JPH0511293Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案はデイーゼル機関の排気微粒子除去装置
に関する。

〔従来の技術〕

デイーゼル機関の排気ガス中には炭化化合物か
らなる可燃性の微粒子、すなわちパテイキユレー
トが含まれており、このパテイキユレートが大気
に放出されると大気汚染をひき起こす。そこで従
来、デイーゼル機関には、パテイキユレートが大
気に放出されるのを阻止するために排気通路内に
パテイキユレート捕集用フイルタが配設され、こ
のフイルタに蓄積したパテイキユレートを定期的
に燃焼除去している。

パテイキユレートを燃焼除去する装置として、
吸気系に生じるエンジン負圧によりフイルタの下
流側から空気を導いてバーナによりパテイキユレ
ートを燃焼させ、この再生ガスを吸気系に循環さ
せるものが、特開昭59−77022号公報に開示され
ている。ところがこの従来装置は、このように２
次空気を必要とするバーナによりフイルタ再生を
行なうようになつているため構成が複雑であると
いう問題を有する。また、再生時にフイルタ近傍
に空気の逆流を生じさせるためにフイルタの上流
側と下流側にそれぞれバルブを必要とするが、こ
れらのバルブの閉塞状態が不充分であると空気逆
流が生じ難く、フイルタ再生が困難となるという
問題を生じる。さらに、再生ガスを吸気系に循環
させると、この再生ガス中の微粒子が燃焼室内に
導入されることになるのでこの微粒子によつてシ
リンダ内壁の摩擦を生じるおそれがあり、またセ
ラミツクフイルタの場合、セラミツクの破片が吸
気弁と弁座の間に挟まつて、これらを傷つけるお
それがある。

〔考案が解決しようとする問題点〕

本出願の出願人は、先願（特願昭61−52582号）
において、フイルタを確実に再生し、エンジンの
耐久性を損なうことのない排気微粒子除去装置を
提案した。この排気微粒子除去装置は、デイーゼ
ル機関の排気通路に設けられ、微粒子の捕集時に
おける排気ガス流動方向の上流側に入口部を向
け、排気ガス流動方向の下流側に出口部を向けた
ハニカム形のフイルタと、このフイルタの出口部
に近接して設けられたヒータと、上記フイルタの
上流側と下流側とを連通させる通路を開閉する第
１バルブと、上記フイルタの入口端部の近傍を排
気管に連通させる通路を開閉する第２バルブとを
備えたものである。上記第１および第２バルブ
は、微粒子の捕集時、閉弁して排気ガスを上記フ
イルタの入口部から出口部へ流動させ、フイルタ
の再生時、開弁して上記フイルタ内の排気ガスを
上記出口部から入口部へ流動させる。

本考案は、この排気微粒子除去装置を更に改良
するものである。即ち、ヒータの能力（電力）が
高い場合は再生時高温のガスがフイルタ壁を通つ
て十分流れ、壁の反対側に存在している捕集パテ
イキユレートを十分着火させるだけの能力を有す
る。しかし、そのためにヒータ電力を高くする必
要がある。本考案では、小電力の電気ヒータにて
フイルタに捕集されているパテイキユレートを確
実に着火させるような構造にするものである。

（問題点を解決するための手段） 本考案によれば、デイーゼル機関の排気通路に
設けられ、排気微粒子の捕集時における排気ガス
流動方向の上流側に入口部を向け、該排気ガス流
動方向の下流側に出口部を向けたハニカム形フイ
ルタと、このフイルタの出口部に近接して設けら
れた電気ヒータと、上記フイルタの上流側と下流
側とを連通させる通路を開閉する第１バルブと、
上記フイルタの入口部の近傍を排気管に連通させ
る通路を開閉する第２バルブとを備え、上記第１
バルブ及び第２バルブは排気微粒子の捕集時、閉
弁して排気ガスを上記フイルタの入口部から出口
部へ流動させ、フイルタの再生時、開弁して上記
フイルタ内の排気ガスを上記出口部から入口部へ
流動させるように構成すると共に、上記フイルタ
は、略平行な多数の通路部を規定するフイルタ基
材で構成され、各通路部の一端が開放され、他端
が栓で閉塞され、該栓が交互に配置されて構成さ
れ、電気ヒータを配設した前記フイルタの出口部
のフイルタの栓に小径の貫通孔を形成しフイルタ
内部と連通させたことを特徴とするデイーゼル機
関の排気微粒子除去装置が提供される。

〔作用〕

排気微粒子の捕集時は、排気ガスがフイルタの
一側より流入し、微粒子がハニカムフイルタの内
部壁面に付着される。その一部は貫通孔の内部及
び電気ヒータの周囲に付着される。再生時は、ヒ
ータへの通電によりヒータ周辺の微粒子を着火
し、更に高温ガスが小径の貫通孔を通つて微粒子
が付着しているフイルタ内部に流入し微粒子を容
易に着火・燃焼させる。

〔実施例〕

以下図示実施例により本考案を説明する。

第１図はフイルタ再生時、第５図はパテイキユ
レート捕集時をそれぞれ示す。ハウジング１１内
には上流仕切壁１２と下流仕切壁１３が設けられ
る。上流仕切壁１２は入口ポート１８側に位置す
るハウジング上壁１１ａから出口ポート２２へ向
かつて延び、ハウジング右壁１１ｂとの間に第１
通路１４が形成される。また下流仕切壁１３は出
口ポート２２からハウジング左壁１１ｃに沿つて
延び、このハウジング左壁１１ｃとの間に第２通
路１５が形成される。ハニカム形フイルタ１６は
上流仕切壁１２と下流仕切壁１３の間に挿入さ
れ、パテイキユレート捕集時における排気ガス流
動方向の上流側（図中、下方）に入口部１６ａを
向け、この排気ガス流動方向の下流側（図中、上
方）に出口部１６ｂを向けて配置される。電気ヒ
ータ１７はフイルタ１６の出口部１６ｂにほとん
ど接触して設けられる。

第１通路１４の上流側には、排気ガスが流入す
る入口ポート１８が形成され、また上流仕切壁１
２のハウジング上壁１１ａに近接する部分には孔
１９が穿設される。この孔１９は第１バルブ２１
により開閉される。この第１バルブ２１は、パテ
イキユレート捕集時、第５図に示すように閉弁し
ているが、フイルタ再生時、第１図に示すように
開弁する。第１通路１４および第２通路１５の下
流側に形成される出口ポート２２は排気管（図示
せず）に連通し、この出口ポート２２は第１通路
１４の下流側部分は第２バルブ２３により開閉さ
れる。第２バルブ２３は、パテイキユレート捕集
時、第５図に示すように閉弁しているが、フイル
タ再生時、第１図に示すように開弁する。第２バ
ルブ２３が開弁すると、フイルタ１６の入口部１
６ａの近傍が排気管に直接連通することとなる。

第１および第２バルブ２１，２３はそれぞれダ
イアフラム装置３１，３２により開閉駆動され
る。ダイアフラム装置３１は、シエル３３内をダ
イアフラム３４により区画して変圧室３５を形成
するとともに、この変圧室３５にばね３６を設け
て構成される。ダイアフラム３４はピン３７に回
転自在に取付けられたアーム３８の一端に連結さ
れ、このアーム３８の他端は第１バルブ２１に連
結される。また変圧室は負圧切換弁３９を介して
負圧もしくは大気圧を選択的に導かれるようにな
つている。しかして変圧室３５に大気圧が導かれ
る時、第５図に示すように、ダイアフラム３４は
ばね３６に押圧されて変圧室３５の容積が大きく
なる方へ変位し、これにより、第１バルブ２１は
孔１９を閉塞する。これに対し、変圧室３５に負
圧が導かれる時、第２図に示されるように、ダイ
アフラム３４はばね３６を圧縮して変位し、これ
により、第１バルブ２１は孔１９を開放する。

第２バルブ２３を駆動するダイアフラム装置３
２もダイアフラム装置３１と全く同じ構成を有
し、ダイアフラム４１はロツド４２を介して第２
バルブ２３に連結され、また変圧室４３には負圧
切換弁４４を介して負圧もしくは大気圧が選択的
に導かれる。

フイルタ１６に堆積するパテイキユレートの量
が増大してこのフイルタ１６を再生する必要が生
じたことを検知するため、第１通路１４および第
２通路１５にそれぞれ圧力センサ４５，４６が設
けられ、また第１通路１４内であつて圧力センサ
４５の下流側に温度センサ４７が設けられる。こ
れらの圧力センサ４５，４６により検出されたフ
イルタ１６による圧力損失が所定値を越えるとフ
イルタ１６の再生制御が開始される。この所定値
はエンジン回転数およびエンジン負荷に対して変
化する。

再生制御の開始時、まず負圧切換弁３９，４４
が切換えられてダイアフラム装置３１，３２の各
変圧室３５，４３に負圧が導かれ、この結果、第
１および第２バルブ２１，２３がそれぞれ孔１９
および出口ポート２２を開放する。このとき大部
分の排気ガスは第１通路１４から第２バルブ２３
を通つて直接排気管へ排出され、あるいは孔１９
を通過し、第２通路１５へ流動して排気管へ排出
される。そして一部の排気ガスは孔１９から電気
ヒータ１７側へ流れ、フイルタ１６を通過して第
２バルブ２３から排気管へ排出される。次いで電
気ヒータ１７が発熱し、このヒータ１７の最も近
くにおいてフイルタ１６上に堆積しているパテイ
キユレートがまず着火され、そして火災が下流に
向けて徐々に燃え広がる。しかしてフイルタ１６
上に堆積した全パテイキユレートが燃焼し、フイ
ルタ１６の再生が完了する。この後、負圧切換弁
３９，４４が切換えられてダイアフラム装置３
１，３２の変圧室３５，４３に大気圧が導かれ、
第１および第２バルブ２１，２３が閉弁する。

第２図、第３図および第４図は、電気ヒータ１
７を配設したハニカム形フイルタ１６の端面の構
造、及び再生時におけるフイルタ１６上のパテイ
キユレートＰの燃焼状態を示すものである。

ハニカム形フイルタ１６は図示のように平行な
多数の通路部を規定するフイルタ基材１６ｃで構
成され、入口部１６ａ又は出口部１６ｂから見る
と蜂の巣状に見える。各フイルタ基材１６ｃの出
口部１６ｂには１つおきにフイルタ通路を塞ぐよ
うな栓１６ｄが設けられ、一方入口部１６ａには
栓１６ｄで閉じられていないフイルタ基材１６ｃ
の通路を塞ぐように栓２４（第１図、第５図）が
設けられている。そして、出口部１６ｂの栓１６
ｄには小径（例えば0.1〜0.5mmφ）の貫通孔１６
ｅが形成され、フイルタ１６の内部と連通してい
る。このように小径の貫通孔１６ｅを設けること
により、第２図、第３図に示すように、排気ガス
中のパテイキユレートはガス流のよどみである栓
１６ｄの周辺、貫通孔１６ｅの内部及び出口側
（電気ヒータ１７がある場所）に捕集、堆積する。

第２図、第３図は再生の開始時を示し、この時
パテイキユレートＰは上述のように栓１６ｄの周
囲から貫通孔１６ｅの出口側、即ち電気ヒータ１
７のある部分にまで存在する。排気ガスは矢印に
沿つて出口部１６ｂからフイルタ１６内に流入
し、フイルタ基材１６ｃの裏面からパテイキユレ
ートＰの堆積している面へ通過して、入口部１６
ａ（第１図および第５図）へ流出する。パテイキ
ユレートＰは第２図、第３図、第４図に示すよう
に、電気ヒータ１７に近接するものから着火さ
れ、次いで貫通孔１６ｅの内部のパテイキユレー
ト、更に徐々に燃焼して除去される（第４図）。

一方、パテイキユレートの捕集時、第１および
第２バルブ２１，２３に開弁しており、全ての排
気ガスは、第１図に示すようにフイルタ１６の入
口部１６ａから出口部１６ｂへ流れ、ヒータ１７
を通つて第２通路１５から排気管へ流出する。

第１および第２バルブ２１，２３と電気ヒータ
１７は電子制御ユニツト５０の出力信号に基いて
制御される。第５図に示すように、電子制御ユニ
ツト５０はマイクロコンピユータからなり、中央
演算処理装置（CPU）５１、リードオンリメモ
リ（ROM）５２、ランダムアクセスメモリ
（RAM）５３、Ａ／Ｄ変換器５４、および入出
力（Ｉ／Ｏ）ポート５５を有し、これらはバスラ
イン５６により相互に接続される。Ａ／Ｄ変換器
５４には、圧力センサ４５，４６、温度センサ４
７および負荷センサ４８が接続される。Ｉ／Ｏポ
ート５５には、回転数センサ４９が接続され、ま
た駆動回路５７を介して負圧変換弁３９，４４お
よび電気ヒータ１７が接続される。負荷センサ４
８は図示しない燃焼噴射ポンプのレバーに取付け
られ、アクセルペダルに連動するこのレバーの開
度を検出するものであり、この開度の大きさを負
荷の大きさとして検知する。一方、回転数センサ
４９はエンジン回転数を検出する。

第６図および第７図は電子制御ユニツト５０に
より行なわれるフイルタ１６の再生制御を示す。

第６図は所定のクランク角毎に行なわれるメイ
ンルーチンを示す。まずステツプ101において再
生条件が成立しているか否かが判別される。この
再生条件は従来行なわれているように、予め
ROM５２に記憶されている、フイルタ１６の圧
力損失のエンジン回転数およびエンジン負荷に対
するマツプを読み、さらにこれを排気ガス温度に
応じて補正することにより求められる。しかして
再生条件が成立すればステツプ102においてフラ
グｆが１にセツトされる。

第７図は一定時間毎（本実施例では200msec
毎）に実行される再生ルーチンを示す。まずステ
ツプ201においてフラグｆが１にセツトされてい
るか否か判別され、フラグｆがセツトされていな
ければこのルーチンはこのまま終了するが、フラ
グｆがセツトされていればステツプ202へ進み、
カウンタＣの値が600以上か否か判別される。カ
ウンタＣは後述するステツプ206を実行する毎に
１ずつ加算され、したがつてステツプ202ではカ
ウンタの加算が始まつてから120秒経過したか否
かが判別される。カウンタＣはプログラムの起動
時に初期設定において０にセツトされており、初
めてステツプ202が実行される時０である。した
がつて、初めはステツプ203へ進み、第１および
第２バルブ２１，２３が開放される。次いでステ
ツプ204ではカウンタＣが150以上か否か、すなわ
ちカウンタの加算が始まつてから30秒経過したか
否か判別される。初めてステツプ204が実行され
る時、カウンタＣは０であり、したがつて初めは
ステツプ205へ進み、電気ヒータ１７が通電され
る。次いでステツプ206においてカウンタＣの値
が１だけ加算され、このルーチンは終了する。

200msec後、再びこの再生ルーチンが実行され
るが、フラグｆがセツトされている場合、ステツ
プ201，202，203，204，205，206が順次実行さ
れ、カウンタＣは１ずつ加算されていく。しかし
てフイルタ１６の再生処理が開始されて30秒経過
すると、カウンタＣが150になるのでステツプ204
において肯定判断され、ステツプ207へ進んで電
気ヒータ１７の通電が停止される。次いでステツ
プ206においてカウンタＣの加算が行なわれ、カ
ウンタＣの値は150を越える。その後、この再生
ルーチンが割込み処理されると、ステツプ210，
202，203，204，207，206の順に実行される。し
かしてフイルタ１６の再生処理が開始されて120
秒経過すると、カウンタＣが600になるのでステ
ツプ202において肯定判断され、ステツプ208にお
いて第１および第２バルブ２１，２３が閉塞され
るとともに、ステツプ209においてフラグｆおよ
びカウンタＣがそれぞれ０にリセツトされる。

なお、電気ヒータ１７を複数個設けて１個ずつ
通電する場合、各電気ヒータ毎にステツプ204，
205，207を実行すればよい。またバルブ２１，２
３の開放時間およびヒータ１７の通電時間は上記
実施例のものに限定されないことはもちろんであ
る。

なお、再生は定期的（例えば、自動車の走行距
離で50〜100Kmごと）に所定時間（例えば、３分
間）づつ実施されるので、捕集時に貫通孔１６ｅ
にたまつた灰分を再生時の逆のガス流により取り
除くことが容易となり、貫通孔１６ｅに灰分がた
まりにくい。

〔考案の効果〕

以上のように本考案によれば、電気ヒータ側の
ハニカムフイルタの栓に小径の貫通孔を設けたの
で、貫通孔を介して電気ヒータの周囲までパテイ
キユレートが付着され、従つて、再生時の着火・
燃焼が容易であり、また貫通孔の内部にあるパテ
イキユレートを燃焼させながらフイルタ内部のパ
テイキユレートへ伝搬するので、着火火災の伝搬
も容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示し、フイルタ再
生時を示す断面図、第２図は第１図ので示す部
分の拡大断面図で再生開始時を示し、第３図は第
２図の部分拡大図、第４図は再生の途中における
フイルタの断面図、第５図は本考案の全体システ
ムを示す図、第６図はメインルーチンを示すフロ
ーチヤート、第７図は再生ルーチンを示すフロー
チヤートである。 １４……第１通路、１５……第２通路、１６…
…フイルタ、１６ａ……入口部、１６ｂ……出口
部、１６ｃ……フイルタ基材、１６ｄ……フイル
タ栓、１６ｅ……小径の貫通孔、１７……ヒー
タ、１９……孔、２１……第１バルブ、２３……
第２バルブ、２４……フイルタ栓。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. デイーゼル機関の排気通路に設けられ、排気微
   粒子の捕集時における排気ガス流動方向の上流側
   に入口部を向け、該排気ガス流動方向の下流側に
   出口部を向けたハニカム形フイルタ１６と、この
   フイルタの出口部に近接して設けられた電気ヒー
   タ１７と、上記フイルタの上流側と下流側とを連
   通させる通路を開閉する第１バルブ２１と、上記
   フイルタの入口部の近傍を排気管に連通させる通
   路を開閉する第２バルブ２３とを備え、上記第１
   バルブ及び第２バルブは排気微粒子の捕集時、閉
   弁して排気ガスを上記フイルタの入口部から出口
   部へ流動させ、フイルタの再生時、開弁して上記
   フイルタ内の排気ガスを上記出口部から入口部へ
   流動させるように構成すると共に、上記フイルタ
   は、略平行な多数の通路部を規定するフイルタ基
   材１６ｃで構成され、各通路部の一端が開放さ
   れ、他端が栓１６ｄで閉塞され、該栓が交互に配
   置されて構成され、電気ヒータを配設した前記フ
   イルタの出口部のフイルタの栓に小径の貫通孔１
   ６ｅを形成しフイルタ内部と連通させたことを特
   徴とするデイーゼル機関の排気微粒子除去装置。