JP3201114B2 - 内燃機関の排気微粒子捕集フィルタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、ディーゼル機
関等の排気中に含まれる煤等の排気微粒子を捕集して燃
焼除去するための内燃機関の排気微粒子捕集フィルタに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、環境保護の見地より、ディーゼル
機関の排気中に含まれる煤等の排気微粒子が大気中に排
出されるのを防止するために、排気系に介装したセラミ
ック等からなるフィルタエレメントにより排気微粒子を
捕集除去するようにした排気微粒子捕集フィルタが種々
提案されている。

【０００３】この種の捕集フィルタにおいては、排気微
粒子が堆積するとフィルタが目詰まり状態となり圧力損
失の増大を招くことになるので、堆積した排気微粒子を
燃焼させてフィルタを再生することが不可欠である。そ
のため、排気微粒子捕集用のフィルタエレメントの内周
面にヒータを設け、該ヒータへの通電によりフィルタエ
レメントに堆積した排気微粒子を、強制的に着火、燃焼
させ除去するようにしたものが提案されている（特開昭
５８−８２１９号公報参照）。

【０００４】また、フィルタエレメントの形状として
は、導電発熱性のセラミックで形成した円筒状フィルタ
エレメントの一端を閉塞し、該フィルタエレメントの内
周側から外周側へ排気が流通するようにケーシング内に
収容し、フィルタエレメントに堆積した排気微粒子を、
フィルタエレメントへの通電により強制的に着火、燃焼
させるようにしたものが提案されている（特開平２−４
２１１２号公報参照）。

【０００５】また、通気性を有する支持部材にセラミッ
クファイバーとヒータを交互に巻回することにより、円
筒状フィルタエレメントを形成したものもある（特開平
２−２５６８１２号公報参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来の内燃機関の排気微粒子捕集フィルタにあって、円
筒状フィルタエレメントを用いるものでは、再生用のヒ
ータをフィルタエレメント内部に均一に配置すると、再
生時にヒータに通電加熱した場合、円筒状フィルタエレ
メントの両端部からケーシングへ熱が逃げるため、図７
のＡに示すようにフィルタエレメントの中心部温度が高
く、両端部の温度が低下することになる。その結果、中
心部領域の排気微粒子再燃焼に適した温度に設定する
と、図８に示すように、両端部では再生不良が発生して
均一な再生が行われない。また、逆に両端部の排気微粒
子再燃焼に適した温度に設定すると、中心部の温度が上
がりすぎて、ヒータへの印加電圧が無駄となると共に、
フィルタエレメントの耐久性が損なわれる虞があるとい
った問題点があった。

【０００７】また、ヒータをフィルタエレメント内部
で、両端部が中心部よりも密になるように配置すると、
再生時にヒータに通電加熱した場合、図７のＢに示すよ
うに中心部温度と両端部の温度差は改善されるが、中心
部の方が両端部より再生され易く、図９に示すように中
心部の再生が終了したときに両端部では未だ再生不良領
域が存在することになり、両端部の再生を完全に行おう
とすると、中心部が無駄に加熱されてしまうことになっ
て電力消費に無駄を生じた。

【０００８】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
なされたものであり、電力の無駄な消費を防止つつ、均
一な再生を可能とした内燃機関の排気微粒子捕集フィル
タを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このため、本発明は、一
端を閉塞した中空円筒状で多孔質性のフィルタエレメン
トの開口端より機関排気通路上流から排気を導入し、該
排気をフィルタ内周から外周へと通過させる間に排気中
の排気微粒子を捕集し、該捕集された排気微粒子を焼却
除去するヒータを備えた内燃機関の排気微粒子捕集フィ
ルタにおいて、前記フィルタエレメントを被うように、
フィルタエレメント外周壁との間に間隙を保った状態で
中空円筒管を配置し、前記中空円筒管の両端部近傍の周
壁部に、連通孔を貫通形成した構成とする。

【００１０】

【作用】かかる構成によれば、機関の排気通路の上流側
よりフィルタエレメントの開口端へ流入した排気は、一
端を閉塞した中空円筒状で多孔質性のフィルタエレメン
トを介して、フィルタ内周から外周へと通過する間に、
排気中の排気微粒子はフィルタの肉厚部分に設けられた
多数の孔の壁面に衝突し、そこに捕集される。

【００１１】そして、捕集された排気微粒子は、フィル
タに設けられたヒータへの通電による発熱により燃焼除
去され、フィルタの再生が行われる。このフィルタの再
生時において、排気は各フィルタの内周から外周へと通
過し、フィルタエレメント外周壁と中空円筒管の内壁と
の間に形成された間隙を通って中空円筒管の両端部近傍
の周壁部に設けられた連通孔へと流通することになる。
したがって、ヒータによる加熱と、各フィルタの内周部
中心領域から始まる排気微粒子の燃焼熱によって、加熱
されたフィルタ通過後の排気がフィルタを包み込むこと
になる。すなわち、フィルタ中心部から両端部にかけて
燃焼伝播が行われることになるので、中心部から両端部
に排気が流れるに従い排気は加熱されることになり、ヒ
ータへの印加電圧を上げることなく、中心部に比べて再
生効率が悪いフィルタ外周部と両端部の再生効率を向上
させることができる。したがって、ヒータへの印加電圧
の無駄を防止つつ、均一な再生が行われる。

【００１２】

【実施例】以下に、本発明の実施例を図に基づいて説明
する。先ず、図１〜図３において、本発明に係る排気微
粒子捕集フィルタの全体構成を説明すると、機関１０の
排気マニホールドに接続された排気通路１１は、第１分
岐通路１１ａと第２分岐通路１１ｂとに分岐され、下流
側で合流している。

【００１３】第１分岐通路１１ａには、ヒータ１６を備
えたフィルタエレメント１２ａ，１２ｂを並列に配設し
た第１ケーシング１３ａが介装され、該フィルタエレメ
ント１２ａ，１２ｂの下流側には第１ケーシング１３ａ
に流入する排気流量を制御する第１開閉弁１４ａが設け
られている。また、第２分岐通路１１ｂにも、同様にヒ
ータ１６を備えたフィルタエレメント１２ｃ，１２ｄを
並列に配設した第２ケーシング１３ｂが介装され、該フ
ィルタエレメント１２ｃ，１２ｄの下流側には第２ケー
シング１３ｂに流入する排気流量を制御する第２開閉弁
１４ｂが設けられている。

【００１４】フィルタエレメント１２ａ，１２ｂ，１２
ｃ，１２ｄは、一端を閉塞した中空円筒状で多孔質性の
フィルタの開口端より機関排気通路上流から排気を導入
し、該排気をフィルタ内周から外周へと通過させる間
に、フィルターの肉厚部分に設けられた多数の孔の壁面
に衝突し、そこに排気中の排気微粒子を捕集するように
構成したものであり、セラミック繊維、セラミックフォ
ーム、若しくは、メタルフォーム等を巻回して形成され
る。

【００１５】ヒータ１６は、捕集された排気微粒子を該
ヒータ１６への通電による発熱により燃焼除去させフィ
ルタの再生を行うためのものであり、フィルタエレメン
ト１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの内周面に内接する
か、或いは、フィルタ内部に埋設され、その閉塞端に
は、前記ヒータ１６へ通電するための電極１５が設けら
れ、該電極１５はケーシング１３ａ，１３ｂとは電気的
に絶縁されて外部に導出され、図示しない電源に接続さ
れ該電源から所定時間、例えば５分間通電加熱される。

【００１６】開閉弁１４ａ，１４ｂは、電磁弁等で構成
され、交互に開閉することにより、フィルタエレメント
１２ａ，１２ｂとフィルタエレメント１２ｃ，１２ｄと
による捕集と再生を交互に繰り返すようになっている。
尚、フィルタエレメント１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２
ｄ外周部より被うように、中空円筒管１７ａ，１７ｂ，
１７ｃ，１７ｄがフィルタエレメント外周壁との間に一
定の間隙１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄを保った状態
で配置されており、中空円筒管１７ａ，１７ｂ，１７
ｃ，１７ｄの両端部近傍の周壁部には、複数の連通孔２
０，２０・・・が貫通形成され、該連通孔２０より排気
微粒子が除去された排気が大気中に排出されるようにな
っている。

【００１７】次に、図４及び図５に基づき本発明の作用
を説明する。フィルタの再生時においては、排気Ｅはフ
ィルタエレメント１２の内周から外周へと通過し、フィ
ルタエレメント外周壁と中空円筒管１７の内壁との間に
形成された間隙１８を通って中空円筒管１７の両端部近
傍の周壁部に設けられた連通孔２０へと流通する。した
がって、ヒータ１６による加熱と、フィルタ中心部から
両端部にかけて燃焼伝播が行われることによる排気微粒
子の燃焼熱によって、加熱されたフィルタ通過後の排気
Ｅがフィルタエレメント１２を包み込むことになり、中
心部から両端部に排気が流れるに従い排気は加熱され
る。したがって、図４のＣで示すように、保温効果が高
まって中心部と両端部との温度差が従来例（Ａ，Ｂ）に
比べて改善され、図５に示すように、再生不良領域が無
くなって均一な再生が行われる。このように、ヒータへ
の印加電圧を上げることなく、中心部に比べて再生効率
が悪いフィルタ外周部と両端部の再生効率を向上させる
ことができ、以て、ヒータへの印加電圧の無駄を防止す
ることができる。

【００１８】次に、図６により、他の実施例について説
明する。即ち、このものは、フィルタエレメント１２ａ
外周部を被うように形成した中空円筒管１７ａの略中央
部に、絞り部１９を設けるようにしたものであり、他の
構成は前記図１に示すものと同様であるので、同一符号
を付して説明を省略する。

【００１９】かかる構成によると、中空円筒管１７ａ
は、フィルタ再生時に高温の排気に晒されることになる
が、この絞り部１９を設けることにより、該絞り部１９
で熱歪みを吸収することができ、薄板材料で中空円筒管
１７ａを形成しても変形することがないので、前記フィ
ルタエレメント外周壁と中空円筒管１７の内壁との間に
形成された間隙１８のクリアランスが無くなって、排気
の流れを遮断して圧力損失の増大を招いたり、フィルタ
の損傷が発生することを防止することができる。

【００２０】なお、以上では、本発明に係る内燃機関の
排気微粒子捕集フィルタについて、排気通路を２つに分
岐して各々の通路にフィルタを備え、２つのフィルタで
交互に捕集と再生を行うものについて説明してきたが、
これに限定されるものではなく、１つの排気通路で構成
され、該通路内にフィルタを備えたものにも適用するこ
とができると共に、３つ以上に分岐した排気通路内に夫
々フィルタを備えたものにも適用することができる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、フィ
ルタエレメントを被うように、フィルタエレメント外周
壁との間に間隙を保った状態で中空円筒管を配置し、前
記中空円筒管の両端部近傍の周壁部に、連通孔を貫通形
成し、フィルタの再生時において、加熱されたフィルタ
通過後の排気が間隙内に流通してフィルタを包み込み、
中心部から両端部に排気が流れるに従い排気が加熱され
るように構成したので、フィルタ外周部と両端部の再生
効率を向上させることができ、ヒータへの印加電圧の無
駄を防止つつ、均一な再生が行われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る内燃機関の排気微粒子
捕集フィルタを介装排気浄化装置を示すシステム図。

【図２】図１の排気浄化装置の分解斜視図。

【図３】図１の排気微粒子捕集フィルタを介装した部分
を示す断面図。

【図４】再生時におけるフィルタの温度分布を示す図。

【図５】本発明の作用を説明するための説明図。

【図６】本発明の他の実施例に係る内燃機関の排気微粒
子捕集フィルタを介装した状態を示す断面図。

【図７】従来例のフィルタの温度分布を示す図。

【図８】従来例のフィルタの再生不良状態を説明するた
めの説明図。

【図９】従来例のフィルタの再生不良状態を説明するた
めの説明図。

【符号の説明】

１０ 機関 １１ 排気通路 １１ａ 第１分岐通路 １１ｂ 第２分岐通路 １２ａ，ｂ，ｃ，ｄ フィルタエレメント １３ａ 第１ケーシング １３ｂ 第２ケーシング １４ａ 第１開閉弁 １４ｂ 第２開閉弁 １５ 電極 １６ ヒータ １７ａ，ｂ，ｃ，ｄ 中空円筒管 １８ａ，ｂ，ｃ，ｄ 間隙 ２０ 連通孔

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一端を閉塞した中空円筒状で多孔質性のフ
   ィルタエレメントの開口端より機関排気通路上流から排
   気を導入し、該排気をフィルタ内周から外周へと通過さ
   せる間に排気中の排気微粒子を捕集し、該捕集された排
   気微粒子を焼却除去するヒータを備えた内燃機関の排気
   微粒子捕集フィルタにおいて、 前記フィルタエレメントを被うように、フィルタエレメ
   ント外周壁との間に間隙を保った状態で中空円筒管を配
   置し、前記中空円筒管の両端部近傍の周壁部に、連通孔
   を貫通形成したことを特徴とする内燃機関の排気微粒子
   捕集フィルタ。