JPH02123219A - 排気浄化用フイルタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ディーゼル機関における排気中のカーボン粒
子等の未燃焼物であるパティキュレートを除去するため
の排気浄化用フィルタ装置に関するものである。

〔従来の技術］ 従来ディーゼル機関における排気中のカーボン粒子等の
未燃焼物にあるパティキュレートを除去するため、セラ
ミック製フィルタ部材１を第７図の如きディーゼル機関
２の排気管系３の途中に設けたハウジング４に内装して
排気浄化用フィルタとし、これによりパティキュレート
を捕集して。

これをバーナ５または電気ヒータ等の燃焼装置で加熱し
燃焼せしめることば公知である。

この場合、従来のセラミック製フィルタ部材１は第７図
に示すように、多孔質薄壁６により仕切られた多数の通
路７．７′　・・・を互いに平行に形成するとともに、
相隣接するガス通路７，７″・・・の入口側と出口側と
を交互に、いずれも同一厚さの目封じ材８により閉塞し
たものである。

内燃機関２を運転したとき、排気は入口側の開いたガス
通路７から入って多孔質薄壁６を通過して（このとき前
記薄！６によってパティキュレートが捕集される）、隣
接するガス通路７′に進入し、その開いている出口側か
ら排出される。

そして、捕集されたパティキュレートが前記ガス通路７
．７′の多孔質薄壁６の全面に付着し、セラミック製フ
ィルタ体１のパティキュレート捕集能力が低下したとき
は、バーナ５により前記フィルタ部材１の油面を高温で
加熱して前記多孔質薄壁６に付着したパティキュ１ノー
トを燃焼させ。

前記フィルタ部材１の捕集能力の再生を行なうのである
。

［発明が解決しようとする問題点コ しかしながら、前記バーナ５によりセラミック製のフィ
ルタ部材１の前面を加熱した場合、バーナ５の火焔が大
きく広がらないため、前記フィルタ部材１の前面中心部
では強く加熱されるが、周縁部では加熱が弱いことから
、１涌記フィルタ部材１の中心部が高温となり、周縁部
が低温となる。

また、ガス流が図示例の場合、フィルタ部材１の左から
右に流れることから、前記フィルタ部材１の入［１側か
ら出口側に向かって順次温度が上昇する。

さらに、ガス流の前記の如き流れは、前記ハウジング４
の前後端が絞られていることから、第８図に示すように
中心部で早く周縁部で遅くなり。

これによって前記フィルタ部材１の内部における燃焼も
中心部が周縁部より早く進行し、中心部の温度を高める
。

また５周縁部ではハウジング４を通じて外気に熱が放散
され易いことも、中心部と周縁部との温度差、いわゆる
温度勾配をより大ならしめる要因となっている。

以上の点から、前記フィルタ部材１内の軸方向の温度分
布は、入口側から出口側に向かって順次温度が」二昇す
ると同時に、前記フィルタ部材１の中心部と周縁部どの
温度差（温度勾配）が拡大し、このため前記出口側付近
のフィルタ部材１には中心部と周縁部との間に大きな熱
勾配によって第９図に示す如き熱応力が生じ、その熱応
力によってサーマルクラックを発生し、パティキュレー
トの捕集能力を低下させ、また耐久性の面でも問題とな
る。

この問題に対応するため１例えば実開昭６〇−３２２２
号公報に開示された考案のように、パティキュレートを
燃焼除去させる電気ヒータの熱のおよびにくいフィルタ
部材上流端部所定領域に触媒をコーティングすることも
考えられるが、単に触媒をコーティングするのみでは、
フィルタ部材の中心部と周縁部との温度差、いわゆる温
度勾配を十分に小さくできないおそれがある。

本発明は上記従来例の排気浄化用フィルタ装置に鑑み考
案したもので、パティキュレート補集能力を減少させる
ことなく、フィルタ部材の中心部と周縁部との温度差い
わゆる温度勾配を小さくして、温度勾配に起因する熱応
力の発生および熱応力によってもたらされるサーマルク
ラックの発生を防止して耐久性、信頼性のある排気浄化
用フィルタ装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明の排気浄化用フィル
タ装置は、ディーゼル機関の排気管系に排気中のパティ
キュレートを捕集するフィルタ部材を１設け、該フィル
タ部材の上流端付近に、前記フィルタ部材に捕集された
パティキュレートを燃焼除去する燃焼装置を設け、前記
フィルタ部材外周部に周縁部加熱用ヒータを設けてなる
ものである。

［作　用コ 本発明の排気浄化用フィルタ装置は上記構成を有してお
り、次のように作用する。

即ち、本発明の排気浄化用フィルタ装置を排気管系３に
備えたディーゼル機関２を運転した時には、排気は第１
図のガス通路１２．１２′　　・・・の入１０側１２ａ
、１２’ａ、・・・の開いた通路、例えば１２ａから入
って多孔質薄壁１１を通過して隣接するガス通路１２′
に進入し、このとき前記多孔質薄壁１１によってパティ
キュレートが捕集され、開いている出口側１２′ｂから
排出されている。

セラミックス製フィルタ部材１０内の多孔質薄壁１１に
パティキュレートが付着してきて、フィルタ部材１０が
目詰まりを生じたときは、第６図に示すフローチャート
に従って制御される。

すなわち、圧力センサ２３からの検出信号を受ａブたコ
ントローラ１７が再燃焼時期設定値Ｋ。に対してに≧ａ
−に、を満足した状態において出力し、再燃焼加熱ヒー
タ１６および周縁部加熱ヒータ１９がオンとなる。

周縁部加熱用電気ヒータ１９のオンによりフィルタ部材
１０の周縁部が加熱され、その部位の温度が上昇する。

このときのフィルタ部材１０の内部における温度分布は
、第１図のようになり、フィルタ部材１０内部の横断面
上の温度分布は略均−化される。

したがって、フィルタ部材１０の中央部と周縁部との温
度勾配は小さくなり、温度勾配に起因する熱応力の発生
および熱応力によってもたらされるサーマルクラックの
発生が防止される。

また、周縁部加熱用ヒータ１９は、再燃焼用電気ヒータ
１６の加熱によるフィルタ部材１０の中央部の温度状況
に追従して、その加熱温度を調整できるようになってい
るので、オン状態にあっては常に前記の温度分布の均一
化が保持される。

そして、コントローラ１７より再燃焼終了の信号を受け
れば、再燃焼用電気ヒータ１６および周縁部加熱用電気
ヒータ１９はオフとなり、パティキュレートの再燃焼は
終了する。

［実施例］ 以下、本発明の排気浄化用フィルタ装置の第１および第
２実施例を図について説明する。

先ず１本発明の第１実施例の排気浄化用フィルタ装置に
ついて説明すると、セラミック製フィルタ部材１０は、
基本的には従来のものと同様第１図に示すように、多孔
質薄壁１１により仕切られた多数の通路１２．１２′、
・・・を互いに平行に形成するとともに、相隣接するガ
ス通路１２．１２″・・・の入口側１２ａ、ｌ　２　ａ
’、・・・と出口側１２ｂ、１２　ｂ’、・・・とを交
互に目封じ材１３により閉塞している。

１４はフィルタ部材１０の入口部に回動自在に設けられ
たフィルタ入口バルブであり、１５はフィルタ部材１０
側をバイパスするバイパス路３ａの入口部に回動自在に
設けられたバイパスバルブである。

１６はパティキュレートを燃焼除去するための燃焼装置
として、フィルタ部材１０の上流側端面付近に設けられ
た再燃焼用電気ヒータであり、コントローラ１７の出力
信号に基ずいて作動する再燃焼用電気ヒータのリレー１
８に接続されている。

１９はフィルタ部材１０の入口近傍に設けられた周縁部
加熱用電気ヒータであり、コントローラ１７の出力信号
に基ずいて作動する周縁部加熱用電気ヒータのリレー２
０に接続されている。

２１および２２はフィルタ部材１０の内部温度を検出す
る再燃焼コントロール用温度計で、夫々コントローラ１
７に接続されそれらの検出信号が夫々コントローラ１７
に入力されるようになっている。

２３はフィルタ部材、１０の目詰まり状況を検出する手
段としてフィルタ部材１０の入口近傍に設けられた圧力
センサで、コントローラに接続され、その検出信号がコ
ントローラ１７に入力されるようになっている。

このように構成された本発明の排気浄化用フィルタ装置
を排気管系３に備えたディーゼル機関２を運転した時に
は、排気は第１図のガス通路１２．１２′、・・・の入
口側１２ａ、１２′ａ、・・・の開いた通路、例えば１
２ａから入って多孔質薄壁１１を通過して隣接するガス
通路１２′に進入し、このとき前記多孔質薄壁１１によ
ってパティキュレートが捕集され、開いている出口側１
２′ｂから排出されている。

セラミックス製フィルタ部材１０内の多孔質薄壁１１に
パティキュレートが付着してきて、フィルタ部材１０が
目詰まりを生じたときは、第６図に示すフローチャート
に従って制御される。

すなわち、圧力センサ２３からの検出信号を受けたコン
トローラ１７が再燃焼時期設定値Ｋ。に対してに≧ａ−
Ｋｏを満足した状態において出力し。

再燃焼加熱ヒータ１６および周縁部加熱ヒータ１９がオ
ンとなる。

ここで、ａは再燃焼時期設定値Ｋ。の係数で、０　、９
　＜　ａ　＜　１に設定しておくのが好ましい。

周縁部加熱用電気ヒータ１９のオンによりフィルタ部材
１０の周縁部が加熱され、その部位の温度が上昇する。

このときのフィルタ部材１０の内部における温度分布は
、第１図のようになり、フィルタ部材１０内部の横断面
上の温度分布は略均−化される。

したがって、フィルタ部材１０の中央部と周縁部との温
度勾配は小さくなり、温度勾配に起因する熱応力の発生
および熱応力によってもたらされるサーマルクラックの
発生が防止される。

また１周縁部加熱用ヒータ１９は、再燃焼用電気ヒータ
１６の加熱によるフィルタ部材１０の中央部の温度状況
に追従して、その加熱温度を調整できるようになってい
るので、オン状態にあっては常に前記の温度分布の均一
化が保持される。

そして、コントローラ１７より再燃焼終了の信号を受け
れば、再燃焼用電気ヒータ１６および周縁部加熱用電気
ヒータ１９はオフとなり、パティキュレートの再燃焼は
終了する。

次に、本発明の排気浄化用フィルタ装置の第２実施例を
、第３図、第４図および第５図について説明する。

第３図に示す排気浄化用フィルタ装置では、フィルタ部
材１０の排気の流れ方向、即ち軸方向に沿って、複数の
周縁部加熱用電気ヒータ３１．３２．３３．３４を夫々
隣接して設けたものである。

そして、各ヒータ３１．３２．３３．３４は夫々リレー
３５．３６．３７．３８を介してコントローラ３０に接
続されている。

上述のフィルタ装置において、最も上流側に設けたヒー
タ３１は第５図に示すように再燃焼用電気ヒータ１６の
再燃焼開始時Ｔ工よりも先にオンして加熱を始めるが、
これは再燃焼開始時Ｔ１において、フィルタ部材１０の
ヒータ３１の配設部位における温度をただちに再燃焼に
必要な温度にするためである。

ヒータ３１のオンにより再燃焼開始時Ｔ１までの所要時
間は、フィルタ部材の大きさ、電気ヒータの容量等によ
って適宜設定されるものである。

このように、フィルタ部材１０の排気ガス流れ方向に沿
って複数のヒータ３１．３２．３３．３４を設けること
によって、第５図に示すように。

フィルタ部材１０の排気ガス流れ方向における各部位毎
に順次温度調節制御を行なうことができ、よりキメの細
かい温度制御が可能となる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明の排気浄化用フィルタ装置は、デ
ィーゼル機関の排気管系に排気中のパティキュレートを
捕集するフィルタ部材を設け、該フィルタ部材の上流端
付近に、前記フィルタ部材に捕集されたパティキュレー
トを燃焼除去する燃焼装置を設け、前記フィルタ部材外
周部に周縁部加熱用ヒータを設けてなるので、パティキ
ュレート捕集能力を減少させることなく、フィルタ部材
の中心部と周縁部との温度差いわゆる温度勾配を小さく
して、温度勾配に起因する熱応力の発生および熱応力に
よってもたらされるサーマルラックの発生を防止して耐
久性、信頼性のある排気浄化用フィルタ装置を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る排気浄化用フィルタ
装置の縦断面図、第２図は本発明フィルタ装置を装着し
た内燃機関の排気管系の一部切断概略図、第３図は本発
明の第２実施例に係る排気浄化用フィルタ装置の縦断面
図、第４図は同第２実施例のコントロール装置を示すブ
ロック図、第５図は同第２実施例の各ヒータの加熱時間
を示す特性図、第６図はヒータのパティキュレート再燃
焼制御を示すフローチャート、第７図は従来フィルタ装
置を装着した内燃機関の排気管系の一部切断概略図、第
８図および第９図は従来フィルタ装置におけるフィルタ
部材の温度分布特性図である。 ２・・・ディーゼル機関、 ３・・排気管系、 ４・・・ハウジング。 １０・・・フィルタ部材、 １１・・・多孔質薄壁。 １２．１２′・・・ガス通路。 １６・・・再燃焼用電気ヒータ。 １７・・・コントローラ、 １９・・・周縁部加熱用電気ヒータ、 ２１．２２・・・再燃焼コントロール用温度計。 ２３・・・圧力センサ、 ３０・・・コントローラ。 ３１． ３２゜ ３３゜ ３４・・・周縁部加熱用電気ヒ ータ。 特 許 出 願 人 いすゾ自動車株式会社 第 図 第 図 第４図 第 図 菓 ア 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ディーゼル機関の排気管系に排気中のパティキュレー
   トを捕集するフィルタ部材を設け、該フィルタ部材の上
   流端付近に、前記フィルタ部材に捕集されたパティキュ
   レートを燃焼除去する燃焼装置を設け、前記フィルタ部
   材外周部に周縁部加熱用ヒータを設けてなる排気浄化用
   フィルタ装置。