログラムに基づいてそれら弁を
選択的に開閉動作させ、また、そのシーズ・ヒータに通
電するコントローラとを含み、そして、それら捕集室の
一方がエンジンの排気から煤を捕集している時、それら
捕集室の他方を逆気流で洗浄可能にし、エンジンが運転
されるいる時には、常に、排気から煤を捕集可能にし、
また、逆気流で洗浄されるセラミック・ハニカム・フィ
ルタを備えてエンジンの排気管の途中に並列に接続され
る２つの捕集室と、それら捕集室の入口に連絡され、そ
して、フィルタを経て大気に開放されてある集塵室とを
含み、そして、それら捕集室の一方がエンジンの排気か
ら煤を捕集している時、それら捕集室の他方を逆気流で
洗浄可能にし、そして、その際に、その逆気流をその集
塵室から大気中にそのフィルタを経て逃がしながら、そ
の他方の捕集室のセラミック・ハニカム・フイルムから
剥離された煤をその集塵室に集め、エンジンが運転され
ている時には、常に、排気から煤を捕集可能にする。

具体例の説明 以下、この発明の逆洗型フィルタ・システムの特定さ
れた具体例について、図面を参照して説明する。

図は、トラック（図示せず）に搭載されたディーゼル
・エンジン60の排気系統61に配置されるこの発明の逆洗
型フィルタ・システムの具体例10を示している。

その逆洗型フィルタ・システム10は、逆気流で洗浄さ
れるセラミック・ハニカム・フィルタ28,29を備えてそ
のディーゼル・エンジン60の排気管63の途中に並列に接
続される２つの捕集室11,12と、その２つの捕集室11,12
のガス入口36,37にそれぞれ配置されるフィルタ入口弁1
4,15と、その２つの捕集室11,12のガス出口38,39にそれ
ぞれ配置されるフィルタ出口弁16,17と、２つのトラッ
プ入口43,44でその２つの捕集室11,12のガス入口36,37
に接続される集塵室13と、その集塵室13の２つのトラッ
プ入口43,44にそれぞれ配置されるトラップ入口弁18,19
と、その２つの捕集室11,12のガス出口38,39にエア・タ
ンク（図示せず）をそれぞれ接続する空気圧配管56,57
に配置される逆洗弁20,21と、その集塵室13に配置され
るシーズ・ヒータ22と、予め逆洗プログラムを入力し、
その２つの捕集室11,12のガス入口36,37にそれぞれ配置
される圧力センサ24,25から与えられる信号を処理し、
そして、その逆洗プログラムに基づいてそれら弁14,15,
16,17,18,19,20,21を選択的に開閉動作させ、また、そ
のシーズ・ヒータ22に通電するコントローラ23とで構成
される。

その捕集室11,12は、その排気系統61が、排気マニホ
ルド62、その排気管63、マフラ（図示せず）、および、
テール・パイプ（図示せず）を含む通常の構造であるの
で、そのマフラの上流側でその排気管63の途中に並列に
接続される。

また、その捕集室11,12のそれぞれは、横置型の筒形
に製作されたケーシング26,27と、そのケーシング26,27
内に配置され、そして、逆気流で洗浄されるセミック・
ハニカム・フィルタ28,29とより組み立てられる。

そのケーシング26,27は、筒形胴壁30,31と、その筒形
胴壁30,31の前端を塞ぐ前方端壁32,33と、その筒形胴壁
30,31の後端を塞ぐ後方端壁34,35とより組み立てられ、
しかも、そのガス入口36,37が、その前方端壁32,33に、
そのガス出口38,39が、その後方端壁34,35にそれぞれ備
えられている。勿論、そのガス入口36,37は、その排気
マニホルド62側に、そのガス出口38,39は、そのマフラ
側にそれぞれ位置させて、その排気管63に接続される。

そのセラミック・ハニカム・フィルタ28,29は、多数
のセルからなるハニカム構造で、しかも、それらセルの
両端が、それぞれ千鳥格子状に塞がれて成形され、乾燥
された後に焼成される。

その集塵室13は、その捕集室11,12のガス入口36,37に
接続される。

また、その集塵室13は、大気開放型タンク40に製作さ
れ、そして、２つのトラップ43,44がそのタンク40の前
方端壁41に備えられ、また、煤捕集フィルタ46が、その
タンク40の後方端壁42に形成された開口45に組み付けら
れ、さらに、煤溜り47が、その底部に形成される。勿
論、その集塵室13は、そのトラップ入口43,44が、その
捕集室11,12のガス入口36,37に対応されて接続され、そ
のセラミック・ハニカム・フィルタ28,29が交互に逆洗
される際、逆洗に使用された圧縮空気をその開口45から
その煤捕集フィルタ46を通過させながら大気中に放出さ
せ、そのセラミック・ハニカム・フィルタ28,29に捕集
された煤（パティキュレート）をより多く剥離させ、そ
して、その剥離された煤の逆戻りを抑制しながらより多
く受け入れ、そのようにして逆洗効率の向上を図ってい
る。

勿論、この煤捕集フィルタ46は、そのセラミック・ハ
ニカム・フィルタ28,29よりもかなり低い耐熱性のもの
で済む。

そのフィルタ入口弁14,15は、それぞれバルブ部分と
駆動部分とより構成されるもので、この場合には、電磁
弁が用いられる。特に、そのフィルタ入口弁14には、常
開型電磁弁が、フィルタ入口弁15には、常閉型電磁弁が
それぞれ使用される。

その電磁弁14は、その捕集室11のガス入口36の上流に
おいてその排気管63に配置され、そして、ソレノイド・
コイル48をそのコントローラ23の出力側に電気的に接続
している。

一方、その電磁弁15は、その捕集室12のガス入口37の
上流においてその排気管63に配置され、そして、ソレノ
イド・コイル49をそのコントローラ23の出力側に電気的
に接続している。

そのフィルタ出口弁16,17は、上述のフィルタ入口弁1
4,15と同様に製作された常開型電磁弁および常閉型電磁
弁が用いられている。

その常開型電磁弁16は、その捕集室11のガス出口38の
下流においてその排気管63に配置され、そして、ソレノ
イド・コイル50をそのコントローラ23の出力側に電気的
に接続している。

一方、その常閉型電磁弁17は、その捕集室11のガス出
口39の下流においてその排気管63に配置され、そして、
ソレノイド・コイル51をそのコントローラ23の出力側に
電気的に接続している。

そのトラップ入口弁18,19は、そのフィルタ入口弁14,
15やフィルタ出口弁16,17と同様に電磁弁であるが、常
閉型が用いられる。

その電磁弁18,19は、その集塵室13のトラップ入口43,
44に対応されて配置され、そして、ソレノイド・コイル
52,53をそのコントローラ23の出力側に電気的に接続し
ている。

その逆洗弁20,21は、常閉型電磁弁で、その捕集室11,
12のガス出口38,39にそのエン・タンクを接続する空気
圧配管56,57に対応されて配置され、そしてソレノイド
・コイル54,55をそのコントローラ23の出力側に電気的
に接続している。

そのエア・タンクは、その捕集室11,12のガス出口38,
39の近傍で、ブラケット（図示せず）を介してそのトラ
ックのフレームに取り付けられている。

また、このエア・タンクは、入口（図示せず）をエア
・コンプレッサ（図示せず）に配管（図示せず）で接続
して、そして、出口（図示せず）にその空気圧配管56,5
7を接続している。

そのように、その捕集室11,12のガス出口38,39に近接
させて配置されるそのエア・タンクは、その空気圧配管
56,57を短くし、そして、細くでき、それに伴って、そ
の逆洗弁20,21を小型化できる上に、洗浄ノズルを省く
ことができて、流量および流速の大きい圧縮空気をその
捕集室11,12に噴流可能にする。

そのシーズ・ヒータ22は、焼却手段であって、その集
塵室13の煤溜り47に配置され、そして、そのコントロー
ラ23の出力側に電気的に接続されている。

そのコントローラ23は、入力側を圧力センサ24,25に
電気的に接続させ、また、出力側をそのフィルタ入口弁
14,15、フィルタ出口弁16,17、トラップ入口弁18,19、
および逆洗弁20,21のソレノイド・コイル48,49,50,51,5
2,53,54,55に電気的に接続させ、そして、そのシーズ・
ヒータ22にも電気的に接続させている。

そして、このコントローラ23は、その煤の捕集にその
捕集室11,12を交互に使用し、その捕集室11,12の一方11
が、そのディーゼル・エンジン60の排気から煤を捕集し
ている時、その捕集室11,12の他方12のセラミック・ハ
ニカム・フィルタ29を逆気流で洗浄し、そのディーゼル
・エンジン60が運転されている際、そのようにして、そ
のディーゼル・エンジン60の運転に支障をきたすことな
しに、この逆洗型フィルタ・システム10が煤捕集動作お
よびフィルタ洗浄動作を行ない得るように制御するもの
で、その圧力センサ24,25からの信号に応じて、そのソ
レノイド・コイル48,49,50,51,52,53,54,55に電流を選
択的に流し、それら弁14,15,16,17,18,19,20,21を選択
的に開閉動作させるところの弁の開閉タイミングおよび
開放時間、所謂、出力電流の通電開始および通電時間を
決定した逆洗プログラムを予め入力している。

そのように、そのコントローラ23は、そのセラミック
・ハニカム・フィルタ28,29が目詰まりされたことを条
件に、換言するならば、その目詰まりに相当する条件で
あって、そのディーゼル・エンジン60から排出された排
ガスの背圧が所定の地を越えて高くなったことを条件
に、それら弁14,15,16,17,18,19,20,21を選択的に開閉
動作させるもので、入力および出力回路、記憶回路、演
算回路、制御回路、および電源回路から構成され、その
電源回路は、また、そのトラックのバッテリ（図示せ
ず）を共用している。

その圧力センサ24,25は、その捕集室11,12のガス入口
36,37に対応されて配置され、そのディーゼル・エンジ
ン60から排出された排ガスの背圧を感知し、そして、電
気信号に変換して、その信号をそのコントローラ23に与
える。すなわち、その圧力センサ24,25は、そのセラミ
ック・ハニカム・フィルタ28,29が目詰まりされたかど
うかを検出する。

次に、そのディーゼル・エンジン60の排ガスから煤を
捕集するその逆洗型フィルタ・システム10の動作につい
て、説明する。

今、そのフィルタ入口弁14およびフィルタ出口弁16が
開かれ、一方、そのフィルタ入口弁15、フィルタ出口弁
17、トラップ入口弁18,19、および逆洗弁20,21が閉じら
れているのでそのディーゼル・エンジン60から排出され
た排ガスは、その排気マニホルド62からその排気管63の
上流側を流れてそのガス入口36からその捕集室11に流れ
込む。

次いで、その排ガスは、そのセラミック・ハニカム・
フィルタ28を通過し、そのガス出口38に流れる。そし
て、その際、その排ガスに含まれた煤がそのセラミック
・ハニカム・フィルタ28に捕集され、そして、その排ガ
スは、清浄排ガスとなってそのガス出口38からその排気
管63の下流側に流れ、さらに、そのマフラおよびテール
・パイプを流れて大気中に排出される。

そのような状態が続くにつれて、そのセラミック・ハ
ニカム・フィルタ28は、その煤が目詰まりされて行き、
その排気管63の上流側およびガス入口36内の圧力が上昇
されて行き、そのセラミック・ハニカム・フィルタ28の
目詰まり状態に相当する所定の値を越えて高くなる。

その所定の値を越えて高くなった圧力は、その圧力セ
ンサ24で感知され、そして、電気信号に変換されてその
コントローラ23に与えられるので、そのコントローラ23
は、その電気信号に基づいて演算し、予め入力された所
定の圧力値と比較処理し、その演算値が、その所定の圧
力側を越えているので、その逆洗プログラムに基づいて
一定の時間の間そのソレノイド・コイル51,49,48,50,5
2,54に電流を流す。勿論、それらソレノイド・コイル5
1,49,48,50,52,54には、所定のタイム・ラグを置いて、
電流が流れる。

先ず、そのソレノイド・コイル51,49が順次に通電さ
れるので、そのフィルタ出口弁17およびフィルタ入口弁
15が順次に開かれ、そのディーゼル・エンジン60から排
出された排ガスは、その排気マニホルド62からその排気
管63の上流側を流れてそのガス入口37からその捕集室12
にも流れ込み始め、そして、そのセラミック・ハニカム
・フィルタ29を通過し、さらに、そのガス出口39からそ
の排気管63の下流側、そのマフラ、および、テール・パ
イプに流れ始め、この捕集室12で煤の捕集が開始され
る。

次に、所定のタイム・ラグを置いてそのソレノイド・
コイル48,50,52に順次に電流が流れるので、そのフィル
タ入口弁14およびフィルタ出口弁16が順次に閉じられ、
そして、そのトラップ入口弁18が開かれる。

引き続いて、所定のタイム・ラグを置いてそのソレノ
イド・コイル54が、非常に短い時間の間通電されるの
で、その逆洗弁20は、瞬間的に開いて閉じられ、その空
気圧配管56を経てそのエア・タンクからそのガス出口28
に多量の圧縮空気を瞬間的に流す。

その多量の圧縮空気は、そのガス出口38からその捕集
室11にその清浄排ガスの流れ方向に逆らう方向に吹き込
まれる。

その捕集室11内においては、その逆方向に吹き込まれ
た圧縮空気は、そのセラミク・ハニカム・フィルタ28を
通過し、その際に、その煤をそのセラミック・ハニカム
・フィルタ28から剥離させ、そして、その剥離された煤
をそのガス入口36に運び、さらに、そのトラップ入口43
からその集塵室12に流れ、そのようにして、その煤をそ
の集塵室13に運ぶ。その際には、その集塵室13に流れた
その圧縮空気が、その煤捕集フィルタ46を組み付けたそ
の開口45から大気中に放出されるので、その捕集された
煤がそのセラミック・ハニカム・フィルタから効率的に
剥離されてその集塵室13に導かれ、逆洗効率が向上され
る。

そして、その集塵室13に運ばれた煤は、その煤溜り47
に堆積され、そこにおいて、そのシーズ・ヒータ22で焼
却される。

その瞬間的な通電時間が経過されると、そのソレノイ
ド・コイル54に流れている電流が、そのコントローラ23
によって切られるので、その逆洗弁20は閉じられ、洗浄
が終わる。

そのようにして、その捕集室11の洗浄が終わると、そ
のソレノイド・コイル52に流れている電流が、そのコン
トローラ23で切られ、そのトラップ入口弁18が閉じら
れ、その捕集室12で煤の捕集が行なわれる。

そのような状態が続けられると、そのセラミック・ハ
ニカム・フィルタ29は、煤で目詰まりされて行き、その
排気管63の上流側およびガス入口37内の圧力が上昇され
て行き、そのセラミック・ハニカム・フィルタ29の目詰
まり状態に相当する所定の値を越えて高くなる。

その所定の値を越えて高くなった圧力は、その圧力セ
ンサ25で感知され、そして、電気信号に変換されてその
コントローラ23に与えられるので、そのコントローラ23
は、その電気信号に基づいて演算し、その逆洗プログラ
ムに基づいてそれらフィルタ出口弁16、フィルタ入口弁
14、フィルタ入口弁15、フィルタ出口弁17、トラップ入
口弁19および逆洗弁21をバルブ切換え動作させ、その捕
集室12ではフィルタ洗浄動作を、その捕集室11では、煤
捕集動作をそれぞれ行なわせる。

そして、そのトラックが走行されるために、そのディ
ーゼル・エンジン60が運転される間、その逆洗型フィル
タ・システム10は、上述の動作を繰り返す。

前述の逆洗型フィルタ・システム10において、その集
塵室13は、タンク40の後方端壁に形成された開口45に煤
捕集フィルタ46を組み付けるものとして説明されたが、
その集塵室13は、その開口45および煤捕集フィルタ46を
省いたデッド・ボリューム・タンクに製作されてもよ
い。

先に図面を参照して説明されたところのこの発明の特
定された具体例から明らかであるように、この発明の属
する技術の分野における通常の知識を有する者にとっ
て、この発明の内容は、その発明の性質（nature）およ
び本質（substance）に由来し、そして、それらを内在
させると客観的に認められる別の態様に容易に具体化さ
れる。勿論、この発明の内容は、その発明の課題に相応
し（be commensurate with）、そして、その発明の成
立に必須である。

発明の便益 上述から理解されるように、この発明の逆洗型フィル
タ・システムは、先ず、逆気流で洗浄されるセラミック
・ハニカム・フィルタを備えてエンジンの排気管の途中
に並列に接続される２つの捕集室と、その２つの捕集室
の入口にそれぞれ配置されるフィルタ入口弁と、その２
つの捕集室の出口にそれぞれ配置されるフィルタ出口弁
と、２つの入口でその２つの捕集室の入口に接続される
集塵室と、その集塵室の２つの入口にそれぞれ配置され
るトラップ入口弁と、その２つの捕集室の出口にエア・
タンクをそれぞれ接続する空気圧配管に配置される逆洗
弁と、その集塵室に配置されるシーズ・ヒータと、予め
逆洗プログラムを入力し、その２つの捕集室の入口にそ
れぞれ配置される圧力センサから与えられる信号を処理
し、そして、その逆洗プログラムに基づいてそれら弁を
選択的に開閉動作させ、また、そのシーズ・ヒータに通
電するコントローラとを含むので、また、逆気流で洗浄
されるセラミック・ハニカム・フィルタを備えてエンジ
ンの排気管の途中に並列に接続される２つの捕集室と、
それら捕集室の入口に連絡され、そして、フィルタを経
て大気に開放されてある集塵室とを含むので、この発明
の逆洗型フィルタ・システムでは、ガス処理量が充分に
確保され、逆気流でそのセラミック・ハニカム・フィル
ムを洗浄する際にも、排気をエンジンから大気中に直接
的に放出させることが回避され、そのセラミック・ハニ
カム・フィルタの逆洗効率が向上され、特に、その捕集
室からその集塵室を分離させてその集塵室をその捕集室
の入口に接続することによってその剥離された煤が、再
び、そのセラミック・ハニカム・フィルタに戻されるこ
となく、その集塵室に確実に集められ、そのようにし
て、エンジンの運転に支障をきたすことなしに、そのセ
ラミック・ハニカム・フィルタの逆洗が可能になり、加
えて、そのセラミック・ハニカム・フィルタの逆洗効率
がより向上され、また、小型、軽量化が図られ、自動車
に搭載することが可能になり、それに伴って、自動車の
排気系統に使用可能になり、その結果、自動車にとって
非常に有用で実用的である。

【図面の簡単な説明】

図は、トラックに搭載されたディーゼル・エンジンの排
気系統に適用されるこの発明の逆洗型フィルタ・システ
ムの概説図である。 11,12……捕集室、13……集塵室、14,15……フィルタ入
口弁、16,17……フィルタ出口弁、18,19……トラップ入
口弁、20,21……逆洗弁。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】逆気流で洗浄されるセラミック・ハニカム
   ・フィルタを備えてエンジンの排気管の途中に並列に接
   続される２つの捕集室と、 その２つの捕集室の入口にそれぞれ配置されるフィルタ
   入口弁と、 その２つの捕集室の出口にそれぞれ配置されるフィルタ
   出口弁と、 ２つの入口でその２つの捕集室の入口に接続される集塵
   室と、 その集塵室の２つの入口にそれぞれ配置されるトラップ
   入口弁と、 その２つの捕集室の出口にエア・タンクをそれぞれ接続
   する空気圧配管に配置される逆洗弁と、 その集塵室に配置されるシーズ・ヒータと、 予め逆洗プログラムを入力し、その２つの捕集室の入口
   にそれぞれ配置される圧力センサから与えられる信号を
   処理し、そして、その逆洗プログラムに基づいてそれら
   弁を選択的に開閉動作させ、また、そのシーズ・ヒータ
   に通電するコントローラ とを含む逆洗型フィルタ・システム。
2. 【請求項２】逆気流で洗浄されるセラミック・ハニカム
   ・フィルタを備えてエンジンの排気管の途中に並列に接
   続される２つの捕集室と、 その２つの捕集室の入口にそれぞれ配置されるフィルタ
   入口弁と、 その２つの捕集室の出口にそれぞれ配置されるフィルタ
   出口弁と、 ２つの入口でその２つの捕集室の入口に接続され、そし
   て、フィルタを経て大気に開放される集塵室と、 その集塵室の２つの入口にそれぞれ配置されるトラップ
   入口弁と、 その２つの捕集室の出口にエア・タンクをそれぞれ接続
   する空気圧配管に配置される逆洗弁と、 その集塵室に配置されるシーズ・ヒータと、 予め逆洗プログラムを入力し、その２つの捕集室の入口
   にそれぞれ配置される圧力センサから与えられる信号を
   処理し、そして、その逆洗プログラムに基づいてそれら
   弁を選択的に開閉動作させ、また、そのシーズ・ヒータ
   に通電するコントローラ とを含む逆洗型フィルタ・システム。