JPH04265409A - 内燃機関の排気フィルタ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関、特にディ
ーゼル機関で問題となるカーボン等の排気微粒子を捕集
除去するための排気フィルタに関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼル機関で問題となるカーボン等
の排気微粒子を、排気系に介装した排気フィルタにて捕
集除去することは従来から考えられており、種々の形式
の排気フィルタが既に提案されている。

【０００３】この排気フィルタの代表的なものは、いわ
ゆる目封じ型フィルタに代表される濾過捕集形式のもの
である。上記目封じ型フィルタは、例えば特開昭５６−
１２４４１７号公報に示されているように、セラミック
ス製のブロックに排気流方向に沿った多数の微細な流路
を形成し、かつ各流路の端部を交互にセラミックスにて
閉塞した構成であって、流路間のセラミックスの隔壁を
排気が通過することにより、排気微粒子を濾過捕集する
ようにしたものである。

【０００４】この濾過捕集形式のものでは、非常に高い
捕集効率が得られる反面、排気微粒子を過剰捕集し易く
、微粒子捕集量がフィルタの焼損限界を越え易い。つま
り、バーナー等を用いた強制再生や排気熱による再生の
時期が多少でも遅れたような場合に、多量の排気微粒子
が急激に燃焼し、フィルタの焼損を招く可能性がある。 しかも焼却除去が不可能なＡｓｈ成分（オイル添加剤の
酸化物等）までも捕集してしまい、いずれは目詰まり状
態に至る可能性がある。

【０００５】そこで、この濾過捕集形式のものに代えて
、付着捕集形式の排気フィルタが提案されている。その
一例としては、特開昭６２−４５３０９号公報に見られ
るようなセラミックスの三次元多孔体いわゆるセラミッ
クスフォームをフィルタエレメントとしたものや、実開
昭５１−２３６１５号公報に見られるように、触媒を担
持した薄い耐熱性繊維板を多数積層してフィルタエレメ
ントとしたものなどが知られている。この付着捕集形式
のものでは、フィルタエレメント内に生じる複雑な流路
を排気ガスが通流する際に、その流路表面に排気微粒子
が付着して捕集されるのである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記特開昭６２−４５
３０９号公報や実開昭５１−２３６１５号公報では、付
着捕集形式のフィルタエレメントを円筒状に形成し、そ
の内周側から外周側へ排気を通流させるようにした構成
のものが示されているが、このように円筒状フィルタエ
レメントの半径方向に排気が流れる場合には、フィルタ
エレメント内部で径の増大に伴って排気流速が低下する
。つまり、内周側に比して外周側での排気流速は徐々に
低くなる。

【０００７】ところで、付着捕集形式のフィルタエレメ
ントにおいては、図６に示すように排気流速に略反比例
して捕集効率が低下する傾向があり、流速が低い程捕集
効率は高くなる。

【０００８】従って、上記のように、円筒状フィルタエ
レメントの内周側から外周側へ排気を通流させると、排
気流速の低い外周部に排気微粒子が多く捕集され易い。 そのため、機関を急加速したような場合に、多量の排気
微粒子が外部に容易にブローオフし、黒煙となって排出
されるという欠点がある。また、フィルタエレメント内
部での排気微粒子の分布が不均一となることから、フィ
ルタエレメント全体として捕集しうる容量が少なくなり
、不必要にフィルタエレメントを大型化せざるを得ない
という不具合もある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、この発明に係る
内燃機関の排気フィルタは、網目状金属板を円筒状に複
数層積層してフィルタエレメントを構成し、このフィル
タエレメントを、その内周側から外周側に向かって排気
が通流するようにケーシング内に収容するとともに、上
記網目状金属板の各層における単位面積当たりの開口面
積が、内周側に比して外周側が小となるように形成した
ことを特徴としている。

【００１０】また請求項２の発明では、金属板からなる
母材に交互に多数のスリットを形成するとともに、該ス
リットと直交する方向に引き伸ばして上記網目状金属板
を構成し、かつ各層における引き伸ばし量が一定となる
ように、各層の母材長さを設定した。

【００１１】

【作用】上記構成では、網目状金属板の単位面積当たり
の開口面積がフィルタエレメントの内周側より外周側で
小さくなっているため、排気がフィルタエレメントの内
周側から外周側へ通流する際に、その流速低下が小さく
なる。つまり、内周部での流速と外周部での流速が、そ
れほど変わらないものとなり、流速差に基づく捕集効率
の不均一ひいては捕集量の不均一が抑制される。

【００１２】特に、多数のスリットを有する母材を引き
伸ばして網目状金属板を構成する場合には、その引き伸
ばし量が開口面積に略相当するので、各層における引き
伸ばし量が一定となるようにすれば、各層の半径に無関
係に各層の総開口面積が略一定となり、排気流速が各部
で略均一なものとなる。

【００１３】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面に基づいて
詳細に説明する。

【００１４】図１は、この発明に係る排気フィルタの全
体的構成を示す一部切欠の斜視図であり、円筒状をなす
ケーシング１の一端に円錐形をなす入口部１ａが設けら
れ、かつ排気入口管２が接続されている。また他端に円
錐形をなす出口部１ｂが設けられ、フランジ３ａを有す
る排気出口管３が接続されている。そして、ケーシング
１内部に、第１隔壁４および第２隔壁５が固定されてお
り、両者間に円筒状をなすフィルタエレメント６が挟持
されているとともに、該フィルタエレメント６外周面と
ケーシング１内周面との間には、排気流路となる適宜な
空間７が確保されている。入口部１ａ側に位置する第１
隔壁４は、中心部が開口した円環状をなし、円筒状フィ
ルタエレメント６の端面および上記空間７の一端を閉塞
している。出口部１ｂ側に位置する第２隔壁５は、フィ
ルタエレメント６の他方の端面全体を中心部を含めて閉
塞しており、かつ上記空間７と出口部１ｂとの連通を確
保するように周囲が切り欠かれている。

【００１５】従って、排気の概略的な流れとしては、矢
印で示すように、排気入口管２からフィルタエレメント
６の中心部に流入し、かつフィルタエレメント６を内周
側から外周側へ半径方向に流れた後に、空間７を経て排
気出口管３へと流れ出るようになっている。

【００１６】上記フィルタエレメント６は、図２に示す
ように、触媒を担持した薄い網目状金属板８を主体とす
るもので、比較的剛性の高い網目状の金属製内筒９が上
記第１，第２隔壁４，５に予め固定されており、この金
属製内筒９を中心として、網目状金属板８が複数層円筒
状に積層されている。詳しくは、各層の円周に相当する
長さの帯状に１枚づつ形成した網目状金属板８を、一層
づつ順次積層し、例えばスポット溶接等により固定して
ある。

【００１７】上記網目状金属板８は、図３に示すように
、薄い金属板からなる母材８Ａに多数のスリット１０を
交互に形成し、これをスリット１０と直交する矢印Ａ−
Ａ方向へ引き伸ばして、図４に詳示するような菱形の格
子状としたものであり、個々にあるいは円筒状に組み立
てた状態において触媒を含むセラミックスのコーティン
グがなされ、触媒を担持した状態となっている。そして
、各層の網目状金属板８を積層する際には、図４に示す
ように、互いに隣接する網目状金属板８同士で、格子の
交点１１が合致しないように、僅かづつ例えば格子間距
離Ｓの１／２づつずらして重ねてある。

【００１８】また、円筒状フィルタエレメント６の内周
側に位置する網目状金属板８と外周側に位置する網目状
金属板８とでは、格子の菱形形状が異なっており、内周
側に位置する網目状金属板８の方が大きく格子が開いた
形となっている。つまり、各層における単位面積当たり
の開口面積としては、内周側で比較的大きく、かつ外周
側で比較的小さい。但し、各層における円周全体での総
開口面積は、各層で同一である。

【００１９】具体的には、積層した各層の層番号をｎ、
その層ｎの巻き半径をｒｎとすれば、層ｎで必要な網目
状金属板８の巻き長さは、２πｒｎとなるが、上述した
ように母材８Ａを引き伸ばして長さ２πｒｎの網目状金
属板８を形成したとすると、そのときの引き伸ばし量Ｅ
が、層ｎにおける総開口面積に略相当する。そして、こ
の各層ｎの総開口面積となる引き伸ばし量Ｅが、各層で
同一に与えられている。つまり、図５に示すように、層
ｎの母材長さＬｎが、予め（２πｒｎ−Ｅ）の長さにそ
れぞれ設定されており、これを一定量Ｅだけ引き伸ばす
ことで層ｎの帯状をなす網目状金属板８が構成されてい
る。

【００２０】このように、上記実施例の構成では、円筒
状フィルタエレメント６の内周側の層でも外周側の層で
も、排気の流路面積は略一定に保たれる。すなわち、排
気が円筒状フィルタエレメント６の内周側から外周側へ
通流する際に、径の増大に伴う排気流速の低下が殆ど生
じることがなく、フィルタエレメント６の各部で略一定
の流速を確保できる。そのため、流速による捕集効率の
不均一、具体的には、流速が低下しやすい外周側への排
気微粒子の偏在を防止でき、フィルタエレメント６の各
部で均一な付着捕集を行わせることができる。

【００２１】従って、フィルタエレメント６における排
気微粒子の分布が均一となり、機関を急加速したような
場合の外部へのブローオフが生じにくい。しかも、フィ
ルタエレメント６全体を付着捕集に一層有効に利用でき
るようになるため、必要な容量に比してフィルタエレメ
ント６の小型化が可能であり、機関始動後の昇温特性や
圧力損失の点で有利となる。尚、フィルタエレメント６
全体が金属製であるため、熱容量は非常に小さく、この
点でも昇温特性に優れたものとなる。

【００２２】また、上記構成では、各層の格子の交点１
１が重なり合わないように積層してあり、かつ各層の格
子形状も僅かづつ違っているので、排気が流れる微小流
路は非常に複雑なものとなる。そのため、排気との実質
的な接触面積が増え、一層確実な付着捕集が行える。そ
して、同様に触媒との接触効率も良好となり、触媒作用
による再生能力や排気浄化作用が向上する。尚、網目状
金属板８表面にセラミックスコーティングを施すことに
よって捕集効率は一層向上する。

【００２３】また、上記構成では、捕集そのものは付着
捕集の形で行われるため、濾過捕集のような過剰捕集が
防止され、またＡｓｈ成分による目詰まりも生じにくい
。

【００２４】以上、この発明の一実施例を説明したが、
この発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々
の変更が可能である。例えば、上記実施例では、網目状
金属板８に触媒を担持させているが、この触媒担持は必
須ではない。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、この発明
に係る内燃機関の排気フィルタにおいては、円筒状フィ
ルタエレメントの各部で比較的均一な付着捕集を行わせ
ることができ、従来のようにフィルタエレメント外周部
に排気微粒子が偏在することがない。そのため、急加速
時等における外部への急激なブローオフが防止される。 またフィルタエレメント全体に排気微粒子を広く分布さ
せることができるため、フィルタ全体としての捕集効率
が向上し、かつ必要な容量に比してフィルタエレメント
の小型化が図れる。その結果、昇温特性の向上ならびに
圧力損失の低減が可能となる。

【００２６】特に、請求項２の発明によれば、各層の半
径に無関係に各層の総開口面積が略一定となり、排気流
速を各部で略均一に保てるため、上記の効果が一層顕著
となり、かつ、その製造も容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る排気フィルタの一実施例を示す
一部切欠の斜視図。

【図２】この実施例のフィルタエレメントを示す斜視図
。

【図３】網目状金属板の形成方法を示す説明図。

【図４】網目状金属板を２枚積層した状態で示す要部拡
大図。

【図５】網目状金属板およびその母材の寸法を示す説明
図。

【図６】付着捕集形式のフィルタにおける捕集効率と排
気流速の関係を示す特性図。

【符号の説明】

１…ハウジング ２…排気入口管 ３…排気出口管 ６…フィルタエレメント ８…網目状金属板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　網目状金属板を円筒状に複数層積層し
   てフィルタエレメントを構成し、このフィルタエレメン
   トを、その内周側から外周側に向かって排気が通流する
   ようにケーシング内に収容するとともに、上記網目状金
   属板の各層における単位面積当たりの開口面積が、内周
   側に比して外周側が小となるように形成したことを特徴
   とする内燃機関の排気フィルタ。
2. 【請求項２】　　金属板からなる母材に交互に多数のス
   リットを形成するとともに、該スリットと直交する方向
   に引き伸ばして上記網目状金属板を構成し、かつ各層に
   おける引き伸ばし量が一定となるように、各層の母材長
   さを設定したことを特徴とする請求項１記載の内燃機関
   の排気フィルタ。