JPH04339120A - 内燃機関の排気ガス微粒子浄化装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の排気ガス微
粒子浄化装置、特にディーゼル内燃機関に好適な排気ガ
ス微粒子浄化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼル内燃機関では、排出される排
気ガス中にカーボンを主成分とする微粒子（パーティキ
ュレート）が含まれているので、これを除去するために
排気管に微粒子浄化装置を設けている。そして、この浄
化装置としては排気管の途中に筒状のフィルタ収納容器
を介設し、この中にフィルタを収納した装置が一般に用
いられている。

【０００３】図９および図１０はこの種の浄化装置の代
表例を示すもので、排気管に設けた収納容器３内には多
孔質のセラミックよりなるハニカム構造体のフィルタ４
が収納されている。フィルタ４は隔壁４１にて仕切られ
た互いに平行な多数の排気ガス通路４２を有している。 そして排気ガス通路４２のうち、交互の位置にある排気
ガス通路４２ａはその排気ガス流入側の開口が閉じられ
ており、残りの交互の位置にある排気ガス通路４２ｂは
排気ガス流出側の開口が閉じられている。

【０００４】このフィルタ４は図１０に示すように、排
気管２の収納容器３内に、シール部材７およびクッショ
ン部材８を介在せしめて収納されている。そして、排気
ガスは排気ガス通路４２ｂに入り、多孔質の隔壁４１を
横切って排気ガス通路４２ａに入って流出される。しか
して排気ガス中のパーティキュレートは、排気ガス通路
４２ｂを通り隔壁４１を横切る過程で隔壁４１に付着し
捕集されるのである。

【０００５】ところで、この種のフィルタ４では、パー
ティキュレートの捕集が進むにつれて隔壁４１には次第
に目づまりが生じる。そこで、フィルタ４にヒータ線等
の着火手段６を設け、捕集量が所定量に達したときに捕
集パーティキュレートを着火せしめ燃焼除去してフィル
タ４を再生することが行なわれている。

【０００６】ところが、フイルタ再生時、フィルタ４の
中心部と、容器３へ熱放散される周辺部との間には大き
な熱勾配が生じる。図１１はフィルタ再生時における中
心部および周辺部の温度の経時変化を示すものである。 中心部の最高温度Ｔ１　と周辺部の温度との間には大き
な温度差△Ｔ１　が生じる。図１２は、この温度勾配に
ついて発明者の実験結果を示すものである。実験に用い
たフィルタは、コージェライト質セラミックのハニカム
構造体で、直径１４０ｍｍ、軸長１３０ｍｍ、容積２ｌ
、セル数（排気ガス通路数）１５０、隔壁厚０．４５ｍ
ｍである。 図示のように、実験品の半径を１．０とした場合、中心
から周辺に向かって半径０．６程度の部分までは中心と
大きな温度差はないが、これより周辺側では収納容器を
介して放熱するため急激に温度が低下する。しかして中
心部では容損が、中間部ではクラックが周辺部ではパー
ティキュレートの燃え残りが生じるおそれがある。

【０００７】この問題に対する対策の１つとして、フィ
ルタ中心部の所定範囲で、隔壁厚を周辺部よりも厚くす
ることが提案されている（実開昭５９−１５２１１９号
）。これは、フィルタの中心部において熱容量を大きく
し、再生時における温度の急上昇を防ぐことを狙ったも
のであるが、隔壁厚が段状に変化する境界部分で熱容量
の急変により温度差が生じ、熱損傷の原因となるおそれ
がある。

【０００８】また、フィルタの排気ガス流入側の中心部
では、開放されている排気ガス通路の開口を閉塞し、中
心部に排気ガスが流入しないようにする手段が提案され
ている（実開平２−１１５９０８号）。この手段ではフ
ィルタの中心部ではパーティキュレートは全く捕集され
ないため、再生時には逆に周辺部の方が高温となって境
界部分で大きな温度勾配が生じるという問題がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の実情に
鑑みてなされたもので、排気ガス通路の排気ガス流入側
および流出側の端部が交互に閉じられたハニカム構造の
フィルタを備えた排気ガス微粒子浄化装置において、フ
ィルタ再生時におけるフィルタを損傷を防ぎ、かつフィ
ルタ周辺部でパーティキュレートの燃え残りがなく再生
を良好ならしめることを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、図１ないし図
３に例示するように、排気ガス流入側が閉じられた排気
ガス通路４２ａと、排気ガス流出側が閉じられた排気ガ
ス通路４２ｂが交互に配列する多孔質のハニカム構造体
よりなるフィルタ４を備え、フィルタ４にはパーティキ
ュレート着火手段６を設けた排気ガス微粒子浄化装置に
おいて、排気ガス流入側の中心部Ａに位置する排気ガス
通路４２ｂの開口を、パーティキュレートが流通し得る
細孔を有する栓部材５にて閉じ、もってフィルタ４の中
心部へ流入する排気ガス量を制限することで、中心部Ａ
におけるパーティキュレート捕集量を周辺部Ｂよりも少
なくしたことを特徴とする。

【００１１】栓部材５を施す上記中心部Ａと、その周辺
部Ｂとの境界は、例えば栓部材５が施されていないフィ
ルタにおいて図１２に示されるように径方向の温度勾配
が急変する個所で決められる。栓部材５の多孔率は、再
生時に中心部と周辺部とで径方向の温度差が可及的に小
さくなるように決められる。

【００１２】

【実施例】図１ないし図３に本発明の第１の実施例を示
す。図１に示すように、ディーゼル内燃機関１の排気管
２は途中で分岐し、一方の排気管２Ａは中間部を大径と
してフィルタ収納容器３を形成し、その中にフィルタ４
が収納してある。他方の排気管２Ｂにはこれを開閉する
バルブ２０が設けてある。

【００１３】フィルタ４はコージェライト質セラミック
よりなる多孔質の円柱状ハニカム構造体で、互いに平行
に配列する多数の排気ガス通路４２を有しており、交互
に位置する排気ガス通路４２ａは排気ガス流入側の開口
が閉塞してあり、交互に位置する他の排気ガス通路４２
ｂは排気ガス流出側の開口が閉塞してある。閉塞部４３
はコージェライトの他、例えばスミセラム、アロンセラ
ミック（商品名）等のセラミック系接着剤を排気ガス通
路４２ａ、４２ｂの開口に充填することにより形成する
。このフィルタ４はセラミック材料を押出成形し、開口
を上記接着剤で閉じ焼成することにより得られる。

【００１４】フィルタ４には更に、排気ガス流入側の端
面の中心部Ａ（図１）にある排気ガス通路４２ｂの開口
に、排気ガス中のパーティキュレートが通過できる大き
さの複数の貫通細孔５１を有する栓部材５が設けてある
。この栓部材５は、例えば焼成前のコージェライトにカ
ーボン繊維あるいは他の可燃性繊維を混合して排気ガス
通路４２ｂの開口に充填し、焼成して上記繊維を燃焼さ
せることにより形成される。フィルタ４の排気ガス流入
側の端面には、パーティキュレート着火手段たるヒータ
線６が張設してある。

【００１５】上記の構成を有するフィルタ４は、図１お
よび図３に示すように、排気管２Ａに形成した収納容器
３に収納される。この場合フィルタ４の外周と容器３と
の間には、気密性を保つためにシール部材７が、またフ
ィルタ４の振動による破損を防ぐためにクッション部材
８がそれぞれ介設される。

【００１６】内燃機関１から排気されたパーティキュレ
ートを含む排気ガスは、図３の矢印で示すようにフィル
タ４の排気ガス通路４２ｂに流入し、多孔質の隔壁４１
を横切って排気ガス通路４２ａに入り、通路４２ａの開
放された後端開口から流出する。そして排気ガス中のパ
ーティキュレートは、排気ガス通路４２ｂを通り、隔壁
４１を通過する過程で隔壁４１に捕集される。この場合
、フィルタ４の中心部Ａにある排気ガス通路４２ｂは入
口側に上記栓部材５が設けてあるから排気ガス流入抵抗
は周辺部Ｂよりも大きくなり、排気ガス流入量ならびに
パーティキュレート捕集量は周辺部Ｂにおけるよりも少
なくなる。なお、この間分岐管２Ｂのバルブ２０は閉じ
てある。

【００１７】パーティキュレートの捕集が進み、フィル
タ４の前後の排気ガスの差圧が所定値に達すると、ヒー
タ線６に通電しフィルタ４の排気ガス流入側の端部に付
着したパーティキュレートを着火燃焼させる。燃焼はフ
ィルタ４の後流に捕集されているパーティキュレートへ
と燃え広がり、捕集パーティキュレート全体が燃焼除去
され、フィルタ４は再生される。この間、バルブ２０を
開いて排気ガスを分岐管２Ｂから流出せしめフィルタ４
のパーティキュレートの燃焼が排気ガスの通過により阻
害されるのを防ぐ。

【００１８】図４は、フィルタ４の再生時における中心
部Ａおよび周辺部Ｂの温度の経時変化を示すものである
。従来のフィルタの対応図（図１１）と比べて明かなよ
うに、再生の全過程において、中心部Ａと周辺部Ｂの温
度は近似した値となる。これは熱が放散されにくいフィ
ルタ中心部Ａでは捕集パーティキュレートを相対的に少
量として燃焼熱量を小さくし、熱が放散されやすいフィ
ルタ周辺部Ｂでは捕集パーティキュレートを相対的に多
くし燃焼熱量を大きくした結果によるものである。

【００１９】図５は、本発明のフィルタについて、再生
時における径方向の温度勾配を調べた実験結果を示すも
のである。実験品としては、上記した図１２に示す実験
に用いたと同型のフィルタ（直径１４０ｍｍ、軸長１３
０ｍｍ、容積２ｌ、セル数１５０、隔壁厚０．４５ｍｍ
）の排気ガス流入側の中心部にある開口に、多孔質の栓
部材５を設けたフィルタを用いた。上記中心部の領域は
、図１２において温度勾配が急変する位置、即ちフィル
タ径の０．６倍の径の円形範囲とした。また、栓部材５
の多孔率は、中心部におけるパーティキュレート捕集量
が周辺部のそれのほぼ１／２となる値に設定した。図５
より知られるように、フィルタ再生時の径方向の温度は
フィルタ中心から周辺までほぼ一定となった。

【００２０】しかして、本発明によれば、再生時におけ
るフィルタの周辺部温度をパーティキュレートの燃え残
りのない温度にすることができ、同時に中心部の温度を
フィルタに溶損が生じない温度におさえることができる
。また、径方向の温度分布に段差がないから、フィルタ
にクラック等の損傷が発生するおそれは全くない。

【００２１】図６は本発明の第２の実施例を示すもので
ある。排気ガス流出側が閉塞部４３にて閉じられた排気
ガス通路４２ｂのうち、フィルタ中心部Ａにある通路の
排気ガス流入側には、上記第１の実施例における細孔よ
りも径の大きい単孔５１を有する栓部材５が設けてある
。他の構造は第１の実施例と同じである。本実施例では
栓部材５の構造が簡素となる。

【００２２】図７は本発明の第３の実施例を示すもので
ある。本実施例では、フィルタ４の中心部の排気ガス通
路４２ｂの排気ガス流入側には第１の実施例と同様に多
孔性の栓部材５が設けてあるが、中心部の中心領域Ａ１
　と外周領域Ａ２とで栓部材５の多孔率に差があり、外
周領域Ａ２　の多孔率が大きくなっている。他の構造は
第１の実施例と同じである。本実施例では、フィルタ再
生時におけるフィルタ中心部Ａ１　、Ａ２　から周辺部
Ｂに至る温度勾配を第１の実施例よりも更に小さくする
ことができる。

【００２３】図８は本発明の第４の実施例を示すもので
ある。本実施例と第１の実施例との相違点は、本実施例
では栓部材５を、排気ガス流入側が閉塞部４３で閉じら
れている排気ガス通路４２ａの排気ガス流出側に設けた
ことである。

【００２４】本実施例において、排気ガスは流入側が開
放された排気ガス通路４２ｂに入り、隔壁４１を横切っ
て排気ガス通路４２ａに入り、栓部材５を通過して流出
する。本実施例においても、フィルタ中心部におけ排気
ガスの流入量が制約され、第１の実施例と同様の作用効
果を奏する。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の排気ガス
浄化装置では、フィルタに捕集された排気ガス中のパー
ティキュレートを燃焼させてフィルタを再生するとき、
フィルタの温度を中心から周辺にかけてほぼ一定の温度
とすることができ、従ってフィルタの周辺部における捕
集パーティキュレートを燃え残しなく燃焼することがで
き、かつ中心部の加熱を防いで容損が生じるおそれをな
くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の全体図である。

【図２】図１に示す装置におけるフィルタの排気ガス流
入側の端面を示すもので（Ａ）は全体図、（Ｂ）および
（Ｃ）はそれぞれ（Ａ）のＣ部およびＤ部の拡大図であ
る。

【図３】図１の要部拡大断面図である。

【図４】本発明装置におけるフィルタ再生時のフィルタ
温度の経時変化を示す図である。

【図５】本発明装置におけるフィルタ再生時のフィルタ
径方向の温度勾配を示す図である。

【図６】本発明の第２の実施例におけるフィルタの排気
ガス流入側の端面を示すもので、（Ａ）は全体図、（Ｂ
）および（Ｃ）はそれぞれ（Ａ）のＣ部およびＤ部の拡
大図である。

【図７】本発明の第３の実施例におけるフィルタの端面
を示すもので、（Ａ）は全体図、（Ｂ）、（Ｃ）および
（Ｄ）はそれぞれ（Ａ）のＣ１　部、Ｃ２　部およびＤ
部の拡大図である。

【図８】本発明の第４の実施例におけるフィルタの要部
断面図である。

【図９】従来の装置に用いられているフィルタの斜視図
である。

【図１０】図９のフィルタを備えた従来装置の断面図で
ある。

【図１１】従来装置のフィルタ再生時のフィルタ温度の
経時変化を示す図である。

【図１２】従来装置のフィルタ再生時におけるフィルタ
径方向の温度勾配を示す図である。

【符号の説明】

１　　内燃機関 ２　　排気管 ３　　収納容器 ４　　フィルタ ４１　　隔壁 ４２，４２ａ，４２ｂ　　排気ガス通路４３　　閉塞部 Ａ　　中心部 Ｂ　　周辺部 ５　　栓部材 ６　　着火手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　内燃機関の排気管の途中に筒状のフィ
   ルタ収納容器を介設し、該容器内に、多孔質の隔壁にて
   仕切られた互いに平行な排気ガス通路を有し、これ等排
   気ガス通路のうち交互の位置にある排気ガス通路はその
   排気ガス流入側の開口を閉じ、残余の交互の位置にある
   排気ガス通路はその排気ガス流出側の開口を閉じたハニ
   カム構造体のフィルタを収納するとともに、フィルタに
   はこれに捕集された排気ガス微粒子を着火燃焼せしめる
   着火手段を具備せしめてなる内燃機関の排気ガス微粒子
   浄化装置において、排気ガス流入側および排気ガス流出
   側のいずれかのフィルタ中心部に位置する排気ガス通路
   の開放された開口に、排気ガスの微粒子の流通を許す細
   孔を有する栓部材を設けたことを特徴とする内燃機関の
   排気ガス微粒子浄化装置。