JPH05222913A - 排気ガス浄化システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ディーゼルエンジンの排気ガス中の微粒子を
捕集するフィルタの再生燃焼の際に、フィルタの一部に
過度の温度上昇が生じるのを回避して、フィルタの熱損
傷を防止する。 【構成】 フィルタ３に堆積した排気微粒子（パティキ
ュレート）を燃焼除去する際の温度分布を一様化させる
ために、中心部７のセルの栓詰め（閉塞）パターンを変
え、上流側に向って開口する開口セル群１６を９個以上
集結させる場合があるが、中心の開口セルは周囲の閉塞
セルとは隣接していなくても、排気の慣性等によって微
粒子が堆積し、再生燃焼の際に異常高温をもたらすの
で、中心の開口セルの上流側端を閉塞して閉塞セル１７
とする。

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の排
気ガス微粒子（以下パティキュレートと称する）の浄化
システムに関し、特にパティキュレートを捕集するフィ
ルタの改良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管には、排気
ガス中のカーボン粒子等のパティキュレートを捕集して
排気ガスを浄化するシステムが設置してあり、その一例
を図２によって説明する。図２に示すように、ディーゼ
ルエンジンの排気ガス浄化システムにおいては、エンジ
ン１の排気管２の中間部を大径として内部にセラミック
製のパティキュレート捕集フィルタ３を設置してある。
フィルタ３にパティキュレートが捕集されてゆくにつ
れ、フィルタ３の前後差圧ΔＰが増大してエンジン１の
出力低下を招くため、捕集したパティキュレートを周期
的に燃焼除去する必要がある。そこで例えばフィルタ３
の上流側端面にヒータ４を設けて、堆積したパティキュ
レートを加熱、燃焼除去（以下再生と称する）してい
る。

【０００３】再生を行う際に、フィルタ中心部温度をフ
ィルタが熱損傷を起こさない温度（約９００℃以下）に
しようとすると、フィルタ外周部では容器を介して外部
に熱が逃げてしまうために、パティキュレート着火温度
（約６５０℃以上）以下に冷却されて燃え残りを生じ、
再生が完全に行なわれないので、圧力損失等によってエ
ンジンに悪影響をおよぼす。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような不具合を解
消するためには、熱の逃げやすい外周部でのパティキュ
レートの燃焼による発熱量を増すように、外周部におけ
るパティキュレートの堆積量を中心部よりも増せば良い
ことが発明者らの実験によって明らかになっているが、
これを実現するためには、図３に示すように、外周部６
と中心部７とで、フィルタ３に形成された小孔（セル）
の上流側端及び下流側端における栓詰め（閉塞）のパタ
ーンを変える方法が考えられる。即ち、中心部７のセル
と外周部６のセルとの間に流入抵抗の差を与え、これに
より外周部６において中心部７よりも多くのパティキュ
レートが捕集されるようにするものである。従来のフィ
ルタ３では、図３（ｃ）に示すように、中心部７の栓詰
めパターンは、１辺３セルで計９個の開口セル群８（各
セルの上流側端が開口し、下流側端が栓詰めされてい
る。）と、同様の計９個の閉塞セル群９（すくなくとも
各セルの上流側端が栓詰めされている。）が交互に隣接
した構成となっている。

【０００５】上述したフィルタ３の栓詰めパターンにお
いては、図４に示すように、エンジンの排気ガスはフィ
ルタ３の開口セル１０ａ，１０ｂおよび１１ａ，１１ｂ
から流入し、ポーラスな壁１２を透過して、隣接する閉
塞セル１４ａ，１４ｂおよび１５ａ，１５ｂから流出す
るが、壁１２を透過することができない固体粒子である
パティキュレートは捕集されて堆積する。

【０００６】開口セル１３は他の開口セル１１ａ及び１
１ｂに取り囲まれているので隣接する閉塞セルを持たな
いが、実際には図５においてＡとして示すように、開口
セル１３内にも、排気ガスの慣性による流入などにより
パティキュレートが捕集されている。このため、再生時
にフィルタ３の中心部は、堆積したパティキュレートの
燃焼が起こる開口セル１１ａ，１３，１１ｂが隣接し、
燃焼域が連続するため、局部的に昇温しやすく、その結
果、フィルタ３にクラックなどの熱損傷を生じやすくな
ることが実験により確かめられた。本発明は、この問題
に対する有効な手段を提供することを、発明の解決課題
とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するための手段として、昇温しやすい中心部において、
閉塞セルと隣接していない開口セルを置換して、閉塞セ
ルとした栓詰めパターンを有するフィルタを提供する。
即ち、本発明によるフィルタの中心部では、１辺ｎセル
で幅１セルの計４（ｎ−１）個からなる環状の開口セル
群と、その開口セル群に囲まれた１個以上の閉塞セルと
から構成される栓詰めパターンを有する。

【０００８】

【作用】１辺ｎセル幅１セルの環状の開口セル群に囲ま
れた１個以上の閉塞セルには、捕集時にパティキュレー
トが捕集されることがないので、再生時に発熱をするこ
とがないのは勿論、パティキュレートが燃焼している周
辺の開口セル群の熱を吸収し、過昇温や急激な昇温・冷
却を緩和、抑制して、クラックなどのフィルタへの熱損
傷を回避することができる。

【０００９】

【実施例】図１は、本発明の第１実施例としてのフィル
タの正面図であり、図１（ａ）は全体を、図１（ｂ）は
図１（ａ）の一部ｂを拡大して示している。フィルタ３
の中心部７は、図１（ｂ）に示すように、開口セルが１
辺３セルで幅１セルの計８個ずつ、互いに隣接して並ん
でいる環状の開口セル群１６と、その開口セル群１６に
囲まれて、それらの開口セルのすべてに隣接する１個の
閉塞セル１７とから構成される。

【００１０】図３に示す従来の栓詰めパターンでは、図
１（ｂ）の閉塞セル１７に相当するセルが上流側に向っ
て開口していたため、このセルにパティキュレートが捕
集されて再生の際に高温を発生したが、第１実施例では
図６に示したようにセル１７が上流側で閉塞されている
ため、その中にはパティキュレートが堆積しないので、
その周辺が再生の時に高温となるのを回避することがで
きる。この結果、図７に示すように、第１実施例では図
３のパターンよりも燃焼ピーク温度を低く抑制すること
ができる。燃焼ピーク温度をフィルタ３に熱損傷を生じ
難い９００℃以下とするパティキュレート堆積重量の最
大値は、従来は７ｇ／ｌ程度であったのに対し、この例
では１０ｇ／ｌ程度にまで引き上げることができるの
で、従来よりも捕集時間を長くすることができる。即
ち、走行距離あたりの再生時間（再生時間は変わらない
ので再生時間／捕集時間の値）を小さくすることができ
る。その結果、図２のように再生時にパティキュレート
を含む排気ガスをパイパスして外気に放出するシステム
では、同じ走行距離で比較した場合にエミッションを低
下することができることになる。

【００１１】図８は、本発明の第２実施例のフィルタを
示したもので、このフィルタ３は図８（ｃ）に示すよう
に中心部７において、１辺４セルで幅１セルの計１２個
の互いに隣接した開口セルからなる環状の開口セル群２
０と、開口セル群１６に囲まれてそれらと隣接する４個
の閉塞セル群２１とを有する栓詰めパターンを備えてい
る。これは、図９の如く、フィルタの中心部７が１辺４
セルで計１６個の開口セルを有する場合（図９（ｃ））
に比べて、中心の４個の開口セル２２の部分にパティキ
ュレートが堆積するのを避けることができるので、第１
実施例と同様に、フィルタ３の中心部７の過昇温を抑制
し、フィルタ３の熱損傷を防止する効果がある。

【００１２】図１０は、第３実施例のフィルタを示すも
ので、第２実施例のフィルタの閉塞セル２１の閉塞栓１
８ａ，１８ｂに着火ヒータ線４を埋込固定したものであ
る。閉塞栓１８ａ，１８ｂが無い場合には閉塞栓１９
ａ，１９ｂによって固定されていたのに対し、閉塞栓１
８ａ，１８ｂによってヒータ線４を固定することによ
り、その固定間隔を短かくすることができるので、ヒー
タ線４の機械的な損傷を生じにくくすることができる。

【００１３】図１１は、第４実施例のフィルタを示すも
ので、外周部６は、図１１（ｂ）に示すように１辺３セ
ル計９個の閉塞セル群２４と、同数の開口セル群２３と
が互いに隣接した栓詰めパターンをとり、中心部７は、
図１１（ｃ）に示すように、１辺３セル計９個の閉塞セ
ル群２４と、１辺３セル計８個の環状に隣接した開口セ
ル群１６及びそれに囲まれた１個の閉塞セル１７が、互
いに隣接した栓詰めパターンをとっている。環状の開口
セル群１６の中に閉塞セル１７を１個設けることによっ
て、フィルタ中心部７のパティキュレート堆積量が抑制
され、第１実施例と同様に過昇温によるフィルタ３の熱
損傷を回避することができる。

【００１４】図１２は、第５実施例のフィルタを示すも
ので、第１実施例（図６）において、閉塞セル７の下流
側端開口部にも閉塞栓２５を設置して、前後とも栓詰め
した全くの閉塞セル１９としたものである。フィルタの
栓詰め工程の一例としては、まずコーディエライト製ハ
ニカムのセル開口端にワックスのような低融点物質を詰
めてマスクし（図１３（ａ）（ｂ））、次に、閉塞栓と
なる部分のワックスを抜き出し（図１３（ｃ））、その
端部をセラミック系充てん材に浸し（図１３（ｄ））、
栓の部分を充てん材によって閉塞したのち、焼成して閉
塞栓を形成する（図１３（ｅ）（ｆ））方法があるが、
この閉塞栓２５（図１２）を設置すれば、ワックスの抜
き出し部分が少なくなり、その分だけ工程が簡単なもの
になる。また、閉塞栓２５によってフィルタ３の機械的
強度も向上する。

【００１５】なお、その他のフィルタ栓詰め工程の一例
としては、コーディエライト製ハニカムのセル開口端
に、耐熱性の接着剤を充てんして閉塞栓を形成する方法
がある。

【００１６】

【発明の効果】本発明を実施することにより、パティキ
ュレートを捕集したフィルタを再生するための燃焼にお
いて、フィルタの中心部で過度に温度が上昇するのを防
止することができ、フィルタの熱損傷を避けることがで
きる。また、フィルタのパティキュレート捕集時間を長
くとることが可能になる反面、再生時間は殆ど同じであ
るから、本発明によるフィルタでは再生時間に対する捕
集時間の比率が高くなる。従って、フィルタを通さない
で排気ガスをバイパスから放出する時間（再生時間）が
相対的に短かくなって、エミッションを低下させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明に係わる排気ガス微粒子浄化シ
ステムの第１実施例のフィルタを示す正面図で、（ｂ）
はその一部拡大図である。

【図２】排気ガス微粒子浄化システムを例示する全体構
成図である。

【図３】（ａ）は従来の排気ガス微粒子浄化システム用
フィルタを例示する正面図で、（ｂ）は外周部の、
（ｃ) は中心部のそれぞれパターンを示す拡大図であ
る。

【図４】従来の排気ガス微粒子浄化システム用フィルタ
を例示する断面図である。

【図５】従来の排気ガス微粒子浄化システム用フィルタ
の問題点を示す断面図である。

【図６】本発明の第１実施例のフィルタの作動状態を示
す断面図である。

【図７】第１実施例の効果を示す線図である。

【図８】（ａ）は本発明の第２実施例のフィルタの正面
図で、（ｂ）は外周部の、（ｃ）は中心部のそれぞれパ
ターンを示す拡大図である。

【図９】（ａ）は従来の排気ガス微粒子浄化システム用
フィルタの他の例を示す正面図で、（ｂ）は外周部の、
（ｃ）は中心部のそれぞれパターンを示す拡大図であ
る。

【図１０】本発明の第３実施例のフィルタを示す断面図
である。

【図１１】（ａ）は本発明の第４実施例のフィルタの正
面図で、（ｂ）は外周部の、（ｃ）は中心部のそれぞれ
パターンを示す拡大図である。

【図１２】本発明の第５実施例のフィルタを示す断面図
である。

【図１３】（ａ）〜（ｆ）は本発明のフィルタの栓詰め
工程を順に例示する部分的断面図である。

【符号の説明】

１…エンジン ２…排気管 ３…フィルタ ４…着火ヒータ ５…切換バルブ ６…フィルタ外周部 ７…フィルタ中心部 ８…開口セル群 ９…閉塞セル群 １０…開口セル １０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂ…開口セル １２…壁 １３…開口セル １４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ…閉塞セル １６…開口セル群 １７…閉塞セル １８…閉塞栓 １９…閉塞セル ２０…開口セル群 ２１…閉塞セル群 ２２…開口セル群 ２３…開口セル群 １８ａ，１８ｂ…閉塞栓 ２４…閉塞セル群 ２５…閉塞栓 ２６…ワックス ２７…フィルタセル壁 ２８…フィルタ ２９…セラミック系充てん材 ３０…閉塞栓

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周部と中心部でセルの栓詰めパターン
   を変更した耐熱性のフィルタを有するディーゼルエンジ
   ンの排気ガス浄化システムにおいて、 １辺ｎセルで幅１セルの計４（ｎ−１）個からなる環状
   の開口セル群とその開口セル群に囲まれた１個以上の閉
   塞セルからなる栓詰めパターンをもつフィルタを有する
   ことを特徴とする排気ガス浄化システム。