JPH04342817A - 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】また、上記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も一部で提案されている
。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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような排気フィ
ルタにおいては、捕集した排気微粒子を焼却除去してフ
ィルタエレメントを再生させる必要がある。この再生は
、例えば排気熱による自然な再生という形で行われたり
、あるいはバーナーや燃料噴射等の強制的な再生手段に
より行われるのであるが、排気温度が低いアイドル等の
運転状態が長時間継続したような場合には再生が不十分
となり、フィルタエレメントが目詰まり状態となって圧
力損失が増大する。従って、このようなときに機関の運
転性悪化を招かないようにするためには、排気フィルタ
と並列に開閉弁を備えたバイパス通路を設けておき、目
詰まり時に該バイパス通路を通して排気を排出し得る構
成とすることが望ましい。

【０００６】しかしながら、上記のようにバイパス通路
や開閉弁を付設すると、排気フィルタ全体が大型化して
しまい、車両へ搭載する上でレイアウト上の制約を受け
易い、という欠点がある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、この発明では、
フィルタエレメントの粗密状態を可変調整することで、
フィルタエレメント内部にバイパス用の流路を形成し得
るようにした。すなわち、この発明に係る内燃機関の排
気フィルタは、排気通路の一部となる円筒状の外筒と、
この外筒の中心部に配設された回転可能な中心軸と、帯
状をなす網目状金属板を渦巻状に緩く巻回し、かつ外周
側端部を上記外筒に、内周側端部を上記中心軸にそれぞ
れ固定してなるフィルタエレメントと、上記フィルタエ
レメントを所望の粗密状態とするように上記中心軸を回
転させるアクチュエータとを備えて構成されている。

【０００８】

【作用】中心軸を中立位置に保った状態では、フィルタ
エレメントを構成する網目状金属板が略均一な渦巻状態
となり、その間隙を排気が通流する際に各部で排気微粒
子が付着捕集される。

【０００９】これに対し、中心軸を網目状金属板の巻き
締め方向に回転すると、網目状金属板の渦巻形状は、中
心部寄りが密で外周側部分が粗の状態に片寄る。逆に中
心軸を網目状金属板の緩み方向に回転すると、渦巻形状
は中心部寄りが粗で外周側部分が密の状態に片寄る。従
って、網目状金属板が粗となった部分で排気が容易に通
流することになる。

【００１０】

【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。

【００１１】図１はこの発明に係る排気フィルタの全体
的構成を示す断面図であって、円筒状をなす外筒２の端
部を覆うように略円錐形をなす入口部３および出口部４
がそれぞれ設けられており、これらによって排気フィル
タのケーシング１が構成されている。上記入口部３には
、側方から排気入口管５が接続され、かつ出口部４には
、側方から排気出口管６が接続されている。つまりケー
シング１を中心として略Ｕ字形に排気が通流するように
なっている。

【００１２】上記外筒２の中央部には、一対の円板状を
なすストッパプレート７，８が適宜な間隔を介して配設
されている。このストッパプレート７，８は、排気が通
流可能なように格子状をなし、かつ外筒２に固定されて
いる。そして、両ストッパプレート７，８の中心部を貫
通して中心軸９が回転可能に支持されている。この中心
軸９は、その一端がケーシング１の出口部４を貫通して
外部に突出しており、ギヤボックス１０を介してアクチ
ュエータとしてのステッピングモータ１１に連係してい
る。

【００１３】上記一対のストッパプレート７，８の間に
は、網目状金属板１２からなるフィルタエレメント１３
が収容されている。上記網目状金属板１２は、例えば図
５に示すように、薄い金属板からなる母材１２´に多数
のスリット１４を交互に形成し、これをスリット１４と
直交する矢印Ａ−Ａ方向へ引き伸ばして図６に示すよう
な菱形の格子状としたものであり、予め細長い帯状に形
成されている。尚、網目状金属板１２として適度なばね
性を有するように母材１２´の材質が選択されている。 そして、この帯状の網目状金属板１２は、図２に示すよ
うに、渦巻状に緩く巻回されており、その外周側端部が
外筒２の内周面に固定されているとともに、内周側端部
が中心軸９に固定されている。また両側縁は、各ストッ
パプレート７，８により覆われている。尚、上記網目状
金属板１２は、触媒を担持した状態となっている。

【００１４】上記の構成においては、中心軸９が中立位
置にある状態では、網目状金属板１２が有するばね性に
よって、該網目状金属板１２が略均等の間隔を持った図
２のような渦巻状となる。従って、排気がこの渦巻形状
の各間隙を通流することになり、その際にカーボン等の
排気微粒子が付着捕集される。

【００１５】尚、このように排気微粒子を付着捕集した
フィルタエレメント１３は、排気温度が高温となったと
きに触媒作用も加わって排気微粒子が燃焼し、再生され
る。また、上記フィルタエレメント１３は付着捕集形式
のものであるから、仮にＡｓｈ成分が付着したとしても
、フィルタエレメント１３の再生後に排気流によって容
易に離脱し、該Ａｓｈ成分に起因する目詰まりが防止さ
れる。

【００１６】一方、中心軸９を網目状金属板１２の緩み
方向（図２において時計回り方向）に回転させると、ば
ね性を有する網目状金属板１２は外周側に片寄ろうとす
る。つまり、図３に示すように、中心部寄りが粗で外周
側部分が密となった渦巻形状を呈する。従って、フィル
タエレメント１３中心部が実質的なバイパス流路となり
、排気の多くはフィルタエレメント１３中心部を通流す
る。

【００１７】逆に、中心軸９を網目状金属板１２の巻き
締め方向（図２において反時計回り方向）に回転させる
と、網目状金属板１２は中心部に片寄ろうとする。つま
り、図４に示すように、中心部寄りが密で外周側部分が
粗となった渦巻形状を呈する。従って、フィルタエレメ
ント１３外周部が実質的なバイパス流路となり、排気の
多くがフィルタエレメント１３外周部を通流する。

【００１８】すなわち、フィルタエレメント１３の再生
が不良で圧力損失が大きくなった場合、あるいは排気微
粒子発生量が少ない運転領域で出力向上を重視する場合
などには、中心軸９を図３もしくは図４のように回転さ
せることで内部バイパス流路を確保でき、大きな圧力損
失を伴わずに排気を通流させることが可能となる。その
ため、再生不良時に圧力損失の増大によって機関の運転
が不調となるようなことがない。また、再生不良で多量
の排気微粒子がフィルタエレメント１３に堆積していて
も、排気の多くがバイパス流路に逃がされることから、
排気微粒子のブローオフが生じにくくなる。尚、フィル
タエレメント１３の再生不良による場合は、図４のよう
に外周部にバイパス流路を形成した方が、フィルタエレ
メント１３に対する外気の冷却作用を避けられる点で好
ましい。

【００１９】次に、図７はこの発明の異なる実施例を示
している。

【００２０】この実施例では、ケーシング１の外筒２内
に２組の格子状ストッパプレート２１，２２，２３，２
４が固定されており、これによって画成される一対の空
間内に、それぞれ網目状金属板１２からなる第１フィル
タエレメント１３Ａ，第２フィルタエレメント１３Ｂが
収容されている。この第１フィルタエレメント１３Ａお
よび第２フィルタエレメント１３Ｂは、その内周側端部
がそれぞれ個別の中心軸９Ａ，９Ｂに固定されていると
ともに、外周側端部が外筒２内周面に固定されている。 また各中心軸９Ａ，９Ｂは、それぞれ一方の端部がケー
シング１端面から外部に突出しており、ギヤボックス１
０Ａ，１０Ｂを介してステッピングモータ１１Ａ，１１
Ｂに連係している。

【００２１】要するに前述した実施例と同様の渦巻状フ
ィルタエレメント１３Ａ，１３Ｂが２個直列に配置され
、かつそれぞれの渦巻形状が個別に制御される構成とな
っている。

【００２２】この実施例の構成においては、前述した実
施例と同様に内部バイパス流路を必要に応じて形成でき
るほか、排気フィルタ全体としての捕集効率を可変調整
することが可能となる。

【００２３】図８は、第１フィルタエレメント１３Ａと
第２フィルタエレメント１３Ｂの渦巻形状の組み合わせ
をまとめて示したものであり、通常の運転状態では、同
図ａのような組み合わせとなる。つまり、第１，第２フ
ィルタエレメント１３Ａ，１３Ｂの各中心軸９Ａ，９Ｂ
が中立状態に位置し、両フィルタエレメント１３Ａ，１
３Ｂともに略均等な間隔の渦巻状をなしている。この状
態では、前述した実施例の場合と同様に、排気が各間隙
を通流する際に排気微粒子の付着捕集が行われるが、そ
の際の捕集効率はそれ程高くない。

【００２４】次に、機関の高負荷時など排気微粒子発生
量が大きいときには、同図ｂに示すような組み合わせと
なる。つまり、一方の第１フィルタエレメント１３Ａが
中心部に片寄った渦巻状に、他方の第２フィルタエレメ
ント１３Ｂが外周部に片寄った渦巻状に制御される。 尚、両者の関係を逆にし、第１フィルタエレメント１３
Ａを外周部に片寄った渦巻状に、第２フィルタエレメン
ト１３Ｂを内周部に片寄った渦巻状にしても良い。この
ような組み合わせでは、第１，第２フィルタエレメント
１３Ａ，１３Ｂが直列に配置されていることから、排気
は必ず渦巻形状の密な部分を通過することになり、排気
微粒子の捕集効率は高くなる。従って、機関高負荷時等
においても排気微粒子の排出が確実に防止される。

【００２５】また再生不良などによりバイパス流路が必
要な場合には、同図ｃあるいは同図ｄに示すような組み
合わせとなる。つまり、第１，第２フィルタエレメント
１３Ａ，１３Ｂの双方を中心部もしくは外周部へ片寄ら
せた状態となる。これによって、排気は渦巻形状の粗の
部分を流れ、圧力損失が軽減される。

【００２６】

【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、渦巻状をな
すフィルタエレメントの中心軸を回転させ、その渦巻形
状を変化させることによって、フィルタエレメント内部
に必要に応じてバイパス流路を形成することができる。 従って、例えばフィルタエレメントの再生が不良な場合
でも内部バイパス流路を通して排気を通流させることが
可能となり、運転性の悪化を回避できる。また外部バイ
パス通路やその開閉弁が不要となるため、比較的小型に
構成でき、例えば車両への搭載が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す断面図。

【図２】そのフィルタエレメントの通常状態における断
面図。

【図３】フィルタエレメントの渦巻形状を変化させた状
態を示す断面図。

【図４】同じく渦巻形状を図３とは逆に変化させた状態
を示す断面図。

【図５】網目状金属板の形成方法を示す説明図。

【図６】網目状金属板の要部拡大図。

【図７】この発明の異なる実施例を示す断面図。

【図８】この実施例における第１フィルタエレメントと
第２フィルタエレメントとの渦巻形状の組み合わせを示
す説明図。

【符号の説明】

２…外筒 ７，８…ストッパプレート ９，９Ａ，９Ｂ…中心軸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　排気通路の一部となる円筒状の外筒と
   、この外筒の中心部に配設された回転可能な中心軸と、
   帯状をなす網目状金属板を渦巻状に緩く巻回し、かつ外
   周側端部を上記外筒に、内周側端部を上記中心軸にそれ
   ぞれ固定してなるフィルタエレメントと、上記フィルタ
   エレメントを所望の粗密状態とするように上記中心軸を
   回転させるアクチュエータとを備えてなる内燃機関の排
   気フィルタ。