JPH03258910A - 内燃機関の排気浄化装置 - 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、内燃機関の排気浄化装置に関するもので、特
にディーゼル機関の排気中に含まれる微粒子成分を除去
する装置に関する。

（従来の技術） 一般に、ディーゼル機関の排気中には多量のカーボン粒
子等からなる微粒子成分（パティキュレート）が含まれ
ている。そしてこの微粒子成分がそのまま大気中に放出
されるのを防止して排気を浄化するようにした排気浄化
装置として、従来よりセラミックス等の通気性を有する
隔壁をもつフィルタ部材を内燃機関の排気通路に配設し
、排気が前記フィルタ部材を通過する間に排気中の微粒
子成分を前記隔壁によって捕集するようにしたものが知
られている。

このようなフィルタ部材を備えたものにおいては、内燃
機関が長時間に渡って運転されるとフィルタ部材に微粒
子成分の堆積による目詰まりが生じ、内燃機関の背圧が
上昇して出力低下を招くという問題がある。

そのため、従来より例えば特開昭５６−７２２１２号公
報、特開昭５６−７２２１３号公報等に開示されるもの
では、ケース本体内に加熱用ヒー夕を取り付け、定期的
に、またはフィルタ部材に目詰まりが生じた時点で該加
熱用ヒータに通電することにより、フィルタ部材に堆積
した微粒子成分を加熱し燃焼させてフィルタ部分の再生
を行うようにしている。

（発明が解決しようとする課題） ところが、従来の内燃機関の排気浄化装置では、フィル
タ端面に取り付けられる電気ヒータ、燃焼バーナ等の熱
源により微粒子成分に着火し、フィルタ中を流れる再生
ガスの流れを利用して、着火部から再生ガス下流側に向
けて燃焼を伝播させるようにしているため、この再生法
によると、微粒子成分の自燃によりフィルタを再生する
ものであるから、微粒子成分付着量のバラツキ等により
燃焼伝播が適切に行われず、再生ミスが発生することが
あり、それが発端となって微粒子成分が堆積し、ある時
期−気に燃焼してフィルタ内温度が上昇し、フィルタに
クラック、溶損等が発生しやすいという問題がある。

またフィルタ外周面にヒータを取り付けたものでは、一
般に使用されるフィルタ口径１００ｍｍ以上のもので微
粒子成分の燃え残りなくフィルタ全域の再生を行うのは
困難であるという問題がある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされた
もので、フィルタ外周面およびフィルタ端面に電気ヒー
タを設けるとともに再生ガスの流速を制御することで、
ヒータ熱による微粒子成分の燃焼および自燃、さらに再
生ガス流速の制御により安定かつ確実な再生を繰り返し
可能な内燃機関の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） そのために、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、通気
性を有する隔壁により軸方向に貫通して延びる多数の小
孔が形成され、この小孔の一端と該小孔に隣合う小孔の
他端を交互に封止部材で閉塞したフィルタであって、前
記フィルタの外周壁面および前記フィルタの上流側端面
に電気ヒータを設け、前記フィルタの再生時に前記フィ
ルタを流通する再生ガスの流速を所定値以下に設定した
ことを特徴とする。

（作用） フィルタの再生時、フィルタ内に再生ガスを導入すると
、フィルタ外周壁面の電気ヒータの加熱と流速制御され
た再生ガスにより、フィルタ外周付近の付着微粒子成分
が燃焼する。フィルタ端面の電気ヒータを加熱すると、
残部の微粒子成分が完全に燃焼し取除かれる。その後、
電気ヒータへの通電を遮断する。すると再びこのフィル
タにより排気中の微粒子成分が捕集される。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説明する。

第１図に示すように、排気浄化装置１は、図示しない内
燃機関とマフラーとの間に設けられている。排気管２の
口径よりも大口径のステンレス製ケース３内には、セラ
ミックス製のハニカムフィルタ４を収納している。ケー
ス３と上流側排気管２ａおよび下流側排気管２ｂとの接
続はテーパ部６およびテーパ部７により行われている。

これにより排気がハニカムフィルタ４に円滑に導入され
る。

ハニカムフィルタ４は、コージェライトからなり、フィ
ルタ内部に通気性を有する多数の隔壁８を軸方向に延ば
し、これらに対応して軸方向に貫通して延びる多数の小
孔９が形成されている。これらの一部の小孔９は上流側
開口端がフィルタと同材質または耐熱セラミック材料か
らなる封止部材であるプラグ１１により閉塞され、この
小孔９に隣合う残部の小孔９は下流側開口端がプラグ１
２により閉塞され、これによって隣合う小孔９が上流側
開口端と下流側開口端とで交互にプラグ１１、プラグ１
２により閉塞されている。このため、ハニカムフィルタ
４内に導入される排ガスは、図示矢印Ａに示すように、
上流側開口端から小孔９に導入されると、小孔９間の隔
壁８を通過し下流側開口端からフィルタ外に流出され、
排気中に含まれる微粒子成分は隔壁１８を通過できずに
ハニカムフィルタ４内に捕集される。ハニカムフィルタ
４を構成する材料は、コージェライトの他、アルミナ等
の多孔質無機焼結体を使用するとよい。

ハニカムフィルタ４の上流側端面には、第２図に示すよ
うに、ニクロムまたはカンタル材等の電熱線からなる端
面ヒータ１４が中央部に設けられている。端面ヒータ１
４の電熱線は、端面開口部とそこから比較的浅い部分と
を繰り返して往復するように配設されている。本発明の
端面ヒータの電熱線はハニカムフィルタに非接触または
埋設してちよい。また、電熱線の配列パターンは、蛇行
状、渦巻状等なんでも良い。端面ヒータ１４の断面形状
は円形、四角形その他の多角形等なんでも良い。

ハニカムフィルタ４の外周壁面には、ニクロムまたはカ
ンタル材等の電熱線からなる外周ヒータ１５が巻回され
ている。外周ヒータ１５は、フィルタ外周面上で軸方向
に往復するように蛇行して巻かれている。外周ヒータ１
５の電熱線の断面形状は、第３図に示すように、円形よ
りも四角形の方が良い。これはフィルタ外周壁との接触
面積が線接触よりも面接触の方が大きいため熱伝導率が
高くなり迅速加熱に適するからである。

これらの端面ヒータ１４と外周ヒータ１５は、別回路と
して絶縁物を介してケース３の外部に取出され、車載用
バッテリに接続される。なお、このハニカムフィルタ４
はセラミック系繊維をシート状に固めた緩衝材２０が巻
かれた状態でケース３の中に収納されている。

次に本発明の実施例で用いたフィルタの作動について説
明する。

内燃機関より排出される排気は、上流側排気管２ａを通
り、第１図示矢印Ｃ方向にハニカムフィルタ４の小孔９
内に導入され、隔壁８を透過して隣合う小孔９を通して
下流側開口端からハニカムフィルタ４の外部に流出し、
第１図示矢印Ｃ方向からマフラーに流れる。

このとき、排気中に含まれている微粒子成分は隔壁８を
透過できないで小孔９内に堆積する。微粒子成分を取除
かれた排気は、下流側排気管２ｂを通りマフラーを経て
大気に放出される。車両走行距離が長くなるにしたがい
微粒子成分の堆積量が増大し、ハニカムフィルタ４の前
部と後部の圧力損失が増大する。そして、例えば一定時
間走行後、ハニカムフィルタ４内に微粒子成分が堆積す
ると、次のとおリハニカムフィルタ４の再生を行う。

まず、ハニカムフィルタ４内に再生ガスを流入する。再
生ガスは、排気または二次空気等を用いる。ハニカムフ
ィルタ４内を流通するガス流速は一定値以下になるよう
に制御する。再生ガスの導入後、フィルタ外周壁面に設
けた外周ヒータ１５に通電する。そして、外周ヒータ１
５への通電を所定時間保持すると、ハニカムフィルタ４
の外周付近に付着した微粒子成分が着火温度に達すると
燃焼する。この微粒子成分の燃焼を継続すると、第４図
および第５図に示すように、矢印り方向に微粒子成分の
燃焼が進み、フィルタ容積の例えば約８０％の微粒子成
分が燃焼する。

その後、ハニカムフィルタ４の上流側端面に設けた端面
ヒータ１４への通電を開始する。これにより、外周ヒー
タ１５のみでは再生できなかった第４図に示す上流側中
央部燃え残り部分Ｅの微粒子成分を燃焼する。ハニカム
フィルタ４の微粒子成分を燃焼した後、外周ヒータ１５
および端面ヒータ１４の通電を遮断する。

このようにしてハニカムフィルタ４内に付着した微粒子
成分を取り除き、フィルタの再生が図られる。そして再
びこのハニカムフィルタ４による排気中の微粒子成分の
捕集を行うことができる。

本実施例の場合、再生ガスの流速は、０．１ｍ／Ｓ以下
に制御する。これは、外周ヒータ１５のみを作動した場
合、第７図に示すように、再生ガスの流速が例えば０．
０２ｍ／ｓであると、微粒子成分の燃え残りはほとんど
生じないが、再生ガスの流速を０．１ｍ／ｓを超える値
に設定すると、微粒子成分の燃え残りを生じ、この燃え
残り捕集量が増大した場合、再生時に燃焼温度が急上昇
するおそれがあるため、このような燃焼源の過昇を防止
し、緩慢に再生を図るように制御するため０１　ｍ　／
　ｓ以下に設定した。再生ガスの流速がＯｍ／ｓの無風
状態では酸素不足となり燃焼しにくいので再生ガスの流
速は少なくともＯを超える値にする。

本実施例によれば、外周ヒータ１５と端面ヒータ１４を
設ける構成であるため、フィルタ再生時に微粒子成分の
燃え残りを生じないように安定かつ確実な再生を図るこ
とができる。従って、捕集された微粒子成分が一気に燃
焼するとき発生しやすいクラックや溶損を確実に防止す
ることができる。また、フィルタ再生を助長するための
高価な金属触媒を使用しないので、低コストにハニカム
フィルタの再生を図ることができるとともに、内燃機関
の出力低下を最小限に抑えることができる。

第８図、第９図は、本発明の第２の実施例および第３の
実施例を示すものである。第８図のものは、ハニカムフ
ィルタ４の外周面に３本の電熱線３０．３１．３２をそ
れぞれ上流部、中流部、下流部に蛇行させてぐるりと一
周巻回したものである。第９図のものは、ハニカムフィ
ルタ４の外周面に螺線状に電熱線４０を巻回したもので
ある。

これらの電熱綿の断面形状は、丸形、多角形等で、その
断面形状は特定されるものではない。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の内燃機関の排気浄化装置
によれば、フィルタ再生時にフィルタに付着した微粒子
成分を確実に燃焼除去させるため、再生時ごとに堆積微
粒子成分をほとんど除去するので、フィルタの再生率が
高くなり、再生時のフィルタのクラック発生や溶損を防
止し、内燃機関の出力低下、燃費の悪化を確実に防止す
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の実施例を表わす排気浄化装置
の断面図、第２図はそのフィルタを示す斜視図、第３図
はヒータの作用を示す説明図、第４図は第１の実施例の
作用を説明するための模式説明図、第５図は第４図に示
すＶ方向矢視模式説明図、第６図は第１の実施例の作用
を示すための模式図、第７図は本発明の実施例と従来例
を対比したもので再生ガス流速とフィルタ再生率の関係
を示す特性図、第８図は本発明の第２の実施例を示すフ
ィルタの斜視図、第９図は本発明の第３の実施例のフィ
ルタを表わす斜視図である。 ３・・・ケース（容器）、 ４・・・フィルタ、 ８・・・隔壁、 ９・・・小孔、 １１．１２・・・プラグ（封止部材）、１４・・・端面
ヒータ（電気ヒータ）、１５・・・外周ヒータ（電気ヒ
ータ）。 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）通気性を有する隔壁により軸方向に貫通して延び
   る多数の小孔が形成され、この小孔の一端と該小孔に隣
   合う小孔の他端を交互に封止部材で閉塞したフィルタで
   あって、 前記フィルタの外周壁面および前記フィルタの上流側端
   面に電気ヒータを設け、 前記フィルタの再生時に前記フィルタを流通する再生ガ
   スの流速を所定値以下に設定したことを特徴とする内燃
   機関の排気浄化装置。