JPH05202732A - 排気微粒子浄化装置 - Google Patents

排気微粒子浄化装置

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JPH05202732A
JPH05202732A JP4034312A JP3431292A JPH05202732A JP H05202732 A JPH05202732 A JP H05202732A JP 4034312 A JP4034312 A JP 4034312A JP 3431292 A JP3431292 A JP 3431292A JP H05202732 A JPH05202732 A JP H05202732A
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JP
Japan
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filter
filters
exhaust gas
regeneration
particulate
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JP4034312A
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Inventor
Akikazu Kojima
昭和 小島
Shinji Miyoshi
新二 三好
Mitsuo Inagaki
稲垣  光夫
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Soken Inc
Original Assignee
Nippon Soken Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 エンジンの排気ガス通路に複数のフィルタを
並設し、交互に排気微粒子の捕集とフィルタの再生を行
なう排気微粒子浄化装置において、再生時における捕集
微粒子の燃え残りや、異常高温によるフィルタ熱損傷の
ない装置を実現することである。 【構成】 排気ガス通路1の分岐通路1a、1bに設け
るフィルタとして、排気ガス流通孔21の栓詰めパター
ンを相違せしめ等により流通抵抗が異るようにしたフィ
ルタ2A、2Bを用いることにより、再生に最適の微粒
子捕集量となるタイミングをフィルタ2A、2B間にお
いてずらせ、両フィルタ2A、2Bともに最適の微粒子
捕集量で再生を行なうようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はエンジン、特にディーゼ
ルエンジンの排気ガス通路に設けられて、排気ガス中の
微粒子を捕集し、これを燃焼除去する排気微粒子浄化装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ディーゼルエンジンの排気ガス中にはカ
ーボンを主成分とする微粒子が含まれている。この微粒
子を除去して排気ガスを清浄化するために、エンジンの
排気ガス通路の途中にフィルタを設置して排気ガス中の
微粒子を捕集させることが行なわれている。
【0003】ところが、捕集微粒子量が次第に増加する
とフィルタに目づまりが生じ、エンジンの出力を低下さ
せる。そこで、フィルタあるいはフィルタ近接位置に電
気ヒータやバーナ等の微粒子着火手段を設け、フィルタ
の微粒子捕集量が所定値に達したときに捕集微粒子を着
火させて燃焼除去し、フィルタを再生することが行なわ
れている。
【0004】この場合、フィルタ再生中に排気ガスがフ
ィルタを流通すると、排気ガスによる冷却および燃焼炎
の吹き消しで燃焼が不完全になる。そこで、排気ガス通
路に分岐部を形成し、一方の分岐通路にフィルタを設置
し、フィルタ再生中には、他の分岐通路に排気ガスをバ
イパスさせて放出させることがなされている。
【0005】しかしながら、このようにすると、フィル
タ再生中は、他方の分岐通路を経て微粒子を含んだ排気
ガスが放出されることになって好ましくない。そこで、
両分岐通路にそれぞれ同種のフィルタを設置し、一方の
フィルタ再生中は他方のフィルタにより微粒子を捕集せ
しめ、他方のフィルタ再生中は一方のフィルタにより微
粒子を捕集せしめることが行なわれている(例えば特公
昭63−61489号)。これにより、間けつ的に微粒
子を含んだ排気ガスがそのまま放出されるのが防止され
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな排気ガス浄化手段にも次のような問題がある。即
ち、両フィルタにより先ず微粒子捕集を行なうと、両フ
ィルタには同程度に微粒子捕集量が増加して行く。従っ
て、一方のフィルタの微粒子捕集量が所定値に達して再
生を開始すると、これとほぼ同時に、あるいはその直後
に他方のフィルタの微粒子捕集量が所定値に達する。こ
のため、一方のフィルタの再生が終了して、他方のフィ
ルタの再生が開始されるときには、他方のフィルタには
所定値よりも多量の微粒子が捕集されている。特に高
速、高負荷運転においては、所定値よりもかなり多量の
微粒子が捕集されることになる。
【0007】捕集微粒子量と燃焼温度とは強い相関があ
り、微粒子捕集量が多いと、その分、燃焼温度は高くな
る。フィルタとしては通常、耐熱性の多孔質セラミック
体が用いられているが、フィルタ内温度が1000℃程
度以上になるとフィルタにクラックや溶損などの熱損傷
が生じる。一方、燃焼不完全による再生ミスが生じない
ようにするためには燃焼温度を600℃程度以上にする
必要がある。従って、最適燃焼温度範囲、即ち最適微粒
子捕集量範囲は狭い範囲に制限される。このため、一方
のフィルタ再生中に他方のフィルタにおいて所定量を越
えて微粒子捕集が進行すると、他方のフィルタ再生時に
熱損傷が生じてしまう。
【0008】そこで本発明は、複数のフィルタを並設
し、交互に微粒子捕集およびフィルタ再生を行なう排気
微粒子浄化装置において、再生ミスがなく、かつフィル
タに熱損傷が生じない装置を実現することを課題として
なされたものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、排気ガス通路
の各分岐通路に、互いに通気抵抗の異るフィルタを設置
することにより上記の課題を解決するものである。
【0010】各フィルタの通気抵抗を異らしめる手段と
しては、例えば図1(B)に示すように一方のフィルタ
2Aと、他方のフィルタ2Bの排気ガス流通孔21の栓
詰めパターンに差を設ける。あるいは図3に示すように
両フィルタ2A、2Bの排気ガス流通孔隔壁22の厚さ
を変え、また図4に示すように両フィルタ2A、2Bの
排気ガス流通孔21の開口面積を変える。
【0011】また本発明は、フィルタを設置した各分岐
通路の開度を制御する各バルブ手段の微粒子捕集時の開
度を異る開度に設定することにより上記の課題を解決す
るものである。
【0012】例えば図5に示すように、一方のフィルタ
2A側のバルブ手段4aは、フィルタ2Aの微粒子捕集
時における開度を全開に設定し、他方のフィルタ2B側
のバルブ手段4bは、フィルタ2Bの微粒子捕集時にお
ける開度を半開に設定する。
【0013】
【作用】各フィルタの通気抵抗に差を設けることで、各
フィルタの微粒子捕集量が異る。またバルブ手段の開度
を制御して各フィルタへの排気ガス流入量に差をつける
ことで各フィルタの微粒子捕集量は異る。従って、各フ
ィルタにおいて、微粒子捕集量が所定値に達するタイミ
ングをづらせることができ、一方のフィルタ再生開始の
直後に他方のフィルタの微粒子捕集量が所定値に達し、
他方のフィルタ再生開始時の微粒子捕集量が多過となる
事態が回避される。
【0014】
【実施例1】図1は本発明の排気微粒子浄化装置の実施
例を示すもので、図1(A)に示すように、排気管1の
途中に形成した分岐管1a,1bにはそれぞれフィルタ
2A,2Bが設けてあり、図略のディーゼルエンジンか
ら排出された排気ガスはフィルタ2A,2Bを通り、そ
の間に排気ガス中に含まれる微粒子が捕集され、清浄化
された排気ガスが外部に放出されるようになっている。
【0015】フィルタ2A,2Bは耐熱性の多孔質セラ
ミックよりなり、互いに平行な多数の通孔(セル)21
を有するハニカム構造体であり、通孔21の上流側の開
口はほぼ半数が栓詰めされて閉じられており、他の通孔
21は後流側の開口が閉じられている。従って、上流側
が開放された通孔21に入った排気ガスは通孔間の隔壁
22を通過して下流側が開放された通孔21から放出さ
れ、この間に微粒子が捕集される。
【0016】フィルタ2A,2Bの上流側端面にはそれ
ぞれ、フィルタ2A,2Bに捕集された微粒子を着火さ
せるための微粒子着火手段たる電気ヒータ3a,3bが
取り付けてある。また、分岐管1a,1bにはフィルタ
上流側に、排気ガスの流路切替手段たる切替バルブ4
a,4bが設けてある。更に、フィルタ再生時に着火微
粒子を燃焼させるに必要なエアを供給するためのエアポ
ンプ5が設けてある。
【0017】なお、図示は省略したが、本装置は各フィ
ルタ2A,2Bの前後差圧を検出する差圧検出器、およ
び差圧検出器からの信号を受けて、電気ヒータ3a,3
b,切替バルブ4a,4bおよびエアポンプ5を制御す
るマイクロコンピュータ内蔵の制御手段を備えている。
【0018】さて、本装置では、フィルタ2A,2Bと
して、互に通気抵抗を相違させる構造としたものを用い
る。即ち、図((B))において、フィルタ2Aは、周
辺部では通孔(セル)21は開口が一つおきに閉じら
れ、中心部では9セルを1ユニットとして閉じた栓詰め
パターンとしてある。ここで、セル21の上流側と下流
側の開口は栓詰め位置が逆となる。中心部と外周部とで
栓詰めパターンを変えたのは、外周部は中心部よりもフ
ィルタ再生時に熱が逃げやすく微粒子の燃え残りが生じ
やすいことから、外周部の通気抵抗を少なくして微粒子
捕集量を多くし、再生時の発熱を中心よりも大きくする
ようにしたのである。
【0019】一方、他のフィルタ2Bは、周辺部では4
セルを1ユニットとし、中心部では16セルを1ユニッ
トとした栓詰めパターンとしてある。
【0020】この結果、フィルタ2Bの通気抵抗はトー
タルとしてフィルタ2Aよりも大きくなり、従って微粒
子捕集量はフィルタ2Aよりも少なくなる。
【0021】次に本装置の作動を説明する。微粒子捕集
時、切替バルブ4a,4bは共に全開位置(実線図示)
に制御され、排気ガスは両フィルタ2A,2Bを通り捕
集が進行する。このとき、各フィルタ2A,2Bの前後
差圧のデータは差圧検出器から制御手段に送られ、差圧
からフィルタ2A,2Bの微粒子捕集量が演算される。
【0022】この捕集過程において、図2に示すように
通気抵抗の小さいフィルタ2Aの微粒子捕集は、フィル
タ2Bのそれよりも早く進む。そしてフィルタ2Aの捕
集量が所定値Gに達すると、図1(A)の破線で示すよ
うに切替バルブ4aは全閉位置に、切替バルブ4bは全
開位置を保持した位置に制御されるとともに、フィルタ
2Aの電気ヒータ3aに通電され、エアポンプ5からフ
ィルタ2A側にエアが供給される。これによりフィルタ
2Aに捕集された微粒子は着火され、後流側へと燃え広
がって燃焼し、フィルタ2Aが再生される。再生時間は
15〜25分程度である。
【0023】この間、フィルタ2Bにおいては微粒子捕
集が進行し、フィルタ2Aの再生終了時ないしは終了後
に捕集量が所定値Gに達する。このとき、フィルタ2A
側の切替バルブ4aは全開位置(実線図示)に制御さ
れ、切替バルブ4bは全閉位置(破線図示)に制御され
る。同時にフィルタ2Bの電気ヒータ3Bに通電される
とともに、エアポンプ5からフィルタ2B側へエアが供
給される。これによりフィルタ2Aでは微粒子捕集が再
開され、フィルタ2Bでは再生が開始される。
【0024】フィルタ2Bの再生が終了すると、フィル
タ2B側の切替バルブ4bは全開位置に制御され、フィ
ルタ2A,2Bともに捕集モードとなる。以下、図2に
示すタイミングでフィルタ2A,2Bで捕集、再生が繰
り返されるのである。
【0025】しかして、本装置ではフィルタ2A,2B
の栓詰めパターンを変えて通気抵抗に差をつけ微粒子捕
集量を互いに相違させたから、両フィルタ2A,2Bが
同時に所定の微粒子捕集量に達し、あるいは一方のフィ
ルタの再生時に他方のフィルタが所定の微粒子捕集量に
達し、このため一方のフィルタの再生終了時には他方の
フィルタの微粒子捕集量が多過となって、他方のフィル
タの再生で異常高温が生じ、フィルタ損傷を起こすとい
うおそれは全くなくなる。
【0026】なお、フィルタにおける中心部と中心部の
栓詰めパターンの変更は段階状とせず徐々に変更しても
よい。また、微粒子捕集量の推定は、エンジン回転数の
積算値とスロットル開度(エンジン負荷)とから行なう
方法もある。
【0027】
【実施例2】両フィルタ2A,2Bの通気抵抗を相違せ
しめる手段は、上記のように栓詰めパターンを変える以
外に、種種の手段がある。
【0028】図3に示す実施例では、フィルタ2A,2
Bの栓詰めパターンは同一とし、セル隔壁22の厚さに
差を設けている。即ち、フィルタ2Aでは、中心部の隔
壁厚さt2 >周辺部の隔壁厚さt1 とし、フィルタ2B
でも中心部の隔壁厚さt4 >周辺部の隔壁厚さt3
し、t3 >t1 ,t4 >t3 として、フィルタ2Bのト
ータルの通気抵抗をフィルタ2Aのそれよりも小さくし
ている。本実施例も、上記実施例1と同様の作用効果を
奏する。
【0029】
【実施例3】本実施例では、フィルタ2A,2Bの通気
抵抗を相違せしめる手段として、図4に示すように、両
フィルタ2A,2Bのセル数(単位面積当たりのセル
数)に差が設けてある。
【0030】即ち、栓詰めパターンはフィルタ2A,2
Bとも同じとし、フィルタ2Aでは周辺部のセル数(N
ao)>中心部のセル数(Nai)、フィルタ2Bでは
周辺部のセル数(Nbo)>中心部のセル数(Nbi)
とし、両フィルタ2A,2B間ではNao>Nbo,N
ai>Nbiとしてある。
【0031】これによりフィルタ2Bのトータルの通気
抵抗はフィルタ2Aのそれよりも大きく、従ってフィル
タ2Bの微粒子捕集量は少なくなり、上記実施例1と同
様の作用効果を奏する。
【0032】
【実施例4】本実施例は、一方のフィルタ側の切替バル
プと、他方のフィルタ側の切替バルブに、微粒子捕集時
におけるバルブ開度に差をもたせたことを特徴とする。
【0033】図5において、フィルタ2A,2Bとして
同種のフィルタを用いている。フィルタ2A側の切替バ
ルブ4aは微粒子捕集時には全開位置(実線図示)とな
り、フィルタ2B側の切替バルブ4bは微粒子捕集時に
は半開状態(実線図示)となるように設定してある。フ
ィルタ再生時には切替バルブ4a、4bは全閉位置(破
線図示)となる。
【0034】微粒子捕集時、フィルタ2Bではフィルタ
2Aに比べて流入する排気ガス流量が抑えられるから、
微粒子捕集量も少なく、両フィルタ2A,2Bにおいて
捕集量が所定値に達するタイミングにずれがあり、実施
例1と同様の効果を奏する。
【0035】なお、微粒子捕集時におけるフィルタ2B
側の切替バルブ4bの開度は、半開位置に固定してもよ
いし、あるいは捕集時間に応じて変化するようにしても
よい。
【0036】
【実施例5】本実施例の実施例4に対する相違点は、エ
アポンプを省略し、フィルタ再生に必要なエアとして排
気ガスの一部を利用したことである。
【0037】本実施例では、図6に示すように、フィル
タ再生時には、実施例と同様にフィルタ2A側の切替バ
ルブ4aは全開位置(実線図示)となり、フィルタ2B
側の切替バルブ4bは半開位置(実線図示)となる。
【0038】フィルタ2Aの再生時には、切替バルブ4
aは少量の排気ガスを通す状態まで閉じられ(破線図
示)、切替バルブ4bは半開位置(実線図示)が維持さ
れてフィルタ2Bの微粒子捕集が継続される。フィルタ
2Bの再生時には、切替バルブ4bは少量の排気ガスを
通す状態まで閉じられ(破線図示)、切替バルブ4aは
全開位置(実線図示)に維持されフィルタ2Aで微粒子
捕集が行なわれる。
【0039】本実施例は実施例4と同一の効果を奏し、
かつエアポンプを省略したことで装置が簡略化される。
【0040】
【実施例6】本実施例は、各フィルタの電気ヒータをフ
ィルタの後流側に設け、フィルタ再生時のエアポンプか
らのエアをフィルタ後流側から上流側へ流れるようにし
た点において、上記各実施例と相違する。
【0041】図7に示すように、フィルタ2A,2Bに
はその後流端にそれぞれ電気ヒータ3a,3bが設けて
ある。分岐管1a,1bには、それぞれフィルタ上流側
から分岐するバイパス管10a,10bが設けてある。
分岐管1a,1bにはバイパス管10a,10bとの接
続部に切替バルブ4a,4bが設けてある。また、フィ
ルタ後流における分岐管1a,1bの合流部に切替バル
ブ4dが設けてある。エアポンプ5はフィルタ2A,2
Bの後流側にエアから供給するようになっている。
【0042】切替バルブ4aは、フィルタ2Aの微粒子
捕集時にはバイパス管10aを閉じ(実線図示)、フィ
ルタ2Aの再生時には分岐管1aを閉じる(破線図示)
ように設定してある。一方、切替バルブ4bも同様に、
フィルタ2Bの微粒子捕集時にはバテパス管10bを閉
じ(実線図示)、フィルタ2Bの再生時には分岐管1b
を閉じる(破線図示)ように設定してある。切替バルブ
4dは、フィルタ2A,2Bの微粒子捕集時にはやや分
岐管1b側に倒れた位置(実線図示)、フィルタ2Aの
再生時には分岐管1aを閉じる位置(破線バルブ4
1 )、フィルタ2Bの再生時には分岐管1bを閉じる
位置(破線バルブ4d2 )となるように設定してある。
【0043】次に本装置の作動を説明する。フィルタ2
A、2Bの微粒子捕集時、排気ガスはフィルタ2A、2
Bに流入するが、切替バルブ4dの開度はフィルタ2B
側の方が小さいので、フィルタ2Bへの排気ガス流入量
はフィルタ2Aよりも少ない。従って、フィルタ2Aで
先に微粒子捕集量が所定値に達する。このとき、切替バ
ルブ4a、4dはともに分岐管1aを閉じ、フィルタ2
Aの電気ヒータ3aに通電されるとともにフィルタ2A
の後流側にエアポンプ5からエアが供給される。
【0044】フィルタ2Aにて捕集された微粒子は着火
されて上流側へと燃焼し、燃焼ガスがバイパス管10a
を通って放出されることによりフィルタ2Aの再生がな
される。
【0045】フィルタ2Aの再生時にフィルタ2Bでは
微粒子捕集が継続される。フィルタ2Aの再生後、フィ
ルタ2Bの微粒子捕集量が所定値に達すると、切替バル
ブ4b、4dはともに分岐管1bを閉じるとともに、フ
ィルタ2Bの電気ヒータ3bが通電され、エアポンプ5
からフィルタ2Bの後流側にエアが供給され、フィルタ
2Bは上記したフィルタ2Aと同様に再生がなされる。
このときの燃焼ガスはバイパス管10bを通って放出さ
れる。フィルタ2Bの再生時、フィルタ2Aでは切替バ
ルブ4aが分岐管1aを開いて、微粒子捕集に入る。
【0046】しかして本実施例でも両フィルタ2A、2
Bの排気ガス流入量に差をもたせたことにより、上記実
施例と同様の効果が奏される。
【0047】
【実施例7】本実施例では、図8に示すように排気管1
に3本の分岐管1a、1b、1cが形成してあり、それ
ぞれにフィルタ2A、2B、2Cが設けてある。これ等
の通気抵抗は2C>2B>2Aの順としてある。
【0048】微粒子捕集時、各分岐管1a、1b、1c
の切替バルブ4a、4b、4cは全開とされる(実線図
示)。
【0049】フィルタ2Aの微粒子捕集量が先ず所定値
に達すると切替バルブ4aが全閉となる(破線図示)と
ともにフィルタ2Aの電気ヒータ3aが通電され、また
フィルタ2Aにエアポンプ5からエアが供給されること
でフィルタ2Aが再生される。
【0050】次にフィルタ2Bの微粒子捕集量が所定値
に達し、切替バルブ4bが全閉(破線図示)、電気ヒー
タ3bが通電およびフィルタ2Bへのエアポンプ5から
のエア供給によりフィルタ2Bが再生される。
【0051】続いてフィルタ2Cの微粒子捕集量が所定
値に達し、切替バルブ4cが全閉(破線図示)、電気ヒ
ータ3cが通電およびフィルタ2Cへのエア供給により
フィルタ2Cが再生される。なお、各フィルタ2A、2
B、2Cは再生終了後、微粒子捕集に入る。
【0052】本実施例も実施例1と同様の効果を奏す
る。
【0053】
【実施例8】図9に示す実施例において、フィルタ2
A、2Bは同種のフィルタを用いている。そして、切替
バルブ4a、4bは、第1回の微粒子捕集を行なうと
き、切替バルブ2Aのみ全開、切替バルブ4bは全閉
(いずれも実線図示)で、フィルタ2Aの微粒子捕集量
が増加して例えば所定値の1/2程度に達したときに切
替バルブ4bが全開される(破線図示)ように設定して
ある。図は第1回の微粒子捕集時の初期の状態を示す。
【0054】しかして本実施例では、図10に示すよう
に、フィルタ2Aとフィルタ2Bとで微粒子捕集量が所
定値Gに達するタイミングがずらすことができ、実施例
1と同様の効果が奏せられる。
【0055】
【発明の効果】しかして本発明によれば、複数のフィル
タを並設し、交互に排気微粒子捕集およびフィルタ再生
を行なう排気微粒子浄化装置において、すべてのフィル
タを最適微粒子捕集量で再生を行なうことができるか
ら、再生ミスやフィルタの熱損傷なく各フィルタを再生
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例装置の全体断面およびフィ
ルタの構造を示す図である。
【図2】上記第1実施例装置の作動を説明する図であ
る。
【図3】本発明の第2実施例装置のフィルタの構造を示
す図である。
【図4】本発明の第3実施例の装置のフィルタの構造を
示す図である。
【図5】本発明の第4実施例装置の断面図である。
【図6】本発明の第5実施例装置の断面図である。
【図7】本発明の第6実施例装置の断面図である。
【図8】本発明の第7実施例装置の断面図である。
【図9】本発明の第8実施例装置の断面図である。
【図10】上記第8実施例装置の作動を説明する図であ
る。
【符号の説明】
1 排気ガス通路 1a、1b、1c 分岐通路 2A、2B、2C フィルタ 3a、3b、3c 微粒子着火手段(電気ヒータ) 4a、4b、4c、4d バルブ手段(切替バルブ) 5 エアポンプ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジンの排気ガス通路の途中の分岐通
    路にそれぞれ設置されて排気ガス中の微粒子を捕集する
    複数のフィルタと、各フィルタに設けられてフィルタに
    て捕集された微粒子を着火燃焼させてフィルタを再生す
    る微粒子着火手段と、各分岐通路に設置されて各分岐通
    路への排気ガスの流入を制御するバルブ手段を備え、上
    記フィルタのいずれかの微粒子捕集量が所定値に達した
    ときに該フィルタを再生せしめる排気微粒子浄化装置に
    おいて、各分岐通路に互に通気抵抗の異るフィルタを設
    置したことを特徴とする排気微粒子捕集装置。
  2. 【請求項2】 エンジンの排気ガス通路の途中の分岐通
    路にそれぞれ設置されて排気ガス中の微粒子を捕集する
    複数のフィルタと、各フィルタに設けられてフィルタに
    て捕集された微粒子を着火燃焼させてフィルタを再生す
    る微粒子着火手段と、各分岐通路に設置されて各分岐通
    路への排気ガスの流入を制御するバルブ手段を備え、上
    記フィルタのいずれかの微粒子捕集量が所定値に達した
    ときに該フィルタを再生せしめる排気微粒子浄化装置に
    おいて、各フィルタの微粒子捕集時における各バルブ手
    段の開度を異る開度に設定したことを特徴とする排気微
    粒子浄化装置。
JP4034312A 1992-01-24 1992-01-24 排気微粒子浄化装置 Withdrawn JPH05202732A (ja)

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JP (1) JPH05202732A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07259536A (ja) * 1994-03-17 1995-10-09 Calsonic Corp 内燃機関の排気微粒子処理装置

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JPH07259536A (ja) * 1994-03-17 1995-10-09 Calsonic Corp 内燃機関の排気微粒子処理装置

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