JPH1136845A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置自体を小型軽量化して、車両への搭載ス
ペースを小さくし、車両への搭載の自由度を高めること
ができる排気ガス浄化装置を提供する。 【解決手段】 内燃機関の排気経路２を二股状に分岐し
て設けられた一対の排気ガス導入管２Ａ，２Ｂと、排気
ガス流出側端面４１ａ，４２ａ同士を対向させて配設さ
れた一対のパティキュレートフィルタ４１，４２と、各
パティキュレートフィルタ４１，４２に併設されたフィ
ルタ再生用の電熱ヒータ５Ａ，５Ｂと、一対のパティキ
ュレートフィルタ４１，４２及び各電熱ヒータ５Ａ，５
Ｂを収容するとともに排気ガス導入部３ａ，３ｂに各排
気ガス導入管２Ａ，２Ｂがそれぞれ接続され、一対のパ
ティキュレートフィルタ４１，４２の対向端面間に位置
する部位に排出口３ｄが形成されているフィルタケース
３と、各排気ガス導入管２Ａ，２Ｂへの排気ガスの流入
を制御する切替弁２１，２２とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関、例えば
ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれるパティキュ
レートを捕集し排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置に
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、
未燃炭素等の微粒子であるパティキュレートが多量に含
まれており、このパティキュレートは大気汚染の要因と
なっている。このため、ディーゼルエンジンの排気経路
には、パティキュレートを捕集するフィルタを備えた排
気ガス浄化装置が配設され、排気ガスの浄化が行われて
いる。

【０００３】ところで、前記パティキュレートフィルタ
は、そのフィルタ面上にパティキュレートが堆積してい
くと、フィルタが目詰まりを起こし、排気圧力が過度に
上昇してエンジン性能を低下させることがある。このた
め、この種の排気ガス浄化装置においては、フィルタの
目詰まりが許容レベルを超えたときに、堆積しているパ
ティキュレートを燃焼させて、そのフィルタを再生させ
ることが必要である。

【０００４】パティキュレートを捕集するとともに、パ
ティキュレートフィルタを効率良く再生することができ
る排気ガス浄化装置としては、２つのパティキュレート
フィルタを備え、一方のパティキュレートフィルタでパ
ティキュレートを捕集しながら他方のパティキュレート
フィルタを再生する、捕集と再生を同時に行うタイプの
排気ガス浄化装置が知られている。このタイプの排気ガ
ス浄化装置は、例えば、特開平６−２８８２２１に開示
されている。この排気ガス浄化装置は、排気管に切替弁
を介して接続される２つのフィルタケースを有し、各フ
ィルタケース内には、パティキュレートフィルタと電熱
ヒータとが配設されている。この排気ガス浄化装置にお
いては、前記切替弁により一方のフィルタケースに排気
ガスを導入してパティキュレートの捕集を行う。そし
て、このパティキュレートフィルタ上に堆積したパティ
キュレートが許容レベルを超えたときに、切替弁を切り
替えて、他方のフィルタケースに排気ガスを導入し、他
方のパティキュレートフィルタにより引き続きパティキ
ュレートの捕集を行う。このとき、一方のフィルタケー
スにおいては、電熱ヒータによりパティキュレートフィ
ルタを加熱し、フィルタ上に堆積したパティキュレート
を燃焼させてフィルタの再生を行う。

【０００５】このように２つのパティキュレートフィル
タを使用して交互にパティキュレートの捕集、パティキ
ュレートの燃焼を繰り返すことで、走行中でも常にパテ
ィキュレートを捕集することができるとともに、効率良
くフィルタを再生することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記排気ガ
ス浄化装置は、それぞれにパティキュレートフィルタ、
電熱ヒータ等を収容したフィルタケースを２本用意し、
これらを並列に配置しているため、装置自体が大型化
し、重量増および製造コスト高を招く不都合がある。ま
た、フィルタの再生を行う排気ガス浄化装置において
は、フィルタを再生する際、パティキュレートの燃焼に
より発生した高温ガスがそのまま外部へ流出することを
防ぐために、フィルタケースの下流側に所定容積のタン
クを設け、高温ガスを当該タンク内に導くことにより高
温ガスの温度を下げてから外部へ排出することが一般的
に行われている。このようなことからも装置自体が大型
化しやすいという問題がある。

【０００７】本発明は、以上のような排気ガス浄化装置
における問題を解決し、装置自体を小型軽量化して、車
両への搭載スペースを小さくし、車両への搭載の自由度
を高めることができる排気ガス浄化装置の提供を目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の本発明の排気
ガス浄化装置は、１つのケース内に、２つのパティキュ
レートフィルタを互いの排気ガス流出側端面同士が対向
するように縦に配置し、当該ケースの両端に排気ガス導
入管を接続し、２つのフィルタの対向端面の中間の位置
に排気ガス導出部を備えている。このため、フィルタケ
ースの幅方向の寸法を小さく抑えることができるととも
に、フィルタの排気ガス流出側端面の下流側に設けられ
る高温ガスの温度を下げるためのスペースを各フィルタ
毎に設けるのではなく、共用することができる。

【０００９】また、請求項２の本発明の排気ガス浄化装
置では、フィルタケースの長手方向に沿って排気ガス導
出管が配設されるので、装置全体の幅方向の寸法が大き
くなることを極力抑えることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１に基づ
いて説明する。図１は、本発明に係る排気ガス浄化装置
１の構成を示す。図１において、ディーゼルエンジン
（以下単に「エンジン」という）の排気マニホールド
（図示せず）に、排気経路２が接続されており、この排
気経路２は、第１排気ガス導入管２Ａと第２排気ガス導
入管２Ｂとに分岐されている。第１排気ガス導入管２Ａ
および第２排気ガス導入管２Ｂの下流側端部は、フィル
タケース３の両端部（排気ガス導入部３ａ，３ｂ）にそ
れぞれ接続されている。

【００１１】フィルタケース３は、略円筒状をなし、そ
の長手方向が車体前後方向に沿うように配置されてい
る。尚、図中矢印Ａは車体前方を示す。そして、フィル
タケース３内には、排気ガス中のパティキュレートを捕
集する、第１パティキュレートフィルタ（以下単に「第
１フィルタ」という）４１と、第２パティキュレートフ
ィルタ（以下単に「第２フィルタ」という）４２とが、
互いの排気ガス流出側端面（対向端面）４１ａ，４２ａ
同士を対向させて所定間隔をあけて配置されている。こ
のとき、第１フィルタ４１および第２フィルタ４２は、
それぞれ、排気ガス流入側端面４１ｃ、４２ｃ部の周縁
に形成されたフランジ部４１ｄ、４２ｄを介してフィル
タケース３に固定されている。ここで、第１フィルタ４
１および第２フィルタ４２は、それぞれ、多数の細路４
１ｂ，４２ｂを同一方向に向けて積層されたハニカム構
造の耐熱性を有するセラミックにより形成されており、
隣り合う細路４１ｂ，４２ｂは、交互に前端と後端とが
閉塞されており、導入された排気ガスが各細路４１ｂ，
４２ｂの側壁を透過する際にこの排気ガス中に含まれる
パティキュレートを濾過して捕集するように構成されて
いる。

【００１２】フィルタケース３内において、第１フィル
タ、第２フィルタの排気ガス流入側端面４１ｃ，４２ｃ
の上流側には、第１、第２フィルタを加熱して、フィル
タ面に堆積したパティキュレートを燃焼させるための加
熱手段である電熱ヒータ５Ａ，５Ｂがそれぞれ配設され
ている。ここで、電熱ヒータ５Ａ、５Ｂは、バッテリに
スイッチを介して接続され（ともに図示せず）、第１，
第２フィルタ４１、４２の再生時に通電されて発熱す
る。電熱ヒータ５Ａ、５Ｂは、フィルタ４１、４２の排
気ガス流入側端面に対向する位置に排気ガス流路（各細
路）の断面方向に略均一に分布して配置されており、通
電時にフィルタ４１、４２をパティキュレートの燃焼温
度以上に加熱する。更に、電熱ヒータ５Ａ，５Ｂの上流
側には、通気孔が多数形成された熱反射板６Ａ，６Ｂが
それぞれ配設されている。この熱反射板６Ａ，６Ｂは、
電熱ヒータ５Ａ，５Ｂの熱を有効に利用するためのもの
である。更に、熱反射板６Ａ，６Ｂの上流側には、多数
のスリットが形成された整流板７Ａ，７Ｂがそれぞれ配
設されている。この整流板７Ａ，７Ｂは、第１および第
２フィルタに流入する排気ガスの分布を均等にする働き
をする。

【００１３】フィルタケース３内においては、第１、第
２フィルタ４１、４２が、それらの対向端面４１ａ、４
２ａが所定間隔をあけて配置されているために、所定容
積の空間３ｃが形成されている。この空間３ｃは、第１
フィルタ４１およびそのフランジ部４１ｄと、第２フィ
ルタ４２およびそのフランジ部４２ｄと、フィルタケー
スの内周面とにより囲まれた空間と相俟ってフィルタの
再生時に流出する高温ガスの温度を下げるためのスペー
スとして利用される。そして、第１フィルタと第２フィ
ルタ対向端面間の略中間の位置に排気ガス導出部として
の排出口３ｄが設けられており、この排出口３ｄには、
図示しないマフラへの排気ガス排出管３１が接続されて
いる。この排気ガス排出管３１は、排出口３ｄの直ぐ下
流で直角に曲げられ、フィルタケース３の長手方向に沿
って車両前後方向後方へ延びている。これにより、装置
全体が幅方向にコンパクトになり、レイアウト自由度を
向上させることができる。

【００１４】第１排気ガス導入管２Ａ、第２排気ガス導
入管２Ｂには、排気ガスの流入を制御する制御弁手段と
しての切換弁２１、２２が設けられている。これらの切
換弁２１、２２は、図示しないアクチュエータにより駆
動される。切換弁２１は、第１フィルタ４１が再生時に
あるときには第１排気ガス導入管２Ａを閉鎖し、パティ
キュレート捕集時にあるときには連通する。同様に切換
弁２２は、第２フィルタ４２が再生時にあるときには第
２排気ガス導入管２Ｂを閉鎖し、パティキュレート捕集
時にあるときには連通する。

【００１５】第１排気ガス導入管２Ａと第２排気ガス導
入管２Ｂとは、フィルタケース３の排気ガス導入部３
ａ，３ｂの上流で、且つ、切替弁２１，２２よりも下流
の所定位置において連通路８で連通されており、連通路
８の略中央に開閉弁９が設けられている。この開閉弁９
は、アクチュエータ９ａにより駆動されて、連通路８を
連通又は閉鎖する。この連通路８により燃焼用ガス供給
手段が構成され、一方の切替弁２１（２２）が閉弁され
ていても必要な燃焼用ガスが確保できる。

【００１６】以上のように、本発明の排気ガス浄化装置
１は、第１フィルタ４１、第２フィルタ４２を、互いの
排気ガス流出側端面同士を対向させて縦に配置し、同一
のフィルタケース３内に収容しているため、フィルタケ
ースの幅方向の寸法をフィルタ１本分程度の寸法に抑え
ることができる。また、フィルタケース３内部における
第１、第２フィルタの周囲および中間の空間３ｃを再生
側フィルタから流出する高温ガスの温度を下げるための
スペースとして共用することができ、フィルタケースの
全長が必要以上に長くなることを抑えることができ、１
つのフィルタを収容する従来型のフィルタケースを単純
に２つ直列に配置する場合に比べ、装置の長手方向の寸
法を短く抑えられる。このため、後輪の後方に乗降扉が
設けられたバスのように、車体下部に張り出す乗降用ス
テップの影響で車体後方下部の車幅方向スペースに余裕
のない車両や、他の理由で大きな設置スペースが確保で
きない車両であっても、本発明の排気ガス浄化装置であ
れば容易に搭載できる。しかも、排気ガス浄化装置１に
おいては、配管を複雑に取り回す必要がなく、メンテナ
ンスも容易に行える。

【００１７】以上のような構成の排気ガス浄化装置１を
用いて、排気ガス中からパティキュレートの捕集および
フィルタの再生を行う際の手順を説明する。まず、初期
状態において、いずれか一方の切替弁、例えば、切換弁
２１が開弁して第１排気ガス導入管２Ａが排気経路２に
連通され、切換弁２２が閉弁されて第２排気ガス導入管
２Ｂが閉鎖されており、且つ開閉弁９が閉弁されて連通
路８が閉鎖されている。また、スイッチは、オフとされ
ており、電熱ヒータ５Ａ、５Ｂは、非通電状態にある。

【００１８】エンジンが作動すると、エンジンから排出
された排気ガスは、排気経路２から第１排気ガス導入管
２Ａを通して第１フィルタ４１側の排気ガス導入部３ａ
よりフィルタケース３に導入され、整流板７Ａ、熱反射
板６Ａ、電熱ヒータ５Ａ、第１フィルタ４１、空間３ｃ
を通過して排気管３１に排出される。このとき、整流板
７Ａは、排気ガスの流れの分布を整え、フィルタに対し
て、均等に排気ガスが導入されるようにする。これによ
り、フィルタの一部にパティキュレートが集中して堆積
することを防ぐ。そして、第１フィルタ４１は、透過す
る排気ガスに含有されているパティキュレートを捕集す
る。

【００１９】排気ガス中のパティキュレートの捕集が進
み、第１フィルタ４１が捕集したパティキュレートの堆
積量が設定値を超えたとき、切換弁２１を閉弁して第１
排気ガス導入管２Ａを閉鎖すると共に、切換弁２２を開
弁して第２排気ガス導入管２Ｂを連通して排気ガスの流
路を第１フィルタ４１側から第２フィルタ４２側に切り
換える。これにより、エンジンの排気ガスは、排気経路
２、第２排気ガス導入管２Ｂを通して第２フィルタ４２
側の排気ガス導入部３ｂよりフィルタケース３に導入さ
れ、第１フィルタ４１と同様にして第２フィルタ４２に
よりパティキュレートが捕集される。

【００２０】そして、車両が所定の再生運転状態にある
とき、第１フィルタ４１側の電熱ヒータ５Ａのスイッチ
をオンにしてバッテリから電熱ヒータ５Ａに通電し、第
１フィルタ４１の加熱を行う。加熱により、第１フィル
タ４１の温度がパティキュレート燃焼温度（６００℃）
以上に達したのち、開閉弁９を開弁して連通路８を連通
する。これにより第２排気ガス導入管２Ｂを流れている
排気ガスの一部が燃焼用ガスとして連通路８を通して第
１フィルタ４１側に導入される。ここで、ディーゼルエ
ンジンは、空気過剰率１以上で運転されているので、排
気ガス中には残存酸素が比較的多く含まれている。この
ため、パティキュレート燃焼温度以上に加熱された第１
フィルタ４１に、酸素を含む排気ガスが燃焼用ガスとし
て適量供給されることによりフィルタに堆積したパティ
キュレートが燃焼する。尚、電熱ヒータ５Ａへの通電
は、第１フィルタ４１をパティキュレート燃焼温度以上
に加熱しパティキュレートが燃焼を開始した後停止す
る。パティキュレートの燃焼により生じた高温ガスは、
所定容積の空間３ｃにおいてフィルタケースの壁面等と
接して放熱することにより温度が下げられたのち、排出
口３ｄを通って排気ガス排出管３１よりマフラーを介し
て外部へ排出される。

【００２１】尚、従来のような、１つのフィルタケース
に１つずつパティキュレートフィルタを収容する排気ガ
ス浄化装置においては、フィルタを再生するために排気
ガスの流入が止められると、フィルタ自体の温度が低下
し易くなる。フィルタを再生するにあたり、排気ガスの
流入が止められた後ただちに、電熱ヒータによりフィル
タを加熱したとしても、フィルタ前端（排気ガス導入側
端面）側に取り付けられた電熱ヒータの熱が後部（排気
ガス流出側）にまで均一に伝わらないことがあり、フィ
ルタの後部側の温度が低くなり、この部位の着火性が低
下することがある。着火性が低下すると、堆積している
パティキュレートが燃え残ってしまう。そして、この燃
え残っているパティキュレートが幾重にも堆積し、ある
温度条件で一度に燃焼する。この結果、フィルタが部分
的に高温になり易く、フィルタが溶損したり、熱応力に
よりフィルタの耐久性が低下するという不具合が生じる
ことがあった。

【００２２】しかしながら、本発明の排気ガス浄化装置
１においては、第１フィルタ４１と第２フィルタ４２の
排気ガス流出側端面４１ａ，４２ａが対向している構成
をとるので、例えば、第１フィルタ４１でパティキュレ
ートの捕集を行っている場合、第１フィルタ４１から流
出する排気ガスにより再生側フィルタの後部を暖めるこ
とができる。このため、再生側フィルタの後部（排気ガ
ス流出側端面部）の着火性を良好に保つことができ、パ
ティキュレートが燃え残ることを極力なくすことができ
る。

【００２３】上述のようにして、第２フィルタ４２を使
用してエンジンの排気ガス中のパティキュレートを捕集
しながら走行している間に第１フィルタ４１に捕集した
パティキュレートを燃焼させて再生する。そして、再生
が完了した第１フィルタ４１は、次にパティキュレート
を捕集するまで待機する。ついで、第２フィルタ４２の
パティキュレート堆積量が設定値を超えると、切換弁２
１を開弁して排気経路２に第１排気ガス導入管２Ａを連
通し、切換弁２２を閉弁して第２排気ガス導入管２Ｂを
閉鎖して、第１フィルタ４１側に排気ガスを導入する。
そして、第１フィルタ４１によりエンジンから排出され
る排気ガス中のパティキュレートを捕集する。そして、
前述した第１フィルタ４１の再生と同様にして第２フィ
ルタ４２の再生を行う。このような動作を交互に繰り返
すことにより、パティキュレートフィルタの再生を行い
ながら排気ガス中のパティキュレートを取り除くことが
できる。

【００２４】尚、フィルタ面上に堆積したパティキュレ
ートを燃焼させる場合、ヒータの代わりにバーナーを使
用してもよい。

【００２５】

【発明の効果】請求項１の本発明の排気ガス浄化装置
は、２つのフィルタを同一のフィルタケース内に縦に収
容しているので、フィルタケースの幅方向の寸法を小さ
く抑えられるとともに、フィルタの下流側に設けられ
る、パティキュレートの燃焼により生じた高温ガスの温
度を下げるためのスペースを各フィルタ毎に設けるので
はなく共用することができるので、装置全体を小型軽量
化できる。

【００２６】また、請求項２の本発明の排気ガス浄化装
置は、フィルタケースの幅寸法が小さいとともに、フィ
ルタケースの排出口に接続された排気ガス排出管が、当
該フィルタケースの長手方向に沿って配置されているの
で、装置全体の幅が狭くなり、占有スペースをより小さ
くすることができる。このため、車両への搭載の自由度
が一層向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る排気ガス浄化装置の概
要を示す構成図である。

【符号の説明】

１ 排気ガス浄化装置 ２ 排気経路 ２Ａ 第１排気ガス導入管 ２Ｂ 第２排気ガス導入管 ３ フィルタケース ３ａ 排気ガス導入部 ３ｂ 排気ガス導入部 ３ｃ 空間 ３ｄ 排出口 ５Ａ，５Ｂ 電熱ヒータ ２１，２２ 切替弁 ４１ 第１フィルタ（パティキュレ
ートフィルタ） ４２ 第２フィルタ（パティキュレ
ートフィルタ） ４１ａ，４２ａ 排気ガス流出側端面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気経路を二股状に分岐して
   設けられた一対の排気ガス導入管と、排気ガス流出側端
   面同士を対向させて配設された一対のパティキュレート
   フィルタと、前記各パティキュレートフィルタに併設さ
   れたフィルタ再生用の加熱手段と、前記一対のパティキ
   ュレートフィルタ及び各前記加熱手段を収容するととも
   に両端部に前記各排気ガス導入管がそれぞれ接続され、
   前記一対のパティキュレートフィルタの対向端面間に位
   置する部位に排気ガス導出部が形成されているフィルタ
   ケースと、前記各排気ガス導入管への排気ガスの流入を
   制御する制御弁手段とを備えていることを特徴とする排
   気ガス浄化装置。
2. 【請求項２】 前記排気ガス導出部に排気ガス排出管
   が、前記フィルタケースの長手方向に沿って配設されて
   いることを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化装
   置。