JPH0122447B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、自動車等の内燃機関から排出される
排気ガスを浄化する排気ガス浄化用構造物を、加
熱手段により再生する装置を有する微粒子捕集装
置に関するものである。

内燃機関から排出される排気ガス中のカーボン
粒子等の微粒子を浄化するために、セラミツク製
ハニカム構造体やセラミツク発泡体等のフイルタ
ー部材を内蔵した微粒子捕集装置が案出されてい
る。これらの装置では、フイルターに微粒子が堆
積するにつれ、フイルターの通気抵抗が増し、機
関の出力低下につながるとともに、堆積粒子が脱
落し、フイルターの機能が低下することになる。
このため、フイルターに堆積した微粒子を周期的
に除去し、フイルターの機能を微粒子捕集前の状
態に再生する必要がある。この再生の方法とし
て、従来、微粒子を加熱し、焼き切つて除去する
ものがあるが、機関より排出される排気ガス温度
がカーボン等微粒子の発火点よりも低い場合に
は、熱源が排気ガス流によつて冷やされ、カーボ
ン等微粒子への着火が妨げられたり、いつたん着
火した炎が排気ガス流のため途中で吹き消された
りして、再生に失敗する場合があるので、確実に
再生可能な運転条件は極めて限定されてしまう。
しかし、該運転条件は、排気ガスの流量にかなり
強く依存するので、再生する側のフイルターを流
れる排気ガス流量を減少させることにより、確実
に再生可能な運転条件を拡張することができる。
従来再生する側の流量を減少させる方法として、
微粒子捕集部と並列にバイパス管を連結し、微粒
子捕集部とバイパス管の流れ上流側に流路切替バ
ルブを設置して、バイパス管に排気ガスの多くを
流してその間に、微粒子捕集部で再生を行なう方
法等が案出されているが、それには複雑な可動装
置や、作動時の電力等が必要であり、装置の耐久
性、定期的な点検等も要求される。また、再生中
は、有害な微粒子をたれ流しにすることになる。

本発明は上述の問題点を解決するために案出さ
れたものであつて、複雑な可動装置や作動時の電
力、点検の手間等を必要とせず、再生中に有害微
粒子をたれ流すこともなく、確実な再生可能条件
を大幅に拡張できる微粒子捕集装置を提供するこ
とを目的とするもので、排気ガス流路に通気抵抗
の異なる複数種のフイルター部材を並列に配設
し、このフイルター部材の表面もしくはその内部
の排気ガス上流部に設けられ通気抵抗の大きい前
記フイルター部材から順にこれらフイルター部材
を加熱する加熱手段を有することを構成上の特徴
としている。

そして、上記の構成を有する本発明において
は、フイルター部材へのカーボン微粒子の捕集が
進み予め設定した再生時期に達したならば、通気
抵抗の大きい、すなわち再生時に流入する排気ガ
ス流量の少ないフイルター部材に設置した加熱手
段にまず通電してこのフイルター部材の再生を行
いこの再生が完了したならば、次に通気抵抗の小
さいフイルター部材の加熱手段に通電を行い、順
次全領域の再生を完了させる。その後は捕集を続
け、再び再生時期に達したならば上記の操作を繰
り返す。

本発明の構成を図示の実施例により説明する。
第１図は本発明による微粒子捕集装置を用いた排
気ガス浄化装置の構成例である。１は、デイーゼ
ル機関等の内燃機関、２はその排気集合管であ
る。３は本発明による微粒子捕集装置で、排気ガ
ス流入口３ａ、及び流出口３ｂを形成したフイル
ター部材収納容器３ｃを有し、その内部に排気ガ
ス流に対し並列に通気抵抗の異なる複数の領域を
もつた微粒子捕集用フイルター部材４，４及びフ
イルター部材４，４の各領域の再生時上流側端面
に密着、あるいは、フイルター部材４の上流側に
埋め込んだ電気ヒーター５が設けられている。６
は、フイルター部材４の圧力損失を測定するため
の差圧センサー、１０はエンジン回転数を測定す
る回転数センサー、１１はフイルター部材４下流
の排気ガス温度を検出する温度センサーである。
７は温度センサー１１により検出した排気ガス温
度をもとに回転センサー１０、及び差圧センサー
６の出力により、フイルター部材４の微粒子の堆
積程度を演算し、微粒子の堆積程度が所定値以上
に多くなるとヒーター５を赤熱するための出力を
発生する制御回路である。８はバツテリー、９は
制御回路７よりの出力を受け、ヒーター５にバツ
テリー８より電力を通電するための作動スイツチ
である。

上記構成において、内燃機関の排気集合管２を
通つて排出される排気ガス中の微粒子は、フイル
ター部材４を通過するに伴い該フイルター部材４
上に捕集除去される。捕集が進むにつれてフイル
ター部材４の通気抵抗が次第に上昇し、これを差
圧センサー６で検知する。この差圧は、もちろん
回転数により大きく変動するが、エンジン回転数
を回転数センサー１０で検知することにより、回
転数の影響を除去した真のフイルター通気抵抗、
即ち、微粒子の堆積程度を知ることができる。そ
して、制御装置７により、流量の少ない側、すな
わち通気抵抗の大きい領域のヒーター５に通電が
行なわれ、ヒーター５が赤熱されて周囲に存在す
る微粒子が加熱され、燃焼が開始する。ヒーター
５近傍の微粒子が燃焼を行なうと、その発熱は排
気ガス流により下流側に輸送される。下流側に存
在する微粒子は、上流より流入する熱で順次加熱
され燃焼を行ないフイルター部材４のうち通電さ
れた領域に捕集された微粒子のほぼすべてが燃焼
し除去される。するとその領域の通気抵抗が捕集
以前の状態に回復し、捕集が進んで通気抵抗が増
加している他の領域よりも排気ガス流量が多くな
り、捕集が進んだ領域の排気ガス流量が減るとい
うフイルター自体による「バルブ効果」が現れる
ので、その間に捕集が進んだ領域の再生を行な
う。以下、同じことを繰り返していく。

次に通気抵抗の異なるフイルター部材の設置の
具体例を第１実施例について説明する。第２図
は、本発明による微粒子捕集装置に用いられるフ
イルター部材４の構成を示す断面図で、４ａ，４
ｂは通気抵抗の異なるフイルター部材で、ふたま
た管１４により排気ガスを４ａ，４ｂに分流させ
る。５ａ，５ｂはそれぞれフイルター部材４ａ，
４ｂごとに設置された電気ヒーターである。１５
はインテラム、ワイヤネツトなどのクツシヨン材
である。また、フイルター部材４ａ，４ｂは多数
の連通する通気孔を有するセラミツクより成つて
おり、その容積は４ａ，４ｂの合計で機関排気量
2200c.c.程度のものに対しては1.5〜2.5程度に作
られる。第３，４図は本発明の設置方法による再
生の順序及び排気ガス流量の変化の説明図であ
り、第５図にその具体例として＃８メツシと＃13
メツシユのフイルター部材を並列に配し、排気量
2200c.c.のＬ型デイーゼルエンジンでエンジン回転
数2000rpmにおいて、各々に流れる排気ガス流量
と排圧の変化状況を示す。第３、第４図では、矢
印の太さで流量の多さを表わすものとする。第５
図では、縦軸に排気ガス流量（／sec）及び、
フイルター差圧（Kgｆ／cm²）を横軸に時間（hr）
をとつてある。第３、第４図で、４ａは、目の細
かい、つまり通気抵抗の大きいフイルター部材、
４ｂは、目の粗い、つまり通気抵抗の小さいフイ
ルター部材を表わし、５ａ，５ｂは各々に設置さ
れた電気ヒータを表わすものであるが第５図との
比較上、４ａを＃13メツシユフイルター、４ｂを
＃８メツシユフイルターとしておく。第３図は、
第５図の０（hours）から９（hours）に相当する
状態で、＃８メツシユフイルター部材側に、全流
量の約70％の排気ガスが流れる。そこで、ある程
度捕集が進んだら、全排気ガス流量の約30％しか
流れていない＃13メツシユフイルター部材側を再
生してやると、＃13メツシユフイルター部材側の
通気抵抗が微粒子捕集前の通気抵抗に回復するた
め、＃８メツシユ側フイルター部材の通気抵抗よ
り小さくなつて、第５図に見られるように、各々
を流れる排気ガス流量は、完全に逆転し、第４図
に示すように、＃13メツシユフイルター部材側
に、全排気ガス流量の約70％が流れるようになる
ので次に＃13メツシユ側部材の再生終了直後に
＃８メツシユフイルター部材側を再生してやれ
ば、全体が再生されたことになり、各フイルター
部材とも捕集前の通気抵抗を回復するので、以下
この過程を繰り返していけばよいことになる。第
５図で、時間軸は一部拡大してある。

第６図は第２の実施例で、異なる通気抵抗のフ
イルター部材を一体で作ることにより、大巾な小
型軽量化が可能になる。１２は、鉄板等の剛体
で、排気ガス流を分流させるとともに、補強の役
目も果たす隔離板である。第７図、第８図は、第
３の実施例で第７図は本発明による微粒子捕集装
置に用いられるフイルター部材４の構成を示す縦
断面図、第８図はそれを排気ガス上流側から見た
断面図を示す。４ａ，４ｂは、通気抵抗の異なる
フイルター部材、１２はユージライトを主成分と
した補強壁で、排気ガスを分流させる隔離壁の役
目も果たすものである。３ａは排気ガス流入口
で、３ｂは、その流出口である。５は、分離され
た各々の領域ごとに設置された電気ヒーターで１
３は、セラミツクハニカム構造体のごとき通気
性、保温性をもつたヒーター押えである。

第９図は、第４の実施例で同じ目の粗さのフイ
ルター部材を用いて、その長さを変えることによ
り通気抵抗の差を生み出させる方式の実施例を示
す。第１０図は、第５の実施例で領域を４つに分
割した場合の例で、ヒーター形状を小さく簡単に
できる。

以上述べたように本発明は、通気抵抗の異なつ
た複数種のフイルター部材を排気ガス流に並列に
配することにより生ずる流量の差を利用し、流量
の少ない領域から順次再生して行く方式を採用し
ているので、ヒーター着火の際又は燃焼途中にあ
つて再生側の部材に流入する排気ガス流量を減少
させるに際しフイルター部材自体がこれを行なう
ことができるため流路切替バルブのような複雑な
可動装置及びその作動時の電力さらには点検の手
間等も一切必要がなく極めて簡単な構成を持たせ
るだけで再生中に有害微粒子をたれ流すこともな
くフイルターの再生を確実に行うことがきる。ま
た、通気抵抗の異なる複数種のフイルターを排気
ガス流に並列に配しているので、通気抵抗の大き
な方のフイルター部分は排気ガスの流量が少なく
なり、したがつてこの部分には従来より高い機関
回転数の排気ガスを流しても着火に支障を来さな
いものとなり、そのため従来不可能であつた高回
転域までフイルターの再生可能条件をも拡張させ
ることができるという優れた効果を奏するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を適用した排気ガス浄化装置
の一例を示す部分断面構成図、第２図は、本発明
の第１実施例の縦断面図、第３図、第４図は、本
発明装置の作動原理モデル図、第５図は２種類の
通気抵抗の異なる部材を用いた場合の排気ガス流
量及び排圧の変化図の１例、第６図は本発明の第
２実施例の縦断面図、第７図は本発明の第３実施
例の縦断面図、第８図は同上横断面図、第９図は
本発明の第４実施例の縦断面図、第１０図は本発
明の第５実施例の横断面図である。 ３……微粒子捕集装置、３ｃ……フイルター部
材収納容器、４，４ａ，４ｂ……フイルター部
材、５，５ａ，５ｂ……電気ヒーター、１２……
隔離板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 通気抵抗を異にし排気ガス流に並列的に設け
   られた複数種のフイルター部材と、 このフイルター部材の表面もしくはこのフイル
   ター部材内の排気ガス上流部に設けられ、通気抵
   抗の大きい前記フイルター部材から順にこれらフ
   イルター部材を加熱する加熱手段、 とを具備することを特徴とする加熱手段を有する
   微粒子捕集装置。 ２ 前記フイルター部材は隔壁をへだてて排気ガ
   ス流に並列になるように組み合わせ一体化したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の加熱
   手段を有する微粒子捕集装置。