JPH02181015A - 逆流再生方式の排気浄化装置 - 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〕 本発明はエンジンの排気浄化装置に関し、特に排気ガス
中に含まれるパティキュレート（排気微粒子）を捕集す
るフィルタを備えた逆流再生方式の排気浄化装置に関す
る。

〔従来の技術〕

一般にパティキュレート捕集のためのフィルタは、例え
ばセラミック材等の通気性を有する隔壁によって画成さ
れる多数のセルから成り、これらセルのうち一部は排気
上流側が、また残りは排気下流側が栓部材によって封止
されており、排気上流側が開放したセル内にパティキュ
レートが捕集されるようになっている。そしてこのよう
なフィルタを備えた排気浄化装置においては、フィルタ
のセル端部に電気ヒータを近接配置して定期的に電気ヒ
ータを通電、発熱させることにより、フィルタ内に捕集
されたパティキュレートを焼却し、フィルタを再生する
ようにしている。

また、この電気ヒータのフィルタ配置に関して、例えば
実開昭５８−１６１１１６号公報には、排気上流側を封
止する栓部材に電気ヒータを直接設けることにより、ヒ
ータとパティキュレート捕集部との距離を短くして、パ
ティキニレート再生効率の向上を図ろうとした順流再生
方式の排気浄化装置が開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところでパティキュレートは、フィルタ内の排気流動方
向により排気上流側が開放したセル内に蓄積され、その
蓄積度合はこのセルの排気下流側に設けられる栓部材近
傍に多く、またセルの開口部近傍では比較的少ない傾向
となるため、排気上流側を封止するセルの栓部材にヒー
タを設けた上記排気浄化装置においては、発熱部分に近
いセル部分にはパティキュレートの蓄積量が少なく着火
性が良くない。またこれに対処すべくこの部分の蓄積量
を多くして着火した場合、排気下流側のセル部分にはさ
らに多くのパティキュレートが蓄積しているためにその
燃焼熱が増大してセルが溶損する恐れがある。本発明は
斯る問題に鑑みなされるものであって、パティキュレー
トの着火性が良好であり、フィルタ再生不良の無い排気
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〕

上記目的のため本発明によれば、通気性を有する隔壁に
よって画成され排気上流側が開口しかつ排気下流側が栓
部材により封止される第１のセルと、上記隔壁によって
画成されると共に該第１セルに隣接配置され排気下流側
が開口しかつ排気上流側が栓部材により封止される第２
のセルとから成るフィルタを具備し、上記第１セルにて
排気中のパティキュレートを捕集すると共にフィルタ再
生時、上記フィルタの上記排気下流側より、上流側に向
かって再生用ガスを流すようにした逆流再生方式の排気
浄化装置において、 上記第１セルを封止する栓部材に電気ヒータを埋設せし
めたことを特徴とする、逆流再生方式の排気浄化装置が
提供される。

〔作　用〕

パティキュレートを捕集する第１セルの排気下流側に位
置する栓部材に電気ヒータを埋設することにより、パテ
ィキュレート蓄積量の多いセル部分と、ヒータ設置箇所
との距離が短くなり着火性が向上する。

〔実施例〕

本発明による好ましい実施例を図面を参照して説明する
。第１図は、パティキュレート捕集時のフィルタ内排気
ガス流れ方向が、フィルタ再生時の排気ガス流れ方向と
逆となる、所謂、逆流再生方式の排気浄化装置を示して
おり、排気管１０は、例えばディーゼルエンジン（図示
せず）からの排気ガスを矢印で示す方向に流すように延
びる。

また、排気管１０は排気本管１２とバイパス管１４に分
岐され、排気本管１２にパティキュレートを捕集するた
必の例えばセラミック材料から成るハニカム状フィルタ
１６と、後述する電気ヒータ１８とを収容したトラップ
容器２０が組み付けられる。一方、バイパス管１４は、
トラップ容器２０より排気上流側で分岐し、トラップ容
器２０より排気下流側の排気本管１２に再び連結される
。

バタフライ弁からなる第１の開閉弁２２が、バイパス管
１４の分岐位置２４とパティキュレートフィルタ１６と
の間の排気本管１２内に配置される。また、第２の開閉
弁２６がトラップ容器２０より排気下流側のバイパス管
連結位置２８に配置される。

第１の開閉弁２２及び第２の開閉弁２６は図で見て紙面
に垂直な弁軸３０、及び３２の回りを回転可能であり、
図示されるようにほぼ水平な第１の作動位置と、点線で
示されるような第２の作動位置を占めることができる。

第１の作動位置においては、第１の開閉弁２２は排気本
管１２を開き、一方、第２の開閉弁２６はバイパス管１
４を閉じ、かつ排気本管１２を開く。この状態は、フィ
ルタ１６によって排気ガス中のパティキュレートが捕集
される状態を示しており、排気ガスは図中実線矢印の示
した方向に流れている。

第２の作動位置においては、第２の開閉弁２６はその下
半部がバイパス管１４の下半部を閉じることができるが
、バイパス管１４の他部は排気本管１２に連通ずる。従
って、バイパス管１４は、下流側の連結位置２８より上
流側の排気本管１２部分と、連結位置２８より下流側の
排気本管１２部分とに連通ずる。尚、このとき、第２の
開閉弁２日は排気本管１２内に突出し、第２の開閉弁２
６より排気下流側に向かう排気本管１２を部分的に絞り
、トラップ容器２０に向かう排気ガスの流れに背圧を与
え、排気ガスが所望の速度でフィルタ１６を通過できる
ようにする。

また、逆流通路管３４が、第１の開閉弁２２とパティキ
ュレートフィルタ１６との間の排気本管１２と第２の開
閉弁２６により閉じられた前記他部を連通して設けられ
る。即ち、点線で示した第１の開閉弁２２の第２作動位
置は、排気本管１２を閉じ、エンジンからの排気ガスを
バイパス管１４へと流し、第２の開閉弁２６によって分
岐されフィルタ１６を経由してきた排気ガスの一部を逆
流通路管３４に流入させている。この状態はヒータ１８
が加熱されてフィルタ１６内のパティキュレートを焼却
する、フィルタ再生処理状態を示しており、排気ガスは
図中点線矢印の方向に流れる。尚、逆流通路管３４の下
流側開口部３４ｂは第２の開閉弁２６によって開閉制御
されてふり、第２の作動位置においては、通路管３４を
経由してきた再生排気ガスはそのまま下流側へと流れる
。

第１の開閉弁２２及び第２の開閉弁２６をそれぞれ駆動
するための負圧作動型アクチュエータ３６゜３８及び電
磁弁４０．４２が設けられる。

電磁弁４０．４２はエンジンコントロールコンピュータ
　（ＣＰＵ）４４からの出力に応じてアクチュエータ３
６．３８に作動負圧又は大気を選択的に供給することが
でき、例えばアクチュエータ３６．３８に作動負圧を供
給したときに第１の開閉弁２２及び第２の開閉弁３２を
第２の作動位置へと回動させることができる。加えて、
電気ヒータ１８もコンビニ−り４４によって制御される
リレー４６を介して通電されることができる。４８はバ
ッテリである。

次に本発明の特徴なるパティキュレートフィルタ１６に
ついて詳しく説明する。第１図の円内拡大部分に示すよ
う、に、フィルタ１６は、例えばセラミック等の通気性
の良い材料から成る隔壁５０により、フィルタ長手方向
に延びる多数の角柱状小室に仕切られており、この小室
は、排気上流側が開口すると共に下流側が栓部材５２に
よって封止される第１のセル５４と、排気上流側が栓部
材５６により封止されると共に下流側が開口する第２の
セル５８とにより構成される。また、これら第１セル５
４と第２セル５８とは互いに隣接するように交互に配置
されており、従って排気ガスが図中左方より右方へと流
れるパティキュレート捕集時においては、排気ガスは第
１セル５４の開口部より流入し、隔壁５４を介して第２
セル５８へと通過することになるため、第１セル５４の
内壁面上にパティキュレート５９が付着、蓄積し、その
蓄積度合いは、第１セル５４の開口部から流入した排気
ガスの流れに対し、栓部材５２が対向することになるた
め、栓部材５２近傍の内壁面上により多くのパティキュ
レート５９が付着することになる。本発明によればこの
第１セル５４を封止する栓部材５２に直接電気ヒータ１
８が埋設される。この結果、点線で示したようなフィル
タ再生時においては、ヒータ１８への通電により栓部材
５２が加熱し、第１セル５４内に蓄積されたパティキュ
レート５９に容易に着火がなされ、次いで第２セル５８
の開口部より流入した排気ガスにより開口部方向へと燃
焼伝播されることになる。

第２図は上述したフィルタ１６をヒータ配置側より見た
部分的外観図、また第３図は第２図■■線に沿ったフィ
ルタ端部の断面図である。

第１図及び第３図に示すように、電気ヒータ１８の栓部
材５２への埋め込み長さに関しては、第３図に示すよう
に第１セル５８内部に露出せず設けられることが好まし
い。これはセル内部に露出するように埋設した場合、ヒ
ータ１８の露出部分にパティキュレートが堆積し、再生
時、−気にパティキュレートが燃焼し、フィルタ１６が
溶損する場合が考えられるからである。またヒータ配置
に関しては、第４図に示すようにヒータ１８を埋め込ま
ない栓部材５２ａの長さを、埋め込んだ栓部材５２の長
さより短かくし、セル５８ａ内パテイキユレート蓄積部
分とヒータ１８との距離を短くしてヒータ１８を埋め込
まないセル５８ａ内へのパティキュレート着火性を高め
るようにしても良い。

第５〜第７図に本発明によるさらに好ましい実施例を示
す。尚、これらの図において、第１図に示す排気浄化装
置と同一の要素は同一番号を付す。

一般に、排気ガス流れによりフィルタを再生する排気浄
化装置においては、排気ガスの流速が大きい運転条件の
際にフィルタを再生しようとすると、ヒータの熱が排気
ガスによってうばわれ、加熱不充分となってフィルタ内
に蓄積されたパティキュレートの着火、燃焼が困難な場
合がある。また、この対策としてヒータ電力を大きくす
ると、アイドル運転時等の排気ガス流速が小さい場合の
フィルタ再生時にはヒータ温度が過上昇してフィルタ自
体が溶損することも考えられる。

従って本実施例によれば前出の逆流通路管３２の内部に
はフィルタ再生時、ＣＰＩＩ　４４によって開閉作動さ
れる第３の開閉弁６０が設けられる。しかしてその作動
は、第５図に示すようにパティキュレート捕集時におい
ては通常通り、逆流通路管３２を連通ずるように開弁し
、フィルタ再生時においてはヒータ通電時間の全期間、
或いは一部の期間、逆流通路管３２を閉じるように作動
される（第６図）。即ち、この状態においてはフィルタ
１６を通過して逆流通路管３２へと流入する再生用排気
ガスの流れは第３の開閉弁６０により阻止されるため、
図中矢印に示すように、バイパス管１４を通過した排気
ガスはフィルタ１６を通過することなくそのまま排気下
流側へと流れることになる。この結果、ヒータ１８の熱
は排気ガスによってうばわれることなくスムーズに昇温
し容易にパティキュレート着火温度に達することができ
る。

そしてヒータ昇温後は、第７図に示すように再度、第３
の開閉弁６０を開弁させ、第２の開閉弁２６によって分
岐された排気ガスの一部をフィルタ１６及び逆流通路管
３２と経由させることにより、フィルタ１６内パテイキ
ユレートに着火し、燃焼させるようにしている。

第８図は、以上説明した第５．６．７図に夫々対応して
測定されたフィルタ内排気ガス流速を経時的に示したも
のである。尚、本試験において、ヒータ通電は分割配置
された各セグメント毎（Ｎ。

１〜Ｎｏ、　４　）に行なわれており、第３の開弁弁６
０の逆流通路管３２閉じ時間は１セグメントに付き４５
秒とし、各セグメント夫々のヒータ通電時間の半分に設
定している。また、図示するガス流速値に関しては、パ
ティキュレート捕集時におけるフィルタの排気上流側よ
り下流側へ向かう排気流動方向を正の値とし、その逆方
向を負の値として示している。

また第９図及び第１０図はフィルタ内の排気ガス流速が
Ｏの時と、−Ｑ、４ｍ／Ｓの時、夫々において、ヒータ
通電が開始された後の、第１セル単体内各位置での昇温
状態を経時的に示すグラフである。

これらの図から明らかなように、栓部材へのヒータ埋設
によるパティキュレート着火性向上に加え、本実施例で
は、ヒータへの通電時においてフィルタ内排気ガス流れ
を停止することによりヒータに最も近いセル内位置Ａに
おいて、極めて短時間に高温に達することができ、また
少ないヒータ電力で以てパティキュレートを着火するこ
とが可能となる。尚、当然の事ながら、ヒータにより比
較的離れたセル内位置Ｂ、Ｃにおいては、排気ガスの流
速０の場合（第９図）、その温度は排気ガスが流れてい
る場合（第１０図）に比べ、はとんど上昇しない。これ
は、パティキュレート着火後の燃焼伝播におけるフィル
タ全体の過熱を防ぐ作用があり、従ってフィルタ溶損の
危険性を低減する効果がある。

本発明による効果を確認するため、従来のパティキニレ
ートフィルタと本発明のフィルタ、夫々の昇温特性を測
定した。第１１図及び第１２図は供給されるヒータ電力
を一定にしてフィルタ内ガス流速を異ならしめた時の各
フィルタの着火部における経時的温度変化を示す測定グ
ラフである。

尚、図中−点鎖線は、フィルタの排気上流側端面近くに
ヒータを配置し、再生時においても排気ガスが上流側よ
り下流側へと流れるようにした、所謂順流再生方式の従
来フィルタ、二点鎖線は順流再生方式でかつ排気上流側
を封止する栓部材にヒータを埋め込んだ従来のフィルタ
、また点線は上述した逆流再生方式でかつ排気下流側端
面近くにヒータを配置した従来フィルタ、そして実線は
本発明によるフィルタを夫々示している。

これらの図から明らかなように本発明のフィルタは、フ
ィルタ内排気ガス流速の大小にかかわらず短時間でパテ
ィキュレート着火温度に達することができ、従って少な
い電力消費量を以ってパティキュレートを焼却し、フィ
ルタを再生することができる。これは他の従来フィルタ
に比べ、本発明のフィルタは発熱部とパティキュレート
を多く蓄積するセル部分との距離が最も近接しているこ
とに寄因するものである。

〔発明の効果〕

くすることにより、着火に必要な電力を低減できかつパ
ティキュレートの再生効率を向上することが可能となる
。加えて本発明のヒータ配置は、従来のヒータ近接型フ
ィルタのようにヒータ線をフィルタ端面近傍に支持する
為の碍子を設けることによる弊害（即ち、碍子部分に対
向するフィルタ部分の着火が困難であること）が無く、
従ってフィルタ端面全体に亘ってパティキュレートを着
火、燃焼することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による排気浄化装置の構成断面図：第２
図は第１図矢印■方向より見た部分的フィルタ外観図；
第３図は第２図Ｉ−Ｉ線に沿う断面図；第４図は第２図
ＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図；第５図は第１図と異なる別
実施例としての排気浄化（Ｉ５） 装置であってパティキュレート捕集時の作動状態を示す
図；第６図は第５図に示す装置のフィルタ再生時であっ
てフィルタに排気ガスを導かない状態を示す図；第７図
は第５図に示す装置のフィルタ再生時であってパティキ
ュレート焼却状態を示す図：第８図は第５〜第７図に対
応したフィルタ内ガス流速変動を示す測定グラフ、第９
図は第５図に示す実施例においてフィルタに排気ガスを
導入しない時の経時的フィルタ内昇温変動を示すグラフ
；第１０図はフィルタに排気ガスを供給した状態での経
時的フィルタ内昇温変動を示すグラフ；第１１図は本発
明によるフィルタ及び従来フィルタにおける、着火部で
のヒータ通電時からの経時的温度変化を示すグラフ；第
１２図は第１１図と同様であって、フィルタ内排気ガス
流速を変えた時の温度変化を示すグラフ。 Ｉ８・・・ヒータ、　　　　５０・・・隔壁、５２．５
６・・・栓部材、　　５４・・・第１セル、５８・・・
第２セル。 ト≧ Ｈ≧ ■ Ｎ　ＣＯＮ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．通気性を有する隔壁によって画成され排気上流側が
   開口しかつ排気下流側が栓部材により封止される第１の
   セルと、上記隔壁によって画成されると共に該第１セル
   に隣接配置され排気下流側が開口しかつ排気上流側が栓
   部材により封止される第２のセルとから成るフィルタを
   具備し、上記第１セルにて排気中のパティキュレートを
   捕集すると共にフィルタ再生時、上記フィルタの上記排
   気下流側より、上流側に向かって再生用ガスを流すよう
   にした逆流再生方式の排気浄化装置において、 上記第１セルを封止する栓部材に電気ヒータを埋設せし
   めたことを特徴とする、逆流再生方式の排気浄化装置。