JP2671646B2 - 内燃機関の排気フィルタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関、特にディ
ーゼル機関で問題となるカーボン等の排気微粒子を捕集
除去するための排気フィルタに関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼル機関で問題となるカーボン等
の排気微粒子を、排気系に介装した排気フィルタにて捕
集除去することは従来から考えられており、種々の形式
の排気フィルタが既に提案されている。

【０００３】この排気フィルタの代表的なものは、いわ
ゆる目封じ型フィルタに代表される濾過捕集形式のもの
である。上記目封じ型フィルタは、例えば特開昭５６−
１２４４１７号公報に示されているように、セラミック
ス製のブロックに排気流方向に沿った多数の微細な流路
を形成し、かつ各流路の端部を交互にセラミックスにて
閉塞した構成であって、流路間のセラミックスの隔壁を
排気が通過することにより、排気微粒子を濾過捕集する
ようにしたものである。

【０００４】この濾過捕集形式のものでは、非常に高い
捕集効率が得られる反面、排気微粒子を過剰捕集し易
く、微粒子捕集量がフィルタの焼損限界を越え易い。つ
まり、バーナー等を用いた強制再生や排気熱による再生
の時期が多少でも遅れたりした場合に、多量の排気微粒
子が急激に燃焼し、フィルタの焼損を招く可能性があ
る。しかも、焼却除去が不可能なＡｓｈ成分（オイル添
加剤の酸化物等）までも捕集してしまい、いずれは目詰
まり状態に至る可能性がある。

【０００５】そこで、この濾過捕集形式のものに代え
て、付着捕集形式の排気フィルタが提案されている。そ
の一例としては、実開昭５１−２３６１５号公報や実開
昭５１−５０１０９号公報に見られるように、触媒を担
持した薄い耐熱性繊維板を多数積層してフィルタエレメ
ントとしたものが知られている。この付着捕集形式のも
のでは、フィルタエレメント内に生じる複雑な流路を排
気ガスが通流する際に、その流路表面に排気微粒子が付
着して捕集されるのであり、濾過捕集形式のような過剰
捕集は生じにくい。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような薄い繊維板は、それ自体の機械的強度が低いた
め、規則正しく積層した状態で形状保持することが難し
い。つまり、ケーシング内に固定するに際して繊維や網
目が部分的に潰れたり片寄ったりし易く、この結果、潰
れ等により目が密となった箇所に排気微粒子が局部的に
多く捕集され、排気微粒子の分布が非常に不均一とな
る。従って、再生時に、排気微粒子が過度に堆積してい
た箇所で局部的に高温となってフィルタの焼損を招く虞
れがある。しかも、このように排気微粒子の捕集が各部
で不均一であると、フィルタに触媒を担持させたとして
も、排気ガスと触媒との接触効率が悪くなり、触媒によ
る再生能力や排気浄化性能が低下する。

【０００７】また、上記従来例のように、耐熱性繊維板
をそのまま多数積層した構成では、通気抵抗が無意味に
増大するばかりで、排気微粒子の捕集効率はそれ程高く
得られない、という欠点もある。そして、付着捕集形式
の欠点の一つである機関加速時等における排気微粒子の
ブローオフも十分に抑制することができない。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る内燃機関
の排気フィルタは、波板状に屈曲した網目状金属繊維板
を平坦な網目状金属繊維板の片面もしくは両面に重ね合
わせ、その端縁を断面略Ｕ字形をなす金属製フレームに
て挟持固定して板状のフィルタ部材を形成するととも
に、目の粗さが異なる複数種のフィルタ部材を用い、こ
の複数枚のフィルタ部材を、排気流下流側に向かうに従
って目が細かくなるように積層してケーシング内に収容
したことを特徴としている。

【０００９】

【作用】上記構成では、網目状金属繊維板の端縁が金属
製フレームによって支持されるので、機械的強度が向上
し、多数積層した状態でケーシング内に容易に固定でき
る。このとき、上記フレームはスペーサとしても機能
し、各フィルタ部材同士で網目状金属繊維板の間に適宜
な空間が保たれる。

【００１０】また、平坦な網目状金属繊維板が波板状を
なす網目状金属繊維板とともにフレームにて固定される
ため、波板状をなす繊維板の形状保持が確実になされ、
それぞれの板の間に適宜な空間が保たれるとともに、経
時的な片寄りやだれが防止される。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面に基づいて
詳細に説明する。

【００１２】図２は、この発明に係る排気フィルタの一
実施例を示す断面図であり、ケーシング１内に円柱状の
フィルタエレメント２が収容されている。

【００１３】上記ケーシング１は例えばディーゼル機関
の排気管の途中に介装されるもので、円筒状の本体部１
ａと略円錐状の入口部１ｂおよび出口部１ｃとから構成
されている。尚、このケーシング１は、上下に２分割さ
れて形成されており、フィルタエレメント２を収容した
後に、溶接等により一体化されている。

【００１４】フィルタエレメント２は、図３に示すよう
に、複数枚の円板状のフィルタ部材３から構成されてい
る。つまり、複数枚のフィルタ部材３を積層するととも
に筒状ケース４内に収容し、かつ筒状ケース４の両側の
開口端縁４ａをかしめることで堅固に一体化されてい
る。

【００１５】各フィルタ部材３は、図１に示すように触
媒を担持した３枚の網目状金属繊維板を重ね合わせて構
成されている。中心に位置する網目状金属繊維板５は平
坦な円板状をなしており、その両面に、波板状に屈曲し
た一対の網目状金属繊維板６がそれぞれ重ね合わされて
いる。そして、３枚の網目状金属繊維板５，６の周端縁
を重ね合わせた状態で、断面略Ｕ字形をなす金属製フレ
ーム７にて挾持固定されている。上記網目状金属繊維板
５，６は、金属繊維を網目を有する薄いシート状に形成
したものであって、１つのフィルタ部材３を構成する３
枚の網目状金属繊維板５，６は、その目の粗さが同一に
設定されている。

【００１６】そして、フィルタエレメント２全体として
は、目の粗さが異なる複数種のフィルタ部材３が用いら
れており、図４に示すように、排気流上流側で比較的目
が粗く、下流側へ向かうに従って目が細かくなるような
順序に複数枚のフィルタ部材３が積層されている。

【００１７】尚、波板状に屈曲した網目状金属繊維板６
の凹凸の高さは、図１に明らかなように金属製フレーム
７の突出量よりも小さく設定されている。

【００１８】上記実施例の構成によれば、排気がフィル
タエレメント２つまり多数のフィルタ部材３を通過する
際に、排気微粒子が網目状金属繊維板５，６の表面に付
着して捕集される。そして、この捕集された排気微粒子
は、例えば排気温が高くなったときなどに再燃焼し、フ
ィルタエレメント２が再生される。

【００１９】ここで、上記構成では、複数枚の網目状金
属繊維板５，６が図１のように互いに密着することなく
波板状の凹凸により離れた状態に積層される。しかも金
属製フレーム７が一種のスペーサとして機能して、隣接
するフィルタ部材３同士でも網目状金属繊維板６の密着
が防止される。また波板状をなす網目状金属繊維板６
は、その凹凸により大きな表面積を確保できる。従っ
て、排気との実質的な接触面積が大きく得られ、通気抵
抗の大幅な増大を来すことなく捕集効率を高めることが
できる。尚、触媒との接触効率もそれだけ良好となり、
触媒による排気浄化作用や再生能力が向上する。そし
て、波板状の網目状金属繊維板６を平坦な網目状金属繊
維板５と併せて金属製フレーム７で一体化してあるた
め、平坦な網目状金属繊維板５の張力によって図１のよ
うな断面形状が確実に保持され、例えば自重によって潰
れたり、目の粗密が片寄ったりすることがない。従っ
て、比較的各部均一に排気微粒子が捕集され、再生時の
局部的な過熱が防止される。

【００２０】また上記構成では、複数枚の網目状金属繊
維板５，６が予め金属製フレーム７にて一体化されるの
で、その取り扱いが容易になるとともに、機械的強度の
低い網目状金属繊維板５，６を多数積層した状態に堅固
に固定支持することが可能となり、耐久性に優れたもの
となる。特に、筒状ケース４の開口端縁４ａをかしめる
際に、各フィルタ部材３の金属製フレーム７の部分に力
が加わるので、かしめ時の変形等も防止され、堅固に一
体化することができる。

【００２１】更に、上記フィルタエレメント２は、排気
流上流側で目が粗く、下流側へ向かうに従って目が細か
くなるように複数枚のフィルタ部材３が組み合わされて
いるので、例えば機関を急加速したような場合に、上流
側の網目状金属繊維板５，６から排気微粒子がブローオ
フしたとしても下流側の網目状金属繊維板５，６におい
て再捕集され易くなり、外部へのブローオフが防止され
る。

【００２２】次に、図５，図６は、この発明の異なる実
施例を示している。この実施例では、１つのフィルタ部
材３Ａ，３Ｂが２枚の網目状金属繊維板５，６つまり平
坦な網目状金属繊維板５とその上流側の面に重ね合わさ
れた波板状の網目状金属繊維板６とから構成されてい
る。そして、金属製フレーム７の構成が異なる２種類の
フィルタ部材３Ａ，３Ｂが交互に積層されている。

【００２３】一方のフィルタ部材３Ａにおいては、金属
製フレーム７の下流側の面の中央部に邪魔板部７ａが形
成されており、これが略十字形のブリッジ部７ｂによっ
てフレーム７周縁部に連結されている。また、他方のフ
ィルタ部材３Ｂにおいては、金属製フレーム７の下流側
の面が内周側に延長されており、これによって外周部を
覆う邪魔板部７ｃが形成されている。尚、各フィルタ部
材３Ａ，３Ｂの網目状金属繊維板５，６の目の粗さは、
前述した実施例と同様に下流側へ向かうに従って細かく
設定されている。

【００２４】従って、この実施例においては、図６に矢
印で示すように、排気流が非常に乱れた形でフィルタエ
レメント２内を通流することになり、排気微粒子の捕集
効率が向上するとともに、触媒との接触効率が一層良好
なものとなる。また、各邪魔板部７ａ，７ｃおよびブリ
ッジ部７ｂが金属製フレーム７の一部として網目状金属
繊維板５，６を支持するので、網目状金属繊維板５，６
の支持が一層確実となり、かつフィルタ部材３Ａ，３Ｂ
としての機械的強度が向上する。

【００２５】尚、いずれの実施例においても、網目状金
属繊維板５，６の目の粗さは必ずしも１枚づつ連続的に
変化させる必要はなく、何枚かづつ同一のものとして段
階的に変化させるようにしても良い。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、この発明
に係る内燃機関の排気フィルタにおいては、機械的強度
の低い網目状金属繊維板とりわけ波板状に屈曲させた網
目状金属繊維板を安定的に固定支持することが可能とな
り、耐久性の向上や性能の安定化が図れる。また、多数
の網目状金属繊維板を非密着状態に維持でき、通気抵抗
に比して高い捕集効率が得られるとともに、自重による
潰れや粗密の片寄りが防止され、各部で比較的均一な捕
集を行うことができる。

【００２７】そして、目の粗さが異なるフィルタ部材を
順次積層することにより、機関急加速時等のブローオフ
が防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る排気フィルタの要部を示す断面
図。

【図２】この発明に係る排気フィルタの全体的構成を示
す断面図。

【図３】フィルタエレメントのみを示す一部切欠の斜視
図。

【図４】フィルタ部材の積層状態を示す説明図。

【図５】この発明の異なる実施例を示す要部の断面図。

【図６】この実施例におけるフィルタ部材の積層状態を
示す説明図。

【符号の説明】

２…フィルタエレメント ３…フィルタ部材 ５，６…網目状金属繊維板 ７…金属製フレーム

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 波板状に屈曲した網目状金属繊維板を平
   坦な網目状金属繊維板の片面もしくは両面に重ね合わ
   せ、その端縁を断面略Ｕ字形をなす金属製フレームにて
   挟持固定して板状のフィルタ部材を形成するとともに、
   目の粗さが異なる複数種のフィルタ部材を用い、この複
   数枚のフィルタ部材を、排気流下流側に向かうに従って
   目が細かくなるように積層してケーシング内に収容した
   ことを特徴とする内燃機関の排気フィルタ。