JPH05302506A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】圧力損失及びフィルタ再生頻度の増加を回避し
つつ再生時間及び消費電力の節減が可能な排気ガス浄化
装置を提供する。 【構成】ディ−ゼルパティキュレ−トの排気ガス浄化装
置において、セラミックフィルタ１の再生に際し、外周
ヒータ７によりフィルタ１を加熱し、主として炭素成分
からなるパティキュレ−トを燃焼（酸化）除去する。こ
の発明ではフィルタ１の軸直方向断面が偏平であるの
で、外周ヒータ７が接するフィルタ１の外周面からその
中心部への有効な熱伝達距離が同一軸直方向断面積を有
する円に比べて短縮され、フィルタ１の中心部が速やか
に加熱、再生され、再生時間及び消費電力の節減が実現
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼル機関の排気
中に含まれる微粒子成分（パティキュレ−ト）を捕集
し、再生する排気ガス浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】実開平３ー０１７２２５号公報は、ディ
ーゼル機関より排出されるパテイキュレートを捕集する
円柱状のセラミック製ハニカムフィルタの外周面に沿っ
て電熱ヒータを配設し、フィルタ外周部における燃え残
りやクラックの発生を回避することを提案している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
ヒータによる再生では、フィルタをその外周から加熱す
る方式であるため、フィルタを大径によりその大容量化
を図る場合にフィルタの中心部への熱伝達が悪くなり、
中心部の再生が遅れ、必要なフィルタ再生時間が長くな
るという不具合があった。また、この再生時間の延長に
伴い、消費電力量が増大するという不具合もあった。フ
ィルタの径小化により上記問題は生じないが、フィルタ
を径小化すると、フィルタ容積が減少しフィルタがすぐ
に詰まるのでフィルタの平均圧力損失が増大するという
問題や、頻繁なフィルタ再生が必要となるという問題が
生じてしまう。

【０００４】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、圧力損失及びフィルタ再生頻度の増加を回避しつ
つ再生時間及び消費電力の節減が可能な排気ガス浄化装
置を提供することをその目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の排気ガス浄化装
置は、一端封止の通気孔及び該通気孔に通気可能に隣接
する他端封止の通気孔がそれぞれ軸方向に多数形成さ
れ、ディ−ゼル機関の排気ガス経路中に配設されるハニ
カム状のセラミックフィルタと、前記セラミックフィル
タの外周面に沿って配設される外周ヒータとを備える排
気ガス浄化装置において、前記セラミックフィルタは、
偏平な軸直方向断面を有することを特徴としている。

【０００６】ここで、軸直方向断面とは通気孔の長手方
向と直角な断面をいう。

【０００７】

【作用】セラミックフィルタ（以下、単にフィルタとも
いう）の再生に際し、外周ヒータによりフィルタを加熱
し、主として炭素成分からなるパティキュレ−トを燃焼
（酸化）除去する。この発明ではフィルタの軸直方向断
面が偏平であるので、外周ヒータが接するフィルタの外
周面からその中心部への有効な熱伝達距離が同一軸直方
向断面積を有する円に比べて短縮され、その結果として
フィルタの中心部が速やかに加熱、再生される。

【０００８】

【発明の効果】以上説明したように本発明の排気ガス浄
化装置は、外周面に外周ヒータが配設され、かつ、軸直
方向断面が偏平なフィルタを具備しているので、再生時
間及び消費電力の節減が可能で、且つ、フィルタ容積を
十分確保しているので圧力損失及びフィルタ再生頻度の
増加を回避することができる。

【０００９】

【実施例】本発明の排気ガス浄化装置の一実施例を図１
に示す。この装置は、ディ−ゼル機関の上流側排気管８
ａと下流側排気管８ｂとの間に介装される両端開口円筒
状のステンレス容器５と、容器５の内部に配設された偏
平形状のセラミックフィルタ（以下、フィルタという）
１と、セラミックフィルタ１の外周に囲設された外周ヒ
ータ７と、セラミックフィルタ１の下流側の端面に埋設
もしくは近接して配設された端面ヒータ６と、これらヒ
ータ６、７への通電を制御する通電制御部９とからな
る。

【００１０】フィルタ１はコ−ジェライトを素材とする
公知のセラミックフィルタであり、容器５と外周ヒータ
との間にはセラミック系繊維をシ−ト状に固めた緩衝材
４が配設されている。フィルタ１には、上流側排気管８
ａ側から下流側排気管８ｂ側へ多数の通気孔（以下、セ
ルという）２が貫設されており、各セル２を隔てる隔壁
の多数の微小孔により隣接セル間は通気可能となってい
る。また、約半数のセル２の上流端部はプラグ３により
封栓され、上流端部が封栓されたセル２に隣接するセル
２の下流端部はプラグ３により封栓されている。

【００１１】ヒータ６、７は、カンタル又はニクロム材
等でできた電熱材を素材としており、ヒータ６、７の断
面形状は円形の他、角形としてもよく、波状に配設で
き、ヒータ７はコイル状とすることもできる。通電制御
部９は、図２に示すように、マイコン９１と、このマイ
コン９１により通電制御されるパワートランジスタ９２
〜９８とからなり、トランジスタ９２、９３の各コレク
タはヒータ６、７の各一端に個別に接続され、ヒータ
６、７の各他端はバッテリ（図示せず）から給電されて
いる。

【００１２】また、トランジスタ９４、９５及び９６、
９７はそれぞれＣＭＯＳパワーインバ−タＡ，Ｂを構成
しており、両インバータＡ，Ｂの出力接点間には後述の
切替バルブ駆動用のモータＭ１、Ｍ２がそれぞれ接続さ
れている。トランジスタ９８のコレクタはエアーポンプ
駆動用のモータＭ３の一端に接続され、モータＭ３の他
端はバッテリ（図示せず）から給電されている。

【００１３】図２の通電制御部９の回路動作を説明すれ
ば、トランジスタ９２、９３、９８の各オンによりヒ−
タ６、７、モ−タＭ３が個別にオンオフされ、ＣＭＯＳ
パワーインバ−タＡにハイレベルのゲート電圧を印加
し、ＣＭＯＳパワーインバ−タＢにロ−レベルのゲート
電圧を印加するとモータＭ１，Ｍ２は正転し、ＣＭＯＳ
パワーインバ−タＡにローレベルのゲート電圧を印加
し、ＣＭＯＳパワーインバ−タＢにハイレベルのゲート
電圧を印加するとモータＭ１，Ｍ２は逆転する。

【００１４】次に、このフィルタ１のパティキュレ−ト
捕集動作を図３により説明する。不図示のエンジンから
出た排気ガスは上流側排気管８ａを通じてフィルタ１の
図中左側より導入され、上流側開口のセル２から隔壁を
透過して下流側開口のセル２に達する。この時、排気ガ
ス中に含まれるパテイキュレートは隔壁を透過できずに
上流側開口のセル２内に堆積する。一方、パテイキュレ
ートを除去された排気ガスは下流側排気管８ｂ及びマフ
ラーを通じて大気に放出される。

【００１５】なお排気経路には、フィルタ１をバイパス
するバイパス管８ｃ、８ｄが設けられており、パティキ
ュレ−ト捕集時には、バイパス管８ｃの下流端及びバイ
パス管８ｄの上流端で切替バルブを閉鎖して、排気ガス
がフィルタ１を通過するようにしている。その後、一定
時間走行してフィルタ１にパテイキュレートが堆積する
と、フィルタ前後の圧力損失が増大し、エンジンの出力
低下、燃費の悪化となるので、パテイキュレートを燃焼
させフィルタ１の再生を行う。

【００１６】次にこのフィルタ１の再生動作を説明す
る。まず、エンジン稼働中かどうかをエンジンコントロ
ールユニット（ＥＣＵ）からの信号に基づいて判断し、
稼働中でなければ待機し稼働中ならエンジン稼働累積時
間としてエンジン積算回転数をカウントし、このエンジ
ン積算回転数が所定量のパティキュレ−トが堆積したと
見なすことができる所定値に達したかどうかを判別し、
達したたなら再生必要と判断して、両切替バルブ駆動用
のモータＭ１、Ｍ２（図２参照）を正転させて、両切替
バルブをフィルタ１遮断側に倒し、エアポンプ（図２参
照）駆動用のモータＭ３を駆動して新鮮空気をフィルタ
１に供給し、フィルタ１から出たガスを下流側の排気管
８ｂに排気する。なお、新鮮空気の代わりにエンジン排
気ガスを導入してもよい。

【００１７】この状態でヒ−タ６、７に所定のモードで
通電してフィルタを加熱し、堆積パティキュレ−トを燃
焼させてフィルタ１を再生し、再生終了後、エアポンプ
を停止し、モータＭ１、Ｍ２を所定時間逆転させて両切
替ダンパを元の位置（図３参照）に復帰させ、マイコン
９１に内蔵のエンジン稼働時間累積カウンタを０にリセ
ットして、再生動作を完了する。なお、上記積算回転数
と併せて、フィルタ１の両端の圧力差を検出して再生時
期を決定してもよい。

【００１８】次に、本実施例の要部であるフィルタ１の
詳細形状について図５及び図６を参照して説明する。図
５はこのフィルタ１の軸直方向断面図であり、図６はそ
の平面図である。本実施例のフィルタ１は後述の寸法の
楕円柱形状を有する。フィルタ１は、コージェライト粉
末を練り、押出し成形機により成形した。軸直方向断面
を楕円とするには押出し成形機の押出用の口金に楕円開
口を形成すればよい。また楕円以外の偏平形状も当然可
能である。

【００１９】外周ヒータ７は厚さ０．５ｍｍ，幅２ｍｍ
のカンタル材を素材とする断面長方形の長尺屈曲板形状
を有する。外周ヒータ７は例えばプレートを打ち抜いて
形成できる他、針金などを屈曲しても成形することがで
きる。外周ヒータ７は、フィルタ１の外周面に接着し、
容器（図１参照）５に収容されている。フィルタ１の外
周面及び外周ヒータ７の外表面と容器５の内周面との間
にはシール材（例えば、住友スリーエムＫＫ製のインタ
ラムマット）が介設されている。このシール材（図示せ
ず）は加熱により膨張して外周ヒータ７をフィルタ１に
密着させる。

【００２０】なおその他に、外周ヒータ７収容後に容器
５を変形させて外周ヒータ７を固定することもでき、外
周ヒータ７を特別のフレームを用いてフィルタ１の外周
面に沿って囲設することもできる。フィルタ１として以
下の２種類の形状のものを作製した。第一例品は、短径
ｒ１が９０ｍｍ、長径ｒ２が２００ｍｍ、軸長ｌが１４
２ｍｍの楕円柱形状を有し、各セル２の軸直方向断面は
一辺が１．６ｍｍの正方形、セル数は１５０セル／平方
インチである。

【００２１】第二例品は、短径ｒ１が１１７ｍｍ、長径
ｒ２が１６８ｍｍ、軸長ｌが１３０ｍｍの楕円柱形状を
有し、セル形状、セル密度は第一例品に等しい。正方
形、セル数は１５０セル／平方インチである。比較例品
として、直径が１４０ｍｍ、軸長ｌが１３０ｍｍの円柱
形状を有し、セル形状、セル密度は第一例品に等しいも
のを作製した。

【００２２】次に上記各品を上述の排気ガス浄化装置に
装着して、それぞれ１０ｇ／リットルまでパティキュレ
−トを捕集し、再生し、再生に掛かった時間及び使用し
た電力量を測定した。再生は、再生率（再生重量／再生
直前のパティキュレ−ト捕集量）が約９５％以上になる
まで実施した。再生重量は、再生直前のフィルタ重量−
再生後のフィルタ重量＝再生重量のようにして測定し
た。再生時の通電パターンは図７の通りであり、二次空
気流速はフィルタ内部の位置で測定して０．０２ｍ／ｓ
とした。

【００２３】その結果を図８に示す。図８からわかるよ
うに、第一例品は、短径ｒ１が最も短く、第二例品より
も偏平であるので、再生にかかる時間が最も短く、消費
電力量も最も少なかった。第二例品も比較例品よりも偏
平であるので、再生にかかる時間が短く、消費電力量が
少なかった。

【００２４】なお、フィルタ１の軸直方向断面の短径を
その長径に比べて大幅に縮小して極端な偏平形状とする
と機械的に強度不足となり、逆に短径を大きくすると円
に近くなり、短径及び長径の縮小は圧損及び再生頻度の
増加を招き、短径及び長径の増大は再生時間、消費電力
の増加を招くので、長径が１６０〜１９０の範囲では短
径／長径比は４７〜７０％とすることが好ましく、長径
が２００〜２３０の範囲では短径／長径比は４５〜６０
％とすることが好しく、長径が２４０〜２６７の範囲で
は短径／長径比は４５〜５０％とすることが好ましい。

【００２５】また本実施例の偏平フィルタを車両の床下
に設置する場合には、フィルタを内蔵する排気ガス浄化
装置と地面との間のクリアランス又は排気ガス浄化装置
と床面との間のクリアランスを大きくできる。更に、本
実施例のフィルタは、その短径に等しい直径の円柱状フ
ィルタに比べて、フィルタの圧力損失が小さく、再生イ
ンターバルを長くすることができる。 （変形態様）変形態様を図９及び図１０に示す。

【００２６】図９のフィルタ１ａは、上記楕円形状のフ
ィルタ１においてその中心部に長径方向につづら折れ状
のヒータを軸方向に任意の深さまで埋め込んだものであ
り、一層、中心部の加熱を促進することができる。図１
０のフィルタ１ｂは、軸直方向断面を長方形とし、更に
その中心部に長径方向に長辺と平行につづら折れ状のヒ
ータを軸方向に任意の深さまで埋め込んだものであり、
一層、中心部の加熱を促進することができる。これらに
端面ヒータを併設することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排気ガス浄化装置の一実施例を示す模
式断面図、

【図２】図１の装置の通電制御部の電気回路図、

【図３】図１の装置の捕集動作を示す模式断面図、

【図４】図１の装置の再生動作を示す模式断面図、

【図５】フィルタ１の軸直方向断面図、

【図６】図５のフィルタの平面図、

【図７】再生時における通電パターンを示すタイミング
チャート、

【図８】フィルタ各品の再生時間を比較する比較図、

【図９】本発明のフィルタの変形態様を示す軸直方向断
面図、

【図１０】本発明のフィルタの変形態様を示す軸直方向
断面図、

【符号の説明】

１はフィルタ、２はセル（通気孔）、６は端面ヒータ、
７は外周ヒータ、９は通電制御部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村田 信彦 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一端封止の通気孔及び該通気孔に通気可能
   に隣接する他端封止の通気孔がそれぞれ軸方向に多数形
   成され、ディ−ゼル機関の排気ガス経路中に配設される
   ハニカム状のセラミックフィルタと、前記セラミックフ
   ィルタの外周面に沿って配設される外周ヒータとを備え
   る排気ガス浄化装置において、 前記セラミックフィルタは、偏平な軸直方向断面を有す
   ることを特徴とする排気ガス浄化装置。