JP3147356B2 - 排気ガス微粒子浄化装置 - Google Patents
排気ガス微粒子浄化装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はディーゼルエンジンの排気ガス微粒子浄化装
置に関し、特にこれを使用するセラミック製微粒子捕集
フィルタの再生時の熱損傷を効果的に防止する排気ガス
微粒子浄化装置に関する。
置に関し、特にこれを使用するセラミック製微粒子捕集
フィルタの再生時の熱損傷を効果的に防止する排気ガス
微粒子浄化装置に関する。
［従来の技術］ ディーゼルエンジンの排気管には、排気ガス中のカー
ボン粒子等の微粒子を捕集して浄化する浄化装置が設け
られており、その一例を第９図で説明する。
ボン粒子等の微粒子を捕集して浄化する浄化装置が設け
られており、その一例を第９図で説明する。
図において、エンジン５の排気管４は途中を分岐せし
め、分岐管の一方は中間部を大径として内部にセラミッ
ク製の微粒子捕集フィルタ１を設置してある。この捕集
フィルタ１はハニカム構造を有する筒体で、隔壁11（第
10図）で仕切られた多数の流路1a、1bを有するととも
に、隣接する流路1a、1bは上流側と下流側の端部が交互
に閉鎖されている（第11図）。しかして、捕集フィルタ
１の上流側より至った排気ガスは、上流側へ開口する流
路1a内へ流入し、隔壁11を通過して隣接する流路1bより
下流側へ流出する。この時、排気ガス中に含まれる微粒
子は上記隔壁11で通過を阻まれてここに捕集され堆積す
る。
め、分岐管の一方は中間部を大径として内部にセラミッ
ク製の微粒子捕集フィルタ１を設置してある。この捕集
フィルタ１はハニカム構造を有する筒体で、隔壁11（第
10図）で仕切られた多数の流路1a、1bを有するととも
に、隣接する流路1a、1bは上流側と下流側の端部が交互
に閉鎖されている（第11図）。しかして、捕集フィルタ
１の上流側より至った排気ガスは、上流側へ開口する流
路1a内へ流入し、隔壁11を通過して隣接する流路1bより
下流側へ流出する。この時、排気ガス中に含まれる微粒
子は上記隔壁11で通過を阻まれてここに捕集され堆積す
る。
微粒子の堆積が進行すると通気抵抗が増加し、捕集フ
ィルタ１の前後差圧が増大してエンジン３の出力低下を
招くため、堆積微粒子を周期的に除去する必要がある。
そこで、例えば捕集フィルタ１の上流側端面に、第10図
に示す如くヒータ２を設けて捕集微粒子を加熱燃焼せし
めて除去している。
ィルタ１の前後差圧が増大してエンジン３の出力低下を
招くため、堆積微粒子を周期的に除去する必要がある。
そこで、例えば捕集フィルタ１の上流側端面に、第10図
に示す如くヒータ２を設けて捕集微粒子を加熱燃焼せし
めて除去している。
［発明が解決しようとする課題］ ところで、この燃焼浄化時に、上記捕集フィルタの特
に中心部温度が過度に上昇するとともに、比較的低温の
外周部との間に大きな温度勾配を生じて、熱損傷すると
いう問題があり、また、低温の上記外周部では堆積微粒
子が燃え残り、完全な浄化ができないことがあった。
に中心部温度が過度に上昇するとともに、比較的低温の
外周部との間に大きな温度勾配を生じて、熱損傷すると
いう問題があり、また、低温の上記外周部では堆積微粒
子が燃え残り、完全な浄化ができないことがあった。
これを第12図に示し、図中実線は捕集フィルタの中心
部（第10図のＢ部領域）温度の経時変化、破線は外周部
（第10図のＣ部領域）温度の経時変化を示すものであ
る。この場合の中心部の最高温度T1は、捕集フィルタに
損傷を与える程に上昇する場合があり、また、外周部と
の大きな温度差ΔT1（100〜300℃程度）により温度勾配
も過度なものとなっている。なお、外周部の温度が低い
のは、熱が排気管の管壁を経て外部へ放散され易いから
である。
部（第10図のＢ部領域）温度の経時変化、破線は外周部
（第10図のＣ部領域）温度の経時変化を示すものであ
る。この場合の中心部の最高温度T1は、捕集フィルタに
損傷を与える程に上昇する場合があり、また、外周部と
の大きな温度差ΔT1（100〜300℃程度）により温度勾配
も過度なものとなっている。なお、外周部の温度が低い
のは、熱が排気管の管壁を経て外部へ放散され易いから
である。
本発明はかかる課題を解決するもので、微粒子捕集フ
ィルタの再生時の損傷を有効に防止するとともに、フィ
ルタ外周部における再生不良も生じない排気ガス微粒子
浄化装置を提供することを目的とする。
ィルタの再生時の損傷を有効に防止するとともに、フィ
ルタ外周部における再生不良も生じない排気ガス微粒子
浄化装置を提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］ 本発明の排気ガス微粒子浄化装置は、エンジンの排気
管に設けられて排気ガス中の微粒子を捕集する微粒子捕
集フィルタを、中心部より外周部に向けて漸次フィルタ
部の排気ガス通過面積が大きくなるように形成して、前
記外周部に前記中心部より多くの微粒子を堆積させると
ともに、前記微粒子捕集フィルタの中心部と外周部とに
それぞれ対応して設けられ、前記微粒子捕集フィルタに
捕集された微粒子を加熱燃焼させて前記微粒子捕集フィ
ルタを再生するヒータと、微粒子堆積量の多い前記外周
部のヒータに通電した後、微粒子堆積の少ない前記中心
部のヒータに通電する通電手段とを備えている。
管に設けられて排気ガス中の微粒子を捕集する微粒子捕
集フィルタを、中心部より外周部に向けて漸次フィルタ
部の排気ガス通過面積が大きくなるように形成して、前
記外周部に前記中心部より多くの微粒子を堆積させると
ともに、前記微粒子捕集フィルタの中心部と外周部とに
それぞれ対応して設けられ、前記微粒子捕集フィルタに
捕集された微粒子を加熱燃焼させて前記微粒子捕集フィ
ルタを再生するヒータと、微粒子堆積量の多い前記外周
部のヒータに通電した後、微粒子堆積の少ない前記中心
部のヒータに通電する通電手段とを備えている。
上記構成によれば、微粒子捕集フィルタは、外周部に
おいてフィルタ部の排気ガス通過面堰句を大きくしてあ
るから、微粒子は中心部よりも外周部により多く捕集堆
積する。堆積する微粒子はカーボンや未燃の燃料であ
り、第13図に示すように、再生時のフィルタ温度は堆積
量が多い部分ほど、微粒子の燃焼熱により高くなるか
ら、微粒子堆積量の多い外周部でフィルタ温度は上昇
し、微粒子堆積量の少ない中心部でフィルタ温度が下降
する結果、中心部と外周部の温度差が小さくなって、フ
ィルタの損傷が効果的に防止される。
おいてフィルタ部の排気ガス通過面堰句を大きくしてあ
るから、微粒子は中心部よりも外周部により多く捕集堆
積する。堆積する微粒子はカーボンや未燃の燃料であ
り、第13図に示すように、再生時のフィルタ温度は堆積
量が多い部分ほど、微粒子の燃焼熱により高くなるか
ら、微粒子堆積量の多い外周部でフィルタ温度は上昇
し、微粒子堆積量の少ない中心部でフィルタ温度が下降
する結果、中心部と外周部の温度差が小さくなって、フ
ィルタの損傷が効果的に防止される。
また、フィルタ外周部で温度が上昇することにより、
外周部における微粒子の未燃が防止される。
外周部における微粒子の未燃が防止される。
また、本発明では、最初に、微粒子堆積量の多い外周
部のヒータに通電するから、微粒子は容易に着火燃焼す
る。そして、本発明では、外周部が微粒子の燃焼、再生
により温度が高くなった状態で、中心部のヒータに通電
するので、堆積量の少ないフィルタ中心部においても微
粒子の着火が良好になされる。
部のヒータに通電するから、微粒子は容易に着火燃焼す
る。そして、本発明では、外周部が微粒子の燃焼、再生
により温度が高くなった状態で、中心部のヒータに通電
するので、堆積量の少ないフィルタ中心部においても微
粒子の着火が良好になされる。
［第１実施例］ 第１図は、第２図に示す微粒子捕集フィルタ１の上流
側端面のＡ部拡大図である。捕集フィルタ１はハニカム
構造を有するセラミック製の円筒体で、隔壁11により区
画されて軸方向延びる多数の流路1a、1bが形成され、隣
接する流路1a、1bは交互に上流側端部と下流側端部が閉
鎖されている。したがって、上流より至る排気ガスは、
上流へ開口する流路1a内へ流入し、隔壁11を通過して隣
接する流路1bより下流側へ流出する。
側端面のＡ部拡大図である。捕集フィルタ１はハニカム
構造を有するセラミック製の円筒体で、隔壁11により区
画されて軸方向延びる多数の流路1a、1bが形成され、隣
接する流路1a、1bは交互に上流側端部と下流側端部が閉
鎖されている。したがって、上流より至る排気ガスは、
上流へ開口する流路1a内へ流入し、隔壁11を通過して隣
接する流路1bより下流側へ流出する。
上記各流路1a、1bを区画する隔壁11は、外周部より中
心部に向けて（第１図の下方より上方）次第にその壁厚
が厚くしてあり、これにより、中心部へ向かう程、各流
路1a、1bに面する隔壁面積、すなわち排気ガスの流通面
積が小さくなっている。これにより、排気ガスの通過に
伴って、各流路1a、1bに面する隔壁11に堆積する微粒子
は、第３図に示す如くフィルタ外周部で多く、中心部に
向かうに従って少なくなる。
心部に向けて（第１図の下方より上方）次第にその壁厚
が厚くしてあり、これにより、中心部へ向かう程、各流
路1a、1bに面する隔壁面積、すなわち排気ガスの流通面
積が小さくなっている。これにより、排気ガスの通過に
伴って、各流路1a、1bに面する隔壁11に堆積する微粒子
は、第３図に示す如くフィルタ外周部で多く、中心部に
向かうに従って少なくなる。
かかる微粒子捕集フィルタ１の上流側端面には、第４
図に示す如くヒータ2A、2B、2C、2D、2Eが設けてあり、
このヒータとしては導電性セラミックやニクロム線等が
使用できる。これらヒータ2A〜2Eはフィルタ端面の中心
部13と、外周部14の四つの区画にそれぞれ配設されて、
外部の通電回路３に至っている（ヒータ2A、2Eの配線の
み図示）。
図に示す如くヒータ2A、2B、2C、2D、2Eが設けてあり、
このヒータとしては導電性セラミックやニクロム線等が
使用できる。これらヒータ2A〜2Eはフィルタ端面の中心
部13と、外周部14の四つの区画にそれぞれ配設されて、
外部の通電回路３に至っている（ヒータ2A、2Eの配線の
み図示）。
通電回路３は、最初にヒータ2Aに通電し、この後、順
次ヒータ2B〜2Dへ通電する。そして、フィルタ外周部14
の微粒子を燃焼せしめた後、ヒータ2Eへ通電してフィル
タ中心部13の微粒子を燃焼せしめる。フィルタ外周部14
には既述の如く、多量の微粒子が捕集されているから、
容易に着火燃焼し、速やかにフィルタ再生がなされる。
そして、上記外周部14の燃焼熱が加わった状態で中心部
ヒータ2Eに通電するから、フィルタ中心部13の捕集微粒
子が少なくても良好に着火し、速やかな燃焼がなされ
る。
次ヒータ2B〜2Dへ通電する。そして、フィルタ外周部14
の微粒子を燃焼せしめた後、ヒータ2Eへ通電してフィル
タ中心部13の微粒子を燃焼せしめる。フィルタ外周部14
には既述の如く、多量の微粒子が捕集されているから、
容易に着火燃焼し、速やかにフィルタ再生がなされる。
そして、上記外周部14の燃焼熱が加わった状態で中心部
ヒータ2Eに通電するから、フィルタ中心部13の捕集微粒
子が少なくても良好に着火し、速やかな燃焼がなされ
る。
そして、この燃焼再生時に、フィルタ外周部14では捕
集微粒子量が多いから、燃焼温度は上昇し、一方、フィ
ルタ中心部13では捕集微粒子量が少ないことにより燃焼
温度は下降する。しかして、第５図に示す如く、再生時
のフィルタ中心部温度（図中実線）と外周部温度（図中
破線）の差ΔT2は小さくなり、かつ上記中心部13の最高
温度T2は低くなる。これにより、フィルタ中心部13と外
周部14間の温度勾配が小さくなるとともに、フィルタ中
心部13における温度上昇が過度となることはないから、
捕集フィルタ１の損傷は効果的に防止される。
集微粒子量が多いから、燃焼温度は上昇し、一方、フィ
ルタ中心部13では捕集微粒子量が少ないことにより燃焼
温度は下降する。しかして、第５図に示す如く、再生時
のフィルタ中心部温度（図中実線）と外周部温度（図中
破線）の差ΔT2は小さくなり、かつ上記中心部13の最高
温度T2は低くなる。これにより、フィルタ中心部13と外
周部14間の温度勾配が小さくなるとともに、フィルタ中
心部13における温度上昇が過度となることはないから、
捕集フィルタ１の損傷は効果的に防止される。
また、フィルタ外周部14の温度が上昇することによ
り、微粒子の未燃が防止され、完全な再生が可能であ
る。
り、微粒子の未燃が防止され、完全な再生が可能であ
る。
なお、本実施例において、外周部ヒータを分割したの
は、電源の容量を考慮したものであり、電源に余裕があ
る場合には一体のものとして良い。
は、電源の容量を考慮したものであり、電源に余裕があ
る場合には一体のものとして良い。
［第２実施例］ 第６図ないし第８図は本発明の第２実施例を示し、捕
集フィルタ１はその中心部13と外周部14で流路1a、1bの
断面積を変えてある。すなわち、隔壁11の壁厚を全て一
定として、中心部13では流路断面積を大きくなし（第７
図）、外周部14では小さくしてある（第８図）。
集フィルタ１はその中心部13と外周部14で流路1a、1bの
断面積を変えてある。すなわち、隔壁11の壁厚を全て一
定として、中心部13では流路断面積を大きくなし（第７
図）、外周部14では小さくしてある（第８図）。
これにより、フィルタ中心部13では流路に面する隔壁
11の面積、すなわち排気ガス通気面積が減少し、一方、
フィルタ外周部14では増大する。
11の面積、すなわち排気ガス通気面積が減少し、一方、
フィルタ外周部14では増大する。
かかるフィルタ構造によっても上記実施例と同様の効
果がある。本実施例では隔壁11の壁厚を全て一定とした
から、中心部13と外周部14の境界で流路径を段状に変化
しても、この部分で熱容量が急激に変化することはな
く、熱応力による損傷は生じない。
果がある。本実施例では隔壁11の壁厚を全て一定とした
から、中心部13と外周部14の境界で流路径を段状に変化
しても、この部分で熱容量が急激に変化することはな
く、熱応力による損傷は生じない。
［発明の効果］ 以上の如く、本発明の排気ガス微粒子浄化装置によれ
ば、中心部より外周部へ向けての急激な温度勾配を生じ
ないから、熱損傷の発生を効果的に防止することがで
き、また、フィルタ外周部の温度が十分上昇することに
より、この部分での再生不良も回避される。
ば、中心部より外周部へ向けての急激な温度勾配を生じ
ないから、熱損傷の発生を効果的に防止することがで
き、また、フィルタ外周部の温度が十分上昇することに
より、この部分での再生不良も回避される。
第１図ないし第５図は本発明の第１実施例を示し、第１
図は捕集フィルタ端面における第２図Ｄ部の部分拡大
図、第２図は捕集フィルタ端面の概略正面図、第３図は
捕集フィルタの部分縦断面図、第４図はヒータの配設状
態を示す概略斜視図、第５図はフィルタ温度の経時変化
を示すグラフ、第６図ないし第８図は本発明の第２実施
例を示し、第６図は捕集フィルタ端面の概略正面図、第
７図は第６図Ｅ部の部分拡大図、第８図は第６図Ｆ部の
部分拡大図、第９図ないし第12図は従来例を示し、第９
図はエンジン排気管の部分断面平面図、第10図は捕集フ
ィルタの全体縦断面図、第11図は第10図のＡ矢視端面
図、第12図はフィルタ温度の経時変化を示すグラフ、第
13図は微粒子堆積量とフィルタ温度の関係を示すグラフ
である。 １……微粒子捕集フィルタ 1a、1b……流路 11……隔壁 13……中心部 14……外周部 2A、2B、2C、2D……外周部ヒータ 2E……中心部ヒータ ３……通電回路（通電手段） ４……排気管 ５……エンジン
図は捕集フィルタ端面における第２図Ｄ部の部分拡大
図、第２図は捕集フィルタ端面の概略正面図、第３図は
捕集フィルタの部分縦断面図、第４図はヒータの配設状
態を示す概略斜視図、第５図はフィルタ温度の経時変化
を示すグラフ、第６図ないし第８図は本発明の第２実施
例を示し、第６図は捕集フィルタ端面の概略正面図、第
７図は第６図Ｅ部の部分拡大図、第８図は第６図Ｆ部の
部分拡大図、第９図ないし第12図は従来例を示し、第９
図はエンジン排気管の部分断面平面図、第10図は捕集フ
ィルタの全体縦断面図、第11図は第10図のＡ矢視端面
図、第12図はフィルタ温度の経時変化を示すグラフ、第
13図は微粒子堆積量とフィルタ温度の関係を示すグラフ
である。 １……微粒子捕集フィルタ 1a、1b……流路 11……隔壁 13……中心部 14……外周部 2A、2B、2C、2D……外周部ヒータ 2E……中心部ヒータ ３……通電回路（通電手段） ４……排気管 ５……エンジン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−146217（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−158314（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−95520（ＪＰ，Ｕ) 特公 平２−4768（ＪＰ，Ｂ２) 実公 平６−18030（ＪＰ，Ｙ２) 実公 平５−21613（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F01N 3/02 - 3/038
Claims (1)
- 【請求項１】エンジンの排気管に設けられて排気ガス中
の微粒子を捕集する微粒子捕集フィルタを、中心部より
外周部に向けて漸次フィルタ部の排気ガス通過面積が大
きくなるように形成して、前記外周部に前記中心部より
多くの微粒子を堆積させるとともに、前記微粒子捕集フ
ィルタの中心部と外周部とにそれぞれ対応して設けら
れ、前記微粒子捕集フィルタに捕集された微粒子を加熱
燃焼させて前記微粒子捕集フィルタを再生するヒータ
と、微粒子堆積量の多い前記外周部のヒータに通電した
後、微粒子堆積の少ない前記中心部のヒータに通電する
通電手段と、を備えたことを特徴とする排気ガス微粒子
浄化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30559289A JP3147356B2 (ja) | 1989-11-24 | 1989-11-24 | 排気ガス微粒子浄化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30559289A JP3147356B2 (ja) | 1989-11-24 | 1989-11-24 | 排気ガス微粒子浄化装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03168314A JPH03168314A (ja) | 1991-07-22 |
| JP3147356B2 true JP3147356B2 (ja) | 2001-03-19 |
Family
ID=17946998
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30559289A Expired - Fee Related JP3147356B2 (ja) | 1989-11-24 | 1989-11-24 | 排気ガス微粒子浄化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3147356B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100472548B1 (ko) * | 2001-10-22 | 2005-03-07 | 일진전기 주식회사 | 디젤차량의 배기가스 정화용 전기히터 |
| EP1788211A2 (en) * | 2004-01-13 | 2007-05-23 | Arvin Technologies, Inc. | Method and apparatus for opening an airless fuel-fired burner of an emission abatement assembly |
| US8388741B2 (en) | 2007-08-14 | 2013-03-05 | GM Global Technology Operations LLC | Electrically heated particulate filter with reduced stress |
| US8057581B2 (en) | 2007-08-31 | 2011-11-15 | GM Global Technology Operations LLC | Zoned electrical heater arranged in spaced relationship from particulate filter |
| US8112990B2 (en) | 2007-09-14 | 2012-02-14 | GM Global Technology Operations LLC | Low exhaust temperature electrically heated particulate matter filter system |
| US8252077B2 (en) | 2007-09-17 | 2012-08-28 | GM Global Technology Operations LLC | Electrically heated particulate filter heater insulation |
-
1989
- 1989-11-24 JP JP30559289A patent/JP3147356B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03168314A (ja) | 1991-07-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |