JP2855860B2 - 内燃機関の排気フィルタ - Google Patents

内燃機関の排気フィルタ

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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、バーナー等による強制的な再生を適切な時期に頻繁
に行う必要があるとともに、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
の代表例としては、特開昭６２−４５３０９号公報に見
られるようなセラミックスの三次元多孔体いわゆるセラ
ミックスフォームをフィルタエレメントとしたものが知
られており、連続気泡状に形成される複雑かつ微細な流
路を排気ガスが通流する際に、流路壁面に排気微粒子が
付着して捕集されるようになっている。そして、上記特
開昭６２−４５３０９号公報では、排気が流入する表面
積を大きく確保するために、セラミックスフォームを円
筒状もしくはカップ状とした構成が示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記のようにセラミッ
クスフォームを用いた付着捕集形式のものでは、過剰捕
集は生じにくく、バーナー等の強制的な再生手段がなく
とも排気熱による自然な再生を期待できる。しかし、そ
の反面、捕集密度が排気流方向で不均一となり易く、排
気の入口側となる表面に多量の排気微粒子がたまってし
まい、再生時に局部的に高温となる虞れがある。
【０００７】また、このように、局部的に排気微粒子が
多く存在している箇所では、フィルタ材料の表面に排気
微粒子が直接付着せずに、捕集された微粒子の上に更に
排気微粒子が付着した状態となって、その付着強度が弱
いため、機関を急加速したような場合に多量の排気微粒
子が外部へ急激にブローオフし、黒煙となって排出され
るという欠点がある。
【０００８】すなわち、この付着捕集形式のフィルタの
利点を十分に生かすためには、フィルタ内部での緩慢な
ブローオフを許容し、フィルタエレメント全体に広く、
かつより均一に排気微粒子を分布させることが望まし
い。
【０００９】請求項１の発明は、ケーシング内に収容さ
れ、セラミックスフォームからなるフィルタエレメント
を、排気主流方向と直交するように複数枚に分割積層形
成して配置し、上記各セラミックスフォーム部材に排気
主流方向に貫通形成される直径ｄなる拡散孔を、Ｐ＞２
ｄの関係を満たすピッチＰで縦横に複数配置すると共
に、上記拡散孔が隣接するセラミックスフォーム部材端
部で全て閉塞されるように、隣接するセラミックスフォ
ーム部材の拡散孔が、互いに縦横にずれた位置に形成さ
れていることを特徴としている。
【００１０】請求項２の発明は、ケーシング内に収容さ
れ、セラミックスフォームからなるフィルタエレメント
を、排気主流方向と直交するように複数枚に分割形成
し、各セラミックスフォーム部材に、排気主流上流側の
一端が開口し、かつ排気主流下流側の他端が閉塞された
多数の拡散孔を形成したことを特徴としている。 請求項
３の発明は、ケーシング内に収容され、セラミックスフ
ォームからなるフィルタエレメントを、排気主流方向と
直交するように複数枚に分割形成し、各セラミックスフ
ォーム部材に、多数の拡散孔を貫通形成すると共に、上
記各セラミックスフォーム部材間にセラミックスフォー
ム板を介装したことを特徴としている。
【００１１】上記構成では、セラミックスフォームから
なるフィルタエレメント内に、複数の拡散孔が不連続で
かつ排気主流方向に複数段に配列された状態に存在す
る。
【００１２】このフィルタエレメントの一端から排気が
流入すると、初期には、その排気入口側の端部に重点的
に排気微粒子が捕集される。しかし、この局部的にたま
った排気微粒子は、排気流によって徐々にブローオフ
し、フィルタエレメント内の排気主流方向下流側に進入
する。
【００１３】このとき、排気流はセラミックスフォーム
の肉薄な部分を多く通ろうとし、つまり拡散孔へ向かっ
で多く流れる。そして、拡散孔内で拡散するため、その
内表面に排気微粒子が付着捕集される。また、この拡散
孔内では、下流側の端部に排気微粒子が多く集まるが、
ここに集まった排気微粒子は、更に排気主流方向下流側
である後段の拡散孔へ向かって徐々にブローオフする。
【００１４】つまり各拡散孔の内表面で効率良く排気微
粒子が捕集されるとともに、ここからフィルタエレメン
ト全体に広く排気微粒子が拡散するようになり、かつ拡
散孔が複数段存在することによって急激な外部へのブロ
ーオフが防止される。
【００１５】
【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。
【００１６】図１は、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。
【００１７】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を緩衝材３
とともに収容した後に、溶接等により一体化されてい
る。
【００１８】フィルタエレメント２は、触媒を担持した
セラミックスフォームからなり、排気主流方向と直交す
る面に沿って４枚のセラミックスフォーム部材４Ａ〜４
Ｄに分割形成されている。換言すれば、円板状をなす４
枚のセラミックスフォーム部材４Ａ〜４Ｄを積層して円
柱状のフィルタエレメント２が構成されている。
【００１９】図２は、最も上流側に位置する第１セラミ
ックスフォーム部材４Ａを示したもので、図示するよう
に、多数の拡散孔５が排気主流方向に沿って貫通形成さ
れている。この拡散孔５は、縦横一定のピッチＰでもっ
て配列されている。尚、このピッチＰは、拡散孔５の直
径ｄに対しＰ＞２ｄとする必要があり、望ましくはＰ≧
３ｄとする。
【００２０】また図３は、上記第１セラミックスフォー
ム部材４Ａに隣接する第２セラミックスフォーム部材４
Ｂを示したもので、この第２セラミックスフォーム部材
４Ｂにも、同様に縦横一定のピッチＰでもって拡散孔５
が貫通形成されている。
【００２１】ここで、上記第２セラミックスフォーム部
材４Ｂの拡散孔５は、第１セラミックスフォーム部材４
Ａの各拡散孔５の位置に対し縦横それぞれＰ／２づつず
れた位置に配置されている。従って、図４に示すように
両部材４Ａ、４Ｂの各拡散孔５が必ず重なり合わない状
態となる。よって、第２セラミックスフォーム部材４Ｂ
の拡散孔５の排気主流方向上流側開口部は、第１セラミ
ックスフォーム部材４Ａの排気下流側の端部外面で閉塞
される。
【００２２】また３段目に位置する第３セラミックスフ
ォーム部材４Ｃおよび４段目に位置する第４セラミック
スフォーム部材４Ｄにも同様に縦横一定のピッチＰでも
って拡散孔５が貫通形成されているが、第３セラミック
スフォーム部材４Ｃは第１セラミックスフォーム部材４
Ａと同一位置に、第４セラミックスフォーム部材４Ｄは
第２セラミックスフォーム部材４Ｂと何一の位置に、そ
れぞれ拡散孔５が貫通形成されている。従って、第２セ
ラミックスフォーム部材４Ｂの拡散孔５の排気主流方向
下流側開口部は、第３セラミックスフォーム部材４Ｃの
排気上流側端部の外面で閉塞される。また、第３セラミ
ックスフォーム部材４Ｃの拡散孔５の排気主流方向上流
側開口部および下流側開口部は、それぞれ第２セラミッ
クスフォーム部材４Ｂの排気下流側端部の外面および第
４セラミックスフォーム部材４Ｄの排気上流側端部の外
面で閉塞される。更に第４セラミックスフォーム部材４
Ｄの拡散孔５の排気主流方向上流側開口部は、第３セラ
ミックスフォーム部材４Ｃの排気下流側端部の外面で閉
塞される。
【００２３】以上のように、フィルタエレメント２全体
としては、連続しない互い違いの位置に４段に亙って多
数の拡散孔５が配列された状態となる。つまり、各セラ
ミックスフォーム部材４を隣接するセラミックスフォー
ム部材端部４が前記拡散孔５を閉塞する位置となるよう
に形成される。
【００２４】上記のように構成された排気フィルタにお
いては、入口部１ｂ側から流入した排気は、全体がセラ
ミックスフォームからなるフィルタエレメント２を通っ
て下流側へ流れようとし、その間に排気微粒子がフィル
タエレメント２に付着捕集されるのであるが、先ず第１
セラミックスフォーム部材４Ａの端面および該第１セラ
ミックスフォーム部材４Ａの拡散孔５内表面に排気微粒
子が多く捕集される。
【００２５】そして、拡散孔５内に捕集された排気微粒
子は、図５のように該拡散孔５の下流側端部に多く集ま
るが、排気流はセラミックスフォームの肉薄な部分を多
く通ろうとするため、図５に矢印で示すように、後段の
つまり第２セラミックスフォーム部材４Ｂの拡散孔５へ
向かって排気微粒子が拡散して行く。更に、この部分の
排気微粒子堆積量が増えた状態あるいは排気流速が大と
なった状態では、図６に矢印で示すように、拡散孔５の
比較的上流側部分からも周囲へ向かって排気が強く流
れ、排気微粒子が拡散して行く。
【００２６】このようにして、排気微粒子は、図７に矢
印で示すようにフィルタエレメント２内で順次後段の拡
散孔５へ移動して行くとともに、セラミックスフォーム
内に広く拡散して行く。
【００２７】すなわち、フィルタエレメント２を密な円
柱状のセラミックスフォームとした場合に比して、拡散
孔５を備えた上記構成では、排気微粒子が下流側に緩慢
にブローオフし易く、フィルタエレメント２軸方向に見
た場合に、排気微粒子の分布状態が比較的平均化したも
のとなる。また、付着捕集の場合、フィルタ外表面での
捕集効率が高くなるが、拡散孔５内表面により実質的な
表面積が大となり、かつこの拡散孔５が複数段に配置さ
れているので、局部的な堆積を防止しつつ全体としての
捕集効率が向上する。尚、排気微粒子の局部的な堆積が
防止されることから、触媒との接触効率も向上する。
【００２８】そして、機関加速時等に排気流速が急に高
くなっても、排気流が複数段に設けた拡散孔５内で順次
拡散し、そこで排気微粒子が再捕集されるため、排気微
粒子の外部への急激なブローオフを生じることがない。
【００２９】尚、捕集そのものは付着捕集の形で行われ
るため、濾過捕集のような過剰捕集が防止され、またＡ
ｓｈ成分による目詰まりも生じにくい。
【００３０】次に、図８に示す実施例は、第１〜第４セ
ラミックスフォーム部材４Ａ〜４Ｄに、一端が閉塞され
た形の多数の拡散孔５を凹設したものである。第２セラ
ミックスフォーム部材４Ｂの拡散孔５の排気主流方向上
流側開口部は、第１セラミックスフォーム部材４Ｃの排
気下流側の端部外面で閉塞される。同様に、第３セラミ
ックスフォーム部材４Ｃの拡散孔５の排気主流方向上流
側開口部は、第２セラミックスフォーム部材４Ｂの排気
下流側の端部外面で閉塞され、第４セラミックスフォー
ム部材４Ｄの拡散孔５の排気主流方向上流側開口部は、
第３セラミックスフォーム部材４Ｃの排気下流側の端部
外面で閉塞される。この場合、各セラミックスフォーム
部材４Ａ〜４Ｄにおける拡散孔５の形成位置は特に制約
されないので、図示するように、各セラミックスフォー
ム部材４Ａ〜４Ｄで同一の位置に形成することができ
る。
【００３１】また図９に示す実施例は、多数の拡散孔５
が貫通形成されたセラミックスフォーム板６と、その背
面に重なった薄いセラミックスフォーム板７とで、一つ
のセラミックスフォーム部材８を構成し、これを複数積
層したものである。すなわち、図８の実施例と同様に、
前後に多少離れた状態で多数の拡散孔５が配列されてい
る。尚、図示例では、１段目と２段目のように各段の拡
散孔５が直列に並ばないようにずらして配列されている
が、図８の実施例と同様に直列に配列することも可能で
ある。
【００３２】
【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よれば、セラミックス
フォームからなるフィルタエレメント内に複数の拡散孔
を排気主流方向に複数段に配列して散在させることによ
り、緩慢な内部ブローオフが促進され、均一に排気微粒
子を拡散させることができる。また拡散孔により実質的
な捕集表面積が拡大するため、局部的な堆積を防止しつ
つ捕集効率が高く得られる。そして、複数段に配置され
る拡散孔で順次排気の拡散および排気微粒子の再捕集が
なされるので、急加速時の急激なブローオフを防止でき
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一実施例を示す
断面図。
【図２】第１セラミックスフォーム部材の平面図。
【図３】第２セラミックスフォーム部材の平面図。
【図４】第１セラミックスフォーム部材と第２セラミッ
クスフォーム部材とを積層した状態の説明図。
【図５】拡散孔から後段の拡散孔へ向かう排気微粒子の
拡散状態を示す説明図。
【図６】同じく堆積量が多い場合もしくは高流速時の拡
散状態を示す説明図。
【図７】フィルタエレメント全体での排気微粒子の挙動
を示す説明図。
【図８】この発明に係る排気フィルタの異なる実施例を
示す断面図。
【図９】この発明に係る排気フィルタの更に異なる実施
例を示す断面図。
【符号の説明】
１…ケーシング ２…フィルタエレメント ４Ａ〜４Ｄ…セラミックスフォーム部材 ５…拡散孔

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ケーシング内に収容され、セラミックス
    フォームからなるフィルタエレメントを、排気主流方向
    と直交するように複数枚に分割積層形成して配置し、上
    記各セラミックスフォーム部材に排気主流方向に貫通形
    成される直径ｄなる拡散孔を、Ｐ＞２ｄの関係を満たす
    ピッチＰで縦横に複数配置すると共に、上記拡散孔が隣
    接するセラミックスフォーム部材端部で全て閉塞される
    ように、隣接するセラミックスフォーム部材の拡散孔
    が、互いに縦横にずれた位置に形成されていることを特
    徴とする内燃機関の排気フィルタ。
  2. 【請求項２】 ケーシング内に収容され、セラミックス
    フォームからなるフィルタエレメントを、排気主流方向
    と直交するように複数枚に分割形成し、各セラミックス
    フォーム部材に、排気主流上流側の一端が開口し、かつ
    排気主流下流側の他端が閉塞された多数の拡散孔を形成
    したことを特徴とする内燃機関の排気フィルタ。
  3. 【請求項３】 ケーシング内に収容され、セラミックス
    フォームからなるフィルタエレメントを、排気主流方向
    と直交するように複数枚に分割形成し、各セラミックス
    フォーム部材に、多数の拡散孔を貫通形成すると共に、
    上記各セラミックスフォーム部材間にセラミックスフォ
    ーム板を介装したことを特徴とする内燃機関の排気フィ
    ルタ。
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