JPH0598936A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 捕集部材を再生する際、捕集部材の亀裂など
の不具合が発生することなく、かつ加熱のための消費電
力が小さくて済み、しかも簡単な構造によりこれを達成
する。 【構成】 排気中の微粒子を捕集するフィルタ５を、複
数のユニット１５に分割し、この各ユニット１５に、捕
集された微粒子を燃焼除去するヒータ１７をそれぞれ設
ける。フィルタ５の排気流入側に、一つのユニット１５
に対して排気の流入を阻止する遮蔽部材２３を、フィル
タ５の表面上を移動可能に設ける。フィルタ５の再生時
には、再生する一つのユニット１５のヒータ１７を通電
加熱すると同時に、そのユニット１５を遮蔽部材２３に
より遮蔽して排気の流入を阻止し、このような再生動作
を各ユニット１５毎に順次行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、排気が通過すること
によって排気中の微粒子を捕集する捕集部材を備えた内
燃機関の排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼル機関から排出される排気中の
微粒子を捕集するフィルタは、捕集が進むと排気圧力が
上昇して機関性能に悪影響を及ぼすことになって使用で
きなくなるため、堆積した微粒子はヒータあるいはバー
ナなどの再生装置によって強制的に燃焼除去してフィル
タを再生する必要がある。

【０００３】フィルタの再生装置を備えたものとして
は、例えば特開昭６１−１４５３１２号公報及び、特開
平１−１３８３１２号公報に記載されたものがある。こ
れら公報記載のものは、円柱状のフィルタの排気流入側
近傍に、フィルタの一部をシールドする扇型のシールド
部材と、シールド部材とフィルタとの間に位置するヒー
タとを設けている。フィルタの再生時には、ヒータを通
電加熱しつつこれらシールド部とヒータと一緒にゆっく
りフィルタに対して同心円状に適宜回転移動させて、フ
ィルタに付着している微粒子を部分的に順次燃焼除去す
る。フィルタのヒータにより加熱される部位は、シール
ド部によってシールドされており、燃焼に必要なガスは
シールド部に設けた小孔から供給される。

【０００４】また、ＳＡＥ９１０３３３（１９９１年２
月２５日〜３月１日発表）の論文には、円柱状のフィル
タを容器内で回転させながら排気をフィルタの一方側の
一部位から通過させて微粒子の捕集を行う一方、捕集と
は逆方向からフィルタの他の一部位に対して圧縮空気を
吹き付け、捕集した微粒子を吹き飛ばして別に設けたバ
ッグに微粒子を集める構成のものが記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、捕集した微
粒子を再燃焼させるには、通常４５０〜７００℃程度の
高温まで加熱する必要があり、このため従来技術におけ
る前者のように、フィルタを部分的に加熱した場合に
は、一体化しているフィルタは熱歪により亀裂などが生
じて破損しやすく、耐久性が劣る。また、再生に必要な
温度まで上昇させるための電気エネルギが多くなり、こ
れに伴ってバッテリや発電機容量の増大を招くこととな
る。

【０００６】一方、後者の従来技術においては、熱歪に
より損傷する不具合はないものの、高圧空気源が必要な
ことと、別なバッグに集められた微粒子を除去するため
のメンテナンスや、再燃焼させるための装置が新たに必
要になるなど、構造が大掛かりになり複雑化する問題が
ある。

【０００７】そこで、この発明は、捕集部材を再生する
に際し、捕集部材の亀裂などの不具合の発生を防止し、
かつ加熱のためのエネルギが小さくて済み、しかも簡単
な構造によりこれを達成することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
にこの発明は、排気通路途中に設けられ、排気が通過す
ることによって排気中の微粒子を捕集する捕集部材を、
排気の流入部と流出部とをそれぞれ備えた複数のユニッ
トに分割し、この各ユニットにそれぞれ独立して作動可
能な加熱手段を設け、前記捕集部材の排気流入側に、単
一のユニットに対して排気の流入を阻止する遮蔽部材を
設け、前記加熱手段の一つを作動させたときこの作動状
態の加熱手段が設けられたユニットに対し前記遮蔽部材
が遮蔽するよう制御する制御手段を設けた構成としてあ
る。

【０００９】

【作用】このような構成の内燃機関の排気浄化装置によ
れば、捕集部材の再生を行う際には、捕集部材のうちの
一つのユニットの加熱手段を作動させ、加熱手段を作動
させたユニットに対し遮蔽部材が排気の流入を阻止して
そのユニットの再生を行い、これを各ユニットに対して
順次行い、捕集部材全体の再生を完了する。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づき説明
する。

【００１１】図１は、この発明の第１実施例を示す内燃
機関の排気浄化装置の全体構成図である。図示しないデ
ィーゼル機関の燃焼室には、排気通路を構成する排気管
１が連通接続され、この排気管１の途中に介装された排
気管１より大径の円筒状の容器３内に、排気中の微粒子
を捕集する捕集部材としてのペレットタイプのフィルタ
５が設けられている。フィルタ５は、容器３内に設けら
れる円錐状の外ケース７及び、内ケース９からなるフィ
ルタケース１１内に収納されている。外ケース７には排
気の流入部を構成する小孔７ａが、内ケース９には同流
出部を構成する小孔９ａがそれぞれ多数形成されてい
る。フィルタケース１１は、図１の左側から見た内部構
造図である図２に示すように、八つの仕切壁１３によっ
て円周方向に等間隔に八つに区切られ、これによりフィ
ルタ５は八つのユニット１５に分割されることになる。
各ユニット１５には、容器３の外部から加熱手段として
のシース型のヒータ１７が、外ケース７に近接した位置
に挿入配置されている。

【００１２】外ケース７は、その円錐形状の頂点部が排
気の流入側に位置しており、このため外ケース７と容器
３との間には、環状の空間領域１９が画成され、さらに
容器３の排気流入側には円錐部３ａが形成されて前記空
間領域１９に続く排気流入空間２１が画成されている。
この空間領域１９及び排気流入空間２１内に、図２のよ
うにフィルタ５の一つのユニット１５を、排気流入側か
ら遮蔽して一つのユニット１５に対して排気の流入を阻
止する多面体構造の遮蔽部材２３が、円周方向に回転移
動可能に収納されている。遮蔽部材２３は、空間領域１
９内に位置して容器３の円筒部３ｂの内面に近接する円
筒面２３ａと、円錐部３ａの内面に近接する円錐面２３
ｂと、遮蔽しているユニット１５の両側に隣接するユニ
ット１５に対して排気をスムーズに案内する案内面２３
ｃ，２３ｄと、外ケース７に近接してこれを覆う図には
現われない凹曲面とからなる五面体で構成されている。

【００１３】容器３内における円筒部３ｂと円錐部３ａ
との境界部付近には、遮蔽部材２３と一体のリングギア
２５が回転可能に配置されている。リングギア２５は、
ギア部２５ａと、中心のボス部２５ｂと、ギア部２５ａ
とボス部２５ｂとを連結する３本の連結部２５ｃとによ
り構成されており、ボス部２５ｂを介して支持軸２９に
対し回転可能となっている。支持軸２９は、フィルタケ
ース１１の外ケース７の頂点部から内ケース９の排気流
出側空間まで延長されており、外ケース７と内ケース９
とを接続する円筒ケース３１にシール材３３を介して支
持されている。遮蔽部材２３は、外周側の円錐面２３ｂ
がギア部２５ａに、内周側の凹曲面の排気流入側端部付
近がボス部２５ｂに、それぞれ溶接接合されている。

【００１４】リングギア２５にはウォームギア３５が噛
合しており、ウォームギア３５には駆動軸３７を介して
モータ３９が連動連結されている。モータ３９は、モー
タ３９の回転数を検出するセンサを有し、容器３の外部
に突出形成された取付部３ｃに装着されている。

【００１５】モータ３９は、例えばマイクロコンピュー
タなどから構成されるコントロールユニット４１から出
力される信号により回転駆動する。コントロールユニッ
ト４１は、前記フィルタ５の各ユニット１５に各別に設
けられたヒータ１７に対し、それぞれのリレー４３を介
して別々に通電加熱してフィルタ５の再生を行い、ある
一つのヒータ１７を通電したときは、そのヒータ１７が
埋設されたユニット１５を遮蔽部材２３が遮蔽するよう
モータ３９を所定回転数駆動させる。モータ３９は、一
つのユニット１５の再生時には所定時間停止しており、
そのユニット１５の再生終了後は隣接するユニット１５
を再生するため遮蔽部材２３がその隣接するユニット１
５まで移動するよう駆動する。この隣接するユニット１
５までの遮蔽部材２３の移動量は、モータ３９に設けら
れたセンサが検出する回転数の積算値に基づき決定され
る。

【００１６】フィルタ５の再生時期の決定は、捕集した
微粒子が所定量以上となったときとすればよいが、この
判断は、例えばフィルタ５の排気流入側と流出側とにお
ける排気圧力差や、機関回転数の積算値などの運転履歴
によって行う。このため、コントロールユニット４１に
は、図示しない排気圧力センサの圧力信号や、機関回転
数信号Ｎ，機関への燃料供給量を制御するコントロール
レバーの開度信号Ｃ／Ｎなどが入力される。

【００１７】このように構成された排気浄化装置におい
ては、フィルタ５が捕集した微粒子が所定量以上となっ
たときには、コントロールユニット４１は、ある一つの
ヒータ１７に通電し、このとき遮蔽部材２３は、通電し
たヒータ１７が埋設されているユニット１５を遮蔽し、
このユニット１５への排気の流入を阻止している。一つ
のヒータ１７を通電加熱し、さらに遮蔽部材２３で再生
ユニット１５を遮蔽しているので、そのユニット１５に
は多量の排気が流入することはなく、このため捕集され
ている微粒子は効率よく燃焼除去され、そのユニット１
５の再生が終了する。再生ユニット１５を遮蔽部材２３
が遮蔽しているが、密閉しているわけではないので、燃
焼に必要なガスは遮蔽部材２３とフィルタケース２３と
の隙間から流入し、微粒子の再燃焼に支障を来すことは
ない。

【００１８】一つのユニット１５の再生が終了したら、
再生時作動していたヒータ１７への通電を停止し、再生
終了後のユニット１５に隣接するユニット１５の再生を
行うべく、モータ３９を所定回転数駆動し、その隣接す
るユニット１５を遮蔽する位置まで遮蔽部材２３を移動
させる。これと同時にこのユニット１５に埋設されてい
るヒータ１７を通電加熱し、このユニット１５に捕集さ
れている微粒子を燃焼除去して再生を行う。再生後は、
遮蔽部材２３をさらに順次隣接するユニット１５まで移
動させつつヒータ１７にも順次通電することで、フィル
タ５の各ユニット１５に対して順次再生を行い、フィル
タ５全体の再生が終了する。

【００１９】このように、フィルタ５を複数（八つ）の
ユニット１５に分割してそれぞれのユニット１５にヒー
タ１７を設け、再生するユニット１５のヒータ１７のみ
を順次通電加熱するようにしたので、再生中のユニット
１５に隣接するユニット１５には燃焼熱が伝わりにく
く、ヒータ１７の熱が有効に利用されると共に、分割さ
れていることからフィルタ５全体で熱歪が発生しにく
く、フィルタ５の破損が防止されてその耐久性が向上す
る。また、一つのユニット１５のヒータ１７のみを通電
加熱するので、通電加熱するための消費電力のピークを
低く抑えることができ、バッテリや発電機容量の増大が
防止され、電力供給ケーブルを細くできるなど多大なメ
リットがある。さらに、再生時には再生を行うユニット
１５を遮蔽部材２３で遮蔽し、そのユニット１５への排
気の流入を阻止しているので、微粒子の燃焼は効率よく
なされる。しかも、この遮蔽部材２３は、排気流入側が
隣接するユニット１５に排気を滑らかに流入させるよう
に案内面２３ｃ，２３ｄを形成しているので、遮蔽部材
２３を設けることにより捕集状態のフィルタ５への排気
の流入が妨げられることはない。また、このような再生
を行うための装置は、主として容器３内の構造を変更す
ればよく、外部には主としてモータ３９が設けられるだ
けであるので、大型化せず構造が比較的簡素化してい
る。

【００２０】図３及び図４は、この発明の第２実施例の
排気浄化装置を示している。この実施例は、フィルタ４
５を、第１実施例におけるペレットタイプのものに比べ
て微粒子の捕集効率が高い円筒形のセラミックフォーム
型としたもので、このフィルタ４５も、仕切壁４７によ
って八つのユニット４９に分割されており、図３中で左
側の部位が排気の流入部４５ａとなり、同右側の部位が
流出部４５ｂとなる。各ユニット４９の排気流入側表面
に近接する位置には、屈曲形成された加熱手段としての
ヒータ５１がそれぞれ設置されている。

【００２１】そして、一つのユニット４９を遮蔽する遮
蔽部材５３は、容器３の円錐部３ａの内面に近接する円
錐面５３ａと、遮蔽しているユニット４９の両側に隣接
するユニット４９に対して排気をスムーズに案内する案
内面５３ｂ，５３ｃと、フィルタ４５に近接してこれを
覆う底面５３ｄとからなる四面体で構成されている。こ
の遮蔽部材５３も、第１実施例のものと同様に、リング
ギア２５に溶接接合されてリングギア２５と一体にフィ
ルタ４５の表面上を回転移動する。その他の構成は、図
１及び図２の第１実施例と同様であり、同一あるいは同
等の構成要素には同一符号を付してある。この実施例に
おいても、各ユニット４９毎に順次再生を行うことで、
前記第１実施例と同様の効果が得られる。

【００２２】図５及び図６は、この発明の第３実施例を
示している。この実施例は、容器３内に、排気の流れ方
向に向けて延長して配置された円筒ケース５５にペレッ
トタイプのフィルタ５７が収納された六つのユニット５
９を円周方向に等間隔に設置している。フィルタ５７
は、円筒ケース５５内の排気流入側及び排気流出側にそ
れぞれ嵌め込まれた押さえ板６１及び６３によって円筒
ケース５５内に固定される。排気流入側の押さえ板６１
には、排気が流入するための小孔６１ａが複数形成され
ている。

【００２３】円筒ケース５５は、排気流入側端部に容器
３内に開口する排気の流入部としての排気流入口６５が
形成され、排気流出側端部は容器３外に突出して開口部
６７が形成され、この開口部６７から加熱手段としての
ヒータ６９が押さえ板６３を貫通して各円筒ケース５５
内にそれぞれ挿入されている。

【００２４】円筒ケース５５の容器３内に位置する排気
流出側のほぼ半分の部分には、全周にわたり多数の小孔
５５ａが形成され、この小孔５５ａが排気の流出部とな
る。小孔５５ａから流出した浄化後の排気は、再び容器
３内に流出したのち、排気管１を経て大気中に放出され
る。

【００２５】円筒ケース５５の排気流入側端部には、六
つの円筒ケース５５の排気流入口６５にそれぞれ整合す
る円形の整合孔７１ａを備えた円板状の整合板７１が、
容器３の内壁に装着されている。各整合孔７１ａには、
整合孔７１ａを開閉可能な遮蔽部材としての開閉弁７３
が設けられている。開閉弁７３には弁軸７５がそれぞれ
装着され、弁軸７５は、リンク７７などを介して開閉弁
７３毎に作動する電磁弁などのアクチュエータ７９に連
結され、開閉弁７３を開状態と閉状態との二つの状態に
切り替えるべく回動する。

【００２６】コントロールユニット４１は、再生を行う
一つのユニット５９の開閉弁７３を閉じて排気の流入を
阻止し、他の捕集状態の五つのユニット５９の開閉弁７
３を開状態とするようアクチュエータ７９を制御する。

【００２７】この実施例においても、再生を行うユニッ
ト５９の開閉弁７３を閉じると同時に、このユニット５
９のヒータ６９を通電加熱し、このような一つのユニッ
ト５９に対する再生を六つのユニット５９について順次
行うことで、前記第１実施例及び第２実施例と同様の効
果が得られるほか、再生ユニット５９に対する排気の流
入を確実に制限できる。

【００２８】なお、前記各実施例でのフィルタに触媒を
担持させてもい。

【００２９】

【発明の効果】以上説明してきたようにこの発明によれ
ば、捕集部材を複数のユニットに分割し、分割した捕集
部材の各ユニットに捕集した排気微粒子を燃焼させる加
熱手段をそれぞれ設け、再生する一つのユニットの加熱
手段のみを順次作動させるようにしたので、再生中のユ
ニットに隣接するユニットには熱が伝わりにくく、加熱
手段の熱が有効に利用されると共に、分割されているこ
とから捕集部材全体で熱歪が発生しにくく、捕集部材の
破損が防止されてその耐久性が向上する。また、一つの
ユニットの加熱手段のみを作動させるので、加熱手段を
作動させるための消費エネルギのピークを低く抑えるこ
とができる。さらに、再生時には再生を行うユニットを
遮蔽部材で遮蔽し、そのユニットへの排気の流入を阻止
しているので、微粒子の燃焼は効率よくなされ、しか
も、このような再生を行うための装置は、主として複数
に分割した捕集部材にそれぞれ加熱手段を設けるという
構造であるので、装置自体の大型化は防止されかつ簡素
化されたものとなっている。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例を示す排気浄化装置の全
体構成図である。

【図２】図１の左側から見た内部構造図である。

【図３】この発明の第２実施例を示す排気浄化装置の全
体構成図である。

【図４】図３の左側から見た内部構造図である。

【図５】この発明の第３実施例を示す排気浄化装置の全
体構成図である。

【図６】図５の左側から見た内部構造図である。

【符号の説明】

１ 排気管（排気通路） ５，４５，５７ フィルタ（捕集部材） ７ａ 小孔（流入部） ９ａ 小孔（流出部） １５，４９，５９ ユニット ２３，５３ 遮蔽部材 ４１ コントロールユニット（制御手段） ４５ａ 流入部 ４５ｂ 流出部 ５５ａ 小孔（流出部） ６５ 排気流入口（流入部） ７３ 開閉弁（遮蔽部材）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気通路途中に設けられ、排気が通過す
   ることによって排気中の微粒子を捕集する捕集部材を、
   排気の流入部と流出部とをそれぞれ備えた複数のユニッ
   トに分割し、この各ユニットにそれぞれ独立して作動可
   能な加熱手段を設け、前記捕集部材の排気流入側に、単
   一のユニットに対して排気の流入を阻止する遮蔽部材を
   設け、前記加熱手段の一つを作動させたときこの作動状
   態の加熱手段が設けられたユニットに対し前記遮蔽部材
   が遮蔽するよう制御する制御手段を設けたことを特徴と
   する内燃機関の排気浄化装置。