JPH1037739A - パティキュレートトラップ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属繊維又は金属多孔板等の比較的剛性の低
い金属体からなるフィルタ及びフィルタケースを有する
パティキュレートトラップ装置において、フィルタを破
損させることなくフィルタとフィルタケースとの間の十
分なパティキュレートシール性を確保すること。 【解決手段】 比較的剛性の低い金属体のフィルタ１’
とフィルタが挿入支持されるフィルタケース２とを具備
し、フィルタの外壁面には全周に渡り金属繊維シート３
が溶接固定され、金属繊維シートがフィルタケース内壁
面に全周に渡り溶接固定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ン用のパティキュレートトラップ装置に関する。

【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有害なパティキュレートが含ま
れており、排気ガスを大気に放出する以前にこのような
パティキュレートを除去することが要求されている。そ
のためにディーゼルエンジンの排気系にはパティキュレ
ートを捕集するためのフィルタを有するパティキュレー
トトラップ装置が配置されている。このフィルタは、パ
ティキュレート捕集量の増加に伴い大きな排気抵抗とな
るために、排気ガスの熱等を利用して捕集したパティキ
ュレートを定期的に燃焼させ、フィルタ自身を再生する
必要がある。

【０００３】従って、このようなフィルタには優れた昇
温特性及び耐熱性等が要求され、特開平４−３４２８１
５号公報には、この要求を満たすために網目状金属板か
ら構成されたフィルタが開示されている。

【０００４】このようなフィルタは、ある程度の収縮性
を有しており、フィルタケース内に圧入されることによ
り、フィルタケースに対する接触圧力を発生させてフィ
ルタケースに支持されると共に、円形断面形状を有して
いるために、フィルタケースに対する接触圧力を周囲全
体で均一に発生させフィルタケースとの間の良好なパテ
ィキュレートシール性を確保することが意図されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述の従来技術におい
て、フィルタをフィルタケースに支持するためには、そ
れほど大きな接触圧力は不要であるが、非常に微細なパ
ティキュレートの十分なシール性を確保するためには、
接触圧力をかなり大きくする必要がある。しかしなが
ら、接触圧力を大きくすると、フィルタの各部には比較
的大きな圧縮応力又は曲げ応力等が作用し、排気ガス熱
によって発生する熱応力が加わると、フィルタが破損す
る可能性がある。それにより、フィルタの接触圧力はそ
れほど大きくすることはできず、十分なパティキュレー
トシール性を確保することはできない。

【０００６】従って、本発明の目的は、金属繊維又は金
属多孔板等の比較的剛性の低い金属体からなるフィルタ
及びフィルタケースを有するパティキュレートトラップ
装置において、フィルタを破損させることなくフィルタ
とフィルタケースとの間の十分なパティキュレートシー
ル性を確保することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
によるパティキュレートトラップ装置は、比較的剛性の
低い金属体からなるパティキュレート捕集用のフィルタ
と前記フィルタが挿入支持されるフィルタケースとを具
備し、前記フィルタの外壁面には全周に渡り金属繊維シ
ートが溶接固定され、前記金属繊維シートが前記フィル
タケース内壁面に全周に渡り溶接固定されていることを
特徴とする。

【０００８】請求項２に記載の本発明によるパティキュ
レートトラップ装置は、請求項１に記載のパティキュレ
ートトラップ装置において、前記フィルタ及び前記フィ
ルタケースが同一位置で同様な形状の軸線方向の凹み部
を有し、前記フィルタケースの前記凹み部外側に隣接し
て排気通路が形成されていることを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明によるパティキュ
レートトラップ装置の第１実施形態を示す断面斜視図で
ある。同図において、１はパティキュレートを捕集する
ためのフィルタであり、２はフィルタ１を収納するため
のフィルタケースである。フィルタケース２は、排気通
路の上流側に接続される上流側部分２ａと、排気通路の
下流側部分に接続される下流側部分２ｂと、上流側部分
２ａと下流側部分２ｂとの間に位置する中間部分２ｃと
から形成されている。

【００１０】フィルタ１は、耐熱性金属の不織布と耐熱
性金属の波板とから構成されている。具体的には、少な
くとも二枚の不織布１ａ及び１ｂと二枚の波板１ｃ及び
１ｄとが互いに違いに厚さ方向に積層されて螺旋状に巻
かれることによって構成されている。不織布を構成する
耐熱性金属繊維及び波板を構成する耐熱金属として、６
００°Ｃの排気ガスに１００時間さらされても致命的な
腐食や亀裂が起きない材料、例えば、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ
合金又はＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ合金等が利用可能である。こ
のように、耐熱性金属繊維の不織布１ａ及び１ｂと、耐
熱金属の波板１ｃ及び１ｄによってフィルタ１を構成す
ることにより、フィルタ再生時における優れた昇温特性
及び耐熱を持たさせることができる。

【００１１】二枚の不織布１ａ及び１ｂは、排気上流側
端部において一方の面同士を互いに密着させて螺旋状に
連続して溶接され、排気上流側で閉鎖されて排気下流側
で開口する不織布１ａ及び１ｂと波板１ｃ及び１ｄとの
間の第１空間Ｓ１が形成される。また、二枚の不織布１
ａ及び１ｂは、排気下流側端部において他方の面同士を
互いに密着させて螺旋状に連続して溶接され、排気下流
側で閉鎖されて排気上流側で開口する不織布１ａ及び１
ｂと波板１ｃ及び１ｄとの間の第２空間Ｓ２が形成され
る。

【００１２】このフィルタ１は、排気ガスが、排気上流
側から第２空間Ｓ２に流入し、不織布１ａ及び１ｂを半
径方向に通過して第１空間Ｓ１へ流入し、第１空間Ｓ１
から排気下流側に流出するために、十分な排気通過性を
有している。このように、波板１ｃ及び１ｄは、フィル
タ１に十分な排気通過性を持たせるために機能する一方
で、比較的高い剛性を有するために、不織布自身１ａ及
び１ｂの剛性は低いが、フィルタ１に十分な強度を持た
せることができる。

【００１３】このように形成されたフィルタ１が、フィ
ルタケース２の中間部分２ｃ内に挿入される。フィルタ
ケース２の中間部２ｃは、上流側部分２ａ及び下流側部
分２ｂの内側に挿入され、外側の角肉溶接によって上流
側部分２ａ及び下流側部分２ｂに接合される。中間部分
２ｃが上流側部分２ａに挿入される際に、円筒状に接合
された金属繊維シート３の一端部が内側から挟み込まれ
て上流側部分２ａに溶接接合される。金属繊維シート３
の他端部は、内側に折り込まれてフィルタ１の上流側端
部に溶接接合される。

【００１４】金属繊維シート３は、フィルタ１の不織布
１ａ及び１ｂと同様な耐熱性金属繊維の不織布又は織布
から形成され、排気ガス中のパティキュレートを通過さ
せないものである。

【００１５】このようにして形成されたパティキュレー
トトラップ装置は、フィルタ１がフィルタケース２の中
間部分２ｃにある程度の接触圧力が発生するように挿入
されることによって、中間部分２ｃに支持される。この
接触圧力では、フィルタ１の各部にはそれほど大きな圧
縮応力又は曲げ応力が作用しない一方で、フィルタ１と
フィルタケース２との間の十分なパティキュレートシー
ル性は確保されない。しかしながら、本実施形態におい
ては、前述の金属繊維シート３が、フィルタ１の外壁面
に全周に渡り溶接固定されると共に、フィルタケース２
の内壁面に全周に渡り溶接固定されているために、パテ
ィキュレートを通過させない金属繊維シート３によって
良好なパティキュレートシール性を実現することができ
る。

【００１６】この金属繊維シート５は、ある程度の柔軟
性を有しているために、排気ガスの熱等によってフィル
タ１とフィルタケース２とが異なる熱膨張をし、金属繊
維シート５のそれぞれへの溶接固定部間の距離が変化し
ても、これを容易に吸収して高いパティキュレートシー
ル性を維持することができる。

【００１７】このように、金属繊維シートによってフィ
ルタとフィルタケースとの間の高いパティキュレートシ
ール性が実現される。それにより、フィルタをフィルタ
ケースに挿入する際に、フィルタの周囲に均一な接触圧
力を発生させることは、フィルタに発生する応力集中を
緩和することに対しては有利となるが、フィルタとフィ
ルタケースとの間のパティキュレートシール性にとって
は特に必要なものではない。従って、前述の金属繊維シ
ートを設けることにより、円形以外の異形断面形状のフ
ィルタを機関排気系に使用することが可能となる。

【００１８】図２は、このような異形断面形状のフィル
タを有する本発明のよるパティキュレートトラップ装置
の第２実施形態を示す縦断面図であり、図３は図２のＡ
−Ａ断面図である。これらの図に示すように、本実施形
態のパティキュレートトラップ装置は、各気筒毎にパテ
ィキュレート捕集用のフィルタ１’を有するものであ
る。このフィルタ１’は、前述のフィルタ１と同様に耐
熱性金属繊維の不織布と耐熱性金属の波板とから構成さ
れ、これらが円形ではなくＵ字形に巻かれて形成され
る。

【００１９】１０は機関シリンダヘッドの排気側に接続
されるフランジであり、１１は各気筒毎の排気管であ
る。各排気管１１は、それぞれ、下方に延在する第１空
間１２に接続されている。この各第１空間１２には、略
Ｕ字形の断面形状を有するフィルタ１’とフィルタ１’
を収納するフィルタケース２’が縦配置されている。フ
ィルタ２’は、外側の第１円弧状壁２ａ’と内側の第２
円弧状壁２ｂ’とを有し、この第１円弧状壁２ａ’の下
側には、第１空間１２を形成する外壁１２ａが溶接固定
されている。

【００２０】フィルタケース２’の第１及び第２円弧状
壁２ａ’，２ｂ’は、フィルタケース２’の上側に位置
する第２空間１３に接続され、各第２空間１３が接続管
１４によって互いに連通され、フランジ１５によって下
流側排気通路（図示せず）に接続される。フィルタ１’
とフィルタケース２’とは、排気上流側、すなわち図２
の下側において、第１実施形態と同様に金属繊維シート
（図示せず）によって接続され、高いパティキュレート
シール性が保証されるようになっている。

【００２１】本実施形態において、排気ガスは、矢印で
示すように、各排気管１１から第１空間１２へ流入し、
フィルタ１’内を上昇してパティキュレートが除去さ
れ、接続管１４において集合して下流側排気通路へ排出
される。各フィルタ１’に捕集されたパティキュレート
は排気ガスの熱を利用して定期的に燃焼され、フィルタ
再生が行われる。

【００２２】本実施形態は前述したように構成されてい
るために、フィルタケース２’の第２円弧状壁２ｂ’が
フィルタ１’より上流側の排気通路壁の一部と共用され
るために、排気ガスの熱が効率的にフィルタ１’に伝達
され、排気ガスが通常走行時の比較的低温度である時で
もフィルタを確実に再生させることができ、電気ヒータ
等のフィルタ加熱手段を設ける必要がない。

【００２３】フィルタ１’はパティキュレートを捕集し
ていない時においても、ある程度の排気抵抗となり、こ
れを小さくするために、図１に示すように、排気通路に
比較して大きな断面を有している。従って、車両搭載性
に難があり、機関排気系の大型化がもたらされていた。
しかしながら、本実施形態のように、フィルタ１’及び
フィルタケース２’をＵ字形としてフィルタケース２’
の凹み部に隣接して排気通路を形成することでスペース
が有効に利用でき、機関排気系を小型化することができ
る。

【００２４】異形断面のフィルタは、排気ガス熱による
熱膨張が均一とならず、例えば、Ｕ字形のフィルタにお
いては、フィルタケースの第１円弧状壁２ａ’に対応す
る第１部分の方が、フィルタケースの第２円弧状壁２
ｂ’に対応する第２部分に比較して大きく熱膨張し、結
果として、第２部分に大きな熱応力が発生して破損する
可能性がある。しかしながら、本実施形態では、この第
２部分に隣接して排気通路が形成され、第１部分に比較
して第２部分の方が高温度とされるために、両者の熱膨
張差が緩和され、第２部分に大きな熱応力が発生するこ
とはない。

【００２５】本実施形態において、フィルタ１’が縦配
置されている。フィルタ１’再生時には不燃焼成分とし
てアッシュが発生するが、フィルタ１’が縦配置されて
いると、このアッシュがフィルタ１’から剥離した時に
重力を利用してフィルタから排出させることができる。
また、本実施形態にように排気集合部（接続管１４）よ
り上流側に各気筒毎にフィルタ１’が配置されている
と、一つの気筒の排気行程において、他の気筒のフィル
タ１’内は排気集合部より低圧となって排気ガスの逆流
が発生し、この排気ガスの逆流をフィルタ１’からのア
ッシュの剥離に利用することができる。

【００２６】図４は、異形断面形状のフィルタを有する
本発明のよるパティキュレートトラップ装置の第３実施
形態を示す平面図であり、図５は図４のＢ−Ｂ断面図で
ある。これらの図に示すように、本実施形態のパティキ
ュレートトラップ装置は、第２実施形態と同様なＵ字形
のパティキュレート捕集用のフィルタ１”を有するもの
である。

【００２７】１０’は機関シリンダヘッドの排気側に接
続されるフランジであり、１１’は各気筒毎の排気管で
ある。各排気管１１’は、接続管１４’に接続されてい
る。フィルタケース２”は、第２実施形態と同様な第１
円弧状壁２ａ”と第２円弧状壁２ｂ”とを有している。
接続管１４’の壁面の一部は、第２実施形態と同様に、
フィルタケース２”の第２円弧状壁２ｂ”と共用されて
いる。フィルタケース２”の排気下流側は、フランジ１
５を介して下流側排気通路（図示せず）へ接続されてい
る。排気ガスは、矢印で示すように、各排気管１１’か
ら接続管１４’へ流入し、フィルタ１”内を接続管１
４’内とは反対方向に進み、パティキュレートが除去さ
れ、下流側排気通路へ排出される。フィルタ１”とフィ
ルタケース２”とは、排気上流側、すなわち図４の上側
において、第１実施形態と同様に金属繊維シート（図示
せず）によって接続され、高いパティキュレートシール
性が保証されるようになっている。

【００２８】このように、本実施形態は、Ｕ字形断面の
単一のフィルタ２”が排気集合部（接続管１４’）の下
流側に配置されているものであり、第２実施形態と同様
に、フィルタケース２”をＵ字形として、フィルタケー
ス２”の凹み部に隣接して、フィルタ１”より上流側の
排気通路が形成されている。

【００２９】それにより、第２実施形態と同様に、排気
ガスの熱を有効に利用することができ、比較的低温度の
排気ガスによるフィルタ再生が可能となり、フィルタ熱
膨張時の応力緩和を実現することができる。さらに、機
関排気系の小型化が実現できる。

【００３０】第２及び第３実施形態において、フィルタ
ケースにはフィルタより上流側の排気通路を隣接させた
が、下流側の排気通路を隣接させても排気系の小型化を
実現できる。さらに、第１実施形態のようにフィルタケ
ースが大気に囲まれている場合に比較してフィルタの温
度低下を緩和することができ、仮に、フィルタ再生にフ
ィルタ加熱手段を必要としても、フィルタ加熱手段にお
けるエネルギ消費を低く抑えることができる。

【００３１】全ての実施形態において、金属繊維シート
は、排気上流側端部においてフィルタとフィルタケース
とを接続するようにしたが、これは、本発明を限定すも
のではなく、接続位置はフィルタの排気下流側端部とし
ても中間部分としても同様なパティキュレートシール性
を実現することができる。

【００３２】

【発明の効果】請求項１に記載の本発明によるパティキ
ュレートトラップ装置によれば、比較的剛性の低い金属
体からなるパティキュレート捕集用のフィルタがフィル
タケース内に挿入されて支持され、フィルタの外壁面に
は全周に渡り金属繊維シートが溶接固定されると共に、
この金属繊維シートがフィルタケース内壁面に全周に渡
り溶接固定されるために、この金属繊維シートがフィル
タとフィルタケースとの間の良好なパティキュレートシ
ール性を提供し、それにより、フィルタを支持するため
にフィルタケース内に挿入する際にはフィルタに大きな
接触面圧を発生させる必要がなく、熱応力が発生しても
フィルタが破損することがない。

【００３３】請求項２に記載の本発明によるパティキュ
レートトラップ装置によれば、金属繊維シートによって
フィルタとフィルタケースとの間の良好なパティキュレ
ートシール性が提供されるために、フィルタ及びフィル
タケースが同一位置で同様な形状の軸線方向の凹み部を
有する異形断面のフィルタ及びフィルタケースの使用が
可能となり、フィルタケースの凹み部外側に隣接して排
気通路を形成することで、フィルタにおける排気ガス熱
の有効利用が可能となりフィルタ再生を良好に実現する
ことができると共に、機関排気系を小型化することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるパティキュレートトラップ装置の
第１実施形態を示す断面斜視図である。

【図２】本発明によるパティキュレートトラップ装置の
第２実施形態を示す縦断面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。

【図４】本発明によるパティキュレートトラップ装置の
第３実施形態を示す平面図である。

【図５】図４のＢ−Ｂ断面図である。

【符号の説明】

１，１’，１”…フィルタ ２，２’，２”…フィルタケース ３…金属繊維シート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂 俊祐 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 永井 陽一 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 比較的剛性の低い金属体からなるパティ
   キュレート捕集用のフィルタと前記フィルタが挿入支持
   されるフィルタケースとを具備し、前記フィルタの外壁
   面には全周に渡り金属繊維シートが溶接固定され、前記
   金属繊維シートが前記フィルタケース内壁面に全周に渡
   り溶接固定されていることを特徴とするパティキュレー
   トトラップ装置。
2. 【請求項２】 前記フィルタ及び前記フィルタケースが
   同一位置で同様な形状の軸線方向の凹み部を有し、前記
   フィルタケースの前記凹み部外側に隣接して排気通路が
   形成されていることを特徴とする請求項１に記載のパテ
   ィキュレートトラップ装置。