JPH04298619A - 内燃機関用フィルタ - 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】本発明はディーゼルエンジンから
排出される排気ガス中に含まれるパティキュレート（粒
子状物質）を捕集する内燃機関用フィルタに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】欧米および日本などのいわゆる先進国の
高度な経済成長は地球上の文明に大きく貢献してきた。 しかしながら、先進国の経済成長を中心とした化石燃料
エネルギの浪費は地球の大気を汚染してきた。

【０００３】地球環境保全に関して、今日では地球温暖
化対策すなわちＣＯ２　低減対策が大きくクローズアッ
プされているが、森林破壊を招く酸性雨の対策も無視で
きない。

【０００４】酸性雨では硫黄酸化物や窒素酸化物などの
大気汚染物質が汚染源となって生じる自然現象であり、
近年世界各国でこのような大気汚染物質の排出規制がコ
・ジェネレーションなどの固定発生源や自動車などの移
動発生源に対して強化される動きにある。特に、自動車
の排気ガスに関する規制は従来の濃度規制から総量規制
へ移行され規制値自体も大幅な削減がなされようとして
いる。

【０００５】自動車の中でもディーゼル車は窒素酸化物
と同時にパティキュレートの排出規制の強化が行われる
。燃料噴射時期遅延などの燃焼改善による従来の排気ガ
ス中の汚染物質低減対策だけでは排出ガス規制値を達成
することは不可能とされ、現状では排気ガスの後処理装
置の付設が不可欠である。この後処理装置はパティキュ
レートを捕集するフィルタを有するものである。

【０００６】ところが、パティキュレートが捕集され続
けるとフィルタは目詰まりを生じて捕集能力が大幅に低
下するとともに排気ガスの流れが悪くなってエンジン出
力の低下あるいはエンジンの停止といったことに至る。

【０００７】したがって、現在世界中でフィルタの捕集
能力を再生させるための技術開発がすすめられているが
、今だ実用には至っていない。

【０００８】パティキュレートは６００℃程度から燃焼
することが知られている。パティキュレートをこの高温
度域に昇温するためのエネルギを発生する手段として、
バーナ方式、電気ヒーター方式あるいはマイクロ波方式
などが考えられている。

【０００９】本発明者らは昇温効率の良さ、安全性、装
置構成の容易さあるいは再生制御性の良さなどを考慮し
てマイクロ波方式によるフィルタ再生装置を開発してき
た。

【００１０】マイクロ波方式によるフィルタ再生装置と
しては、たとえば特開昭５９−１２６０２２号公報があ
る。同公報に開示されている装置を図３に示す。同図に
おいて、１はエンジン、２は排気マニフールド、３は排
気管、４は排気分岐管、５はフィルタ、６はフィルタを
収納した加熱室、７はマイクロ波発生手段、８はマイク
ロ波発生手段７の発生したマイクロ波を加熱室６に導く
導波管、９はマイクロ波反射板、１０は空気ポンプ、１
１は空気供給路、１２はマイクロ波発生手段の駆動電源
、１３はマフラー、１４は空気切換バルブ、１５は排気
ガス流切換バルブである。

【００１１】上記した構成において、エンジンの排気ガ
スは排気ガス流切換バルブ１５によってフィルタ５に導
かれたり、直接大気へ排出されたりする。パティキュレ
ート捕集サイクルにおいて、排気ガスはフィルタ５に導
かれ排気ガス中に含まれるパティキュレートはフィルタ
５に捕集されるが前述したようにフィルタ５の捕集能力
は有限である。捕集能力が限界に達すると排気ガス流切
換バルブ１５が制御され排気管３への排気ガスは遮断さ
れ排気ガスのすべては排気分岐管４を経て大気に排出さ
れる。この間にフィルタ５の再生が行われる。このフィ
ルタ再生サイクルにおいてパティキュレートを加熱する
エネルギはマイクロ波発生手段７からまた燃焼に必要な
空気が空気ポンプ１０より同時に供給される。所定の時
間を経てフィルタ再生が完了すると排気ガス流切換バル
ブ１５が再び制御されてフィルタ５に排気ガスが導かれ
る。この捕集と再生のサイクルがくり返される。

【００１２】また、特開平１−２９０９１０号公報には
フィルタ再生において課題とされるフィルタ端面部の再
生を保証する再生制御内容が開示されている。その内容
は燃焼に必要な空気の流れを再生サイクルの間に少なく
とも一回は逆流させるものである。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成において、フィルタに捕集されたパティキュレー
トを加熱燃焼させる時にフィルタ内部の温度が内部に至
るほど高温となり、フィルタ外周部と内部との温度差に
よってフィルタにクラックが発生したり、最悪の場合に
は溶損に至る課題を有し、フィルタの耐久性能を保証で
きないという課題があった。

【００１４】本発明は上記課題を解決するもので、パテ
ィキュレート燃焼時のフィルタ内部温度の高温化を抑制
する改良された内燃機関用フィルタを提供することを目
的としたものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、フィルタの略中央部に金属パイプを配設した
構成としている。

【００１６】

【作用】上記した構成により、フィルタ内部に集中する
パティキュレート燃焼熱は金属パイプを介してフィルタ
の長手方向に伝熱されフィルタ内部の温度の均一化を図
ることができ、クラック発生の防止あるいは溶損回避を
達成することができる。

【００１７】

【実施例】以下本発明の実施例を添付図面を参照して説
明する。

【００１８】図１において、１６は内燃機関の排気ガス
が通過する間に排気ガス中に含まれるパティキュレート
を捕集するフィルタ、１７はフィルタ１６の略中央部に
挿入付設された金属パイプである。フィルタ１６に捕集
されるパティキュレートの燃焼可能温度は約４００℃〜
６００℃である。実際の燃焼時には燃焼熱の集中などを
考慮すると約１０００℃以上の高温下にフィルタはさら
される可能性がある。

【００１９】したがって、フィルタの構成材料は耐熱温
度の高いたとえばコージライトやムライトなどのアルミ
ナ系セラミックで構成される。フィルタはハニカム形状
にて構成されており、各セルはフィルタ端面部に排気ガ
ス流を遮蔽するプラグ１８が交互に配設されてくる。し
たがって、排気ガス流は各セルのフィルタ長手方向の壁
面を経て他の端面に至る。この壁面を通過するときに排
気ガスに含まれるパティキュレートが捕集される。フィ
ルタには金属パイプ１７を挿入するために金属パイプ１
７の外径に対応した内径の貫通穴がフィルタ略中央部に
設けられている。金属パイプ１７はその一端にパイプ外
径よりも大きな径からなるフランジ部１９を持つ。また
、パイプの他端はフィルタに金属パイプを挿入後に外方
向に広げられ金属パイプがフィルタから離脱するのを防
止する加工が施されている。

【００２０】なお、金属パイプとフィルタとの間は中空
状態でも構わないが、本発明の効果をより発揮させるた
めにはフィルタ材料と同一の材料を溶剤に溶かして充填
させることがより好ましい。この場合、金属パイプ挿入
後フィルタをアニーリングし金属パイプとフィルタとの
一体化を促進させておくのがより好ましい。

【００２１】また、金属パイプには穴を適当に配設させ
ることもできる。この場合、この穴を経て排気ガスを流
すことができる。

【００２２】本発明の効果を図２を利用して以下に説明
する。図２（ａ）の斜線領域は適当な加熱手段によって
加えられたエネルギによりパティキュレートが加熱され
かつ燃焼状態になった領域である。今、フィルタにパテ
ィキュレートの燃焼を促進させる空気の供給が無いと仮
定するとフィルタ内部では図示したように各部において
燃焼熱の輻射が生じている。実際には燃焼を促進させる
ために空気がフィルタに供給される（図２（ｂ））。矢
印で示された空気流によってフィルタ内部の各部では図
示したような各部の燃焼熱の伝熱が生じる。この燃焼熱
の伝熱によりフィルタの中央では逃げ場がないために外
周部に比べて高温になる。このフィルタ内部と外周部の
温度差が約２００℃以上になるとクラックが発生する。 また、内部温度があまりに高温になると溶損に至ること
になる。

【００２３】本発明のフィルタ構成によれば、フィルタ
内部に集中しやすい燃焼熱を金属パイプを介してフィル
タ長手方向にすばやく伝熱させる。これによってフィル
タの径方向はもとより長手方向の温度差を緩和しクラッ
ク発生の防止、溶損回避を達成できフィルタの耐久性能
を保証できる。

【００２４】なお、金属パイプの少なくとも一端をフィ
ルタが収納された加熱室の壁面に接続させて金属パイプ
の熱を加熱室に放熱させる構成を採ることもできる。

【００２５】また、パティキュレートをマイクロ波加熱
する装置においてはフィルタを収納する加熱室に生じる
電磁場としてＴＥ０１Ｐ　モードを選択することにより
金属パイプの存在を利用した加熱室構成を採ることが可
能である。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明の内燃機関用
フィルタによれば、以下の効果が得られる。 （１）フィルタ内部へのパティキュレート燃焼熱の集中
を防止しクラック発生の防止あるいは溶損回避をするこ
とができフィルタの耐久性を保証できる。 （２）中空の金属パイプをフィルタの略中央部に配設し
た構成はパティキュレートを加熱する加熱手段としてバ
ーナ方式、電気ヒーター方式およびマイクロ波方式のい
ずれにも採用するこができる汎用性をもっている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す内燃機関用フィルタの
構成図

【図２】従来の内燃機関用フィルタの燃焼時の状態図

【
図３】従来の内燃機関用フィルタおよびその再生装置の
構成図

【符号の説明】

１６　　フィルタ １７　　金属パイプ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】排気ガス中に含まれるパティキュレートを
   捕集するとともにその略中央部に金属パイプが配設され
   た内燃機関用フィルタ。
2. 【請求項２】金属パイプは中空構造からなる請求項１記
   載の内燃機関用フィルタ。