JPH1162557A - 内燃機関の排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、フィルタの再生時、フィルタの外周
部においてパティキュレートを燃焼させるのに十分な発
熱量（温度）の火炎の伝ぱが行える内燃機関の排気ガス
浄化装置を提供する。 【解決手段】本発明の排気ガス浄化装置は、排気ガス中
のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィル
タ７の流出側に、該流出側の端面中央部とだけ対向する
小面積の整流板１０を設けて、フィルタ７の中央部にお
ける流通抵抗を大、外周部における流通抵抗を小に定め
て、フィルタ７の外周部でのパティキュレートの捕集量
を中央部より多く、すなわちパティキュレートの堆積密
度がフィルタ７の中央部より外周部で高くなるように
し、フィルタ再生時、フィルタ７の外周部において、フ
ィルタ７の外周部から逃げる熱を補償する高い発熱量の
火炎の伝ぱが生ずるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気ガ
スに含まれるパティキュレートをパティキュレートフィ
ルタで捕集する内燃機関の排気ガス浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の内燃機関、特にディーゼルエ
ンジンから排気される排気ガス中には、カーボンを主成
分とするパティキュレート（排気微粒子）が含まれてい
る。そこで、ディーゼルエンジンを搭載した自動車で
は、ディーゼルエンジンの排気経路に、セラミック製の
パティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタとい
う）を有する排気ガス浄化装置を設けて、フィルタで排
気ガス中のパティキュレートを捕集することが行われて
いる。

【０００３】ところで、フィルタは、捕集されたパティ
キュレートが堆積して増えると、通気性が次第に損なわ
れる。そのため、フィルタは再生が求められる。そこ
で、自動車の排気ガス浄化装置では、実開平４−３４４
２２号にも示されるように加熱手段、例えば電気ヒータ
で、堆積したパティキュレートをフィルタ上で焼却する
ことが行われている（フィルタ再生）。

【０００４】具体的には、フィルタの再生には、フィル
タへのパティキュレート堆積量が所定値を超えて、フィ
ルタの再生時期になると、制御部の指令で電気ヒータを
所定時間作動させ、フィルタの流入側の端面をパティキ
ュレート燃焼温度まで加熱して、その後、再生ガス、例
えば排気ガスの一部をフィルタの流入側へ導入させて流
入端面側のパティキュレートに着火させ、フィルタ内部
に形成された火炎を流出側へ伝ぱさせ、堆積したパティ
キュレートをフィルタ内で焼却させていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】こうした焼却による再
生は、堆積したパティキュレートを燃焼させるのに十分
な発熱量（温度）を保ちながら、火炎がフィルタの流入
側から流出側へ伝ぱすることが望ましい。

【０００６】ところで、フィルタは、構造上、外周部か
ら熱が逃げやすい。このため、焼却の際、火炎の温度
は、フィルタの中央部に比べてフィルタの外周部が低
い。しかも、フィルタの外周部は、熱が奪われながら火
炎が流入端から流出端へ伝ぱするので、堆積したパティ
キュレートを十分に燃焼させるのに必要な発熱量が確保
できなくなることがある。

【０００７】この現象は、特にフィルタの流出側で顕著
に発生しやすく、多くの燃え残りをフィルタの外周部に
もたらしてしまう。このため、フィルタの再生率は、あ
まり良いものではなかった。しかも、熱が奪われること
によりフィルタ中央部とフィルタ外周部とは、かなりの
温度差が生じるので、フィルタ自身の耐久性を低下させ
る要因ともなり、逃げる熱を考慮した改善が求められて
いる。

【０００８】本発明は上記事情に着目してなされたもの
で、その目的とするところは、フィルタの再生時、フィ
ルタの外周部においてパティキュレートを燃焼させるの
に十分な発熱量（温度）の火炎の伝ぱが行える内燃機関
の排気ガス浄化装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載の排気ガス浄化装置では、フィルタの
流出側に、該流出側の端面中央部とだけ対向する小面積
の整流板を設けて、フィルタの中央部における流通抵抗
を大、外周部における流通抵抗を小に定めて、フィルタ
の外周部でのパティキュレートの捕集量を中央部より多
くする、すなわちパティキュレートの堆積密度がフィル
タの中央部より外周部で高くなるようにし、フィルタの
再生時、フィルタ外周部において、逃げる熱を補償する
高い発熱量を有する火炎が伝ぱするようにした。

【００１０】すなわち、フィルタの再生は、加熱手段に
よってフィルタの流入側の端面を加熱してフィルタ内部
に火炎を形成し、この火炎が流出側の端面へ伝ぱするこ
とによって行われる。

【００１１】このとき、フィルタ外周側でのパティキュ
レートの堆積量は多い、すなわち中央部に比べて堆積密
度が高いから、フィルタの外周部では高い発熱量をもつ
火炎が伝ぱする。

【００１２】ここで、この火炎の伝ぱは、フィルタの外
周部から熱が奪われながら、フィルタの流入端側から流
出端へ進むが、高い発熱量の火炎なので、火炎の伝ぱ
中、熱がフィルタ外周部から奪われても、流出側へは十
分にパティキュレートを燃焼させるのに必要な発熱量を
もつ火炎が伝ぱされるようになる。

【００１３】すなわち、フィルタ外周部の火炎の発熱量
は、あらかじめ熱の逃げ分が補償されているので、熱が
奪われた後でも、フィルタの外周部では、フィルタの中
央部と同じように、堆積したパティキュレートが良好に
フィルタ上で燃焼される。

【００１４】したがって、パティキュレートの燃え残り
が少なくなり、再生率が向上する。しかも、整流板は、
フィルタ再生時、再生ガスからの熱伝達により温度上昇
して、自身からの熱輻射で、フィルタの流出側の端面を
加熱するので、燃え残りが生じやすい流出側のパティキ
ュレートの燃焼が促進され、一層、フィルタの再生率が
向上する。

【００１５】そのうえ、フィルタ外周部の温度とフィル
タ中央部の温度との差は小さくなるので、フィルタの内
部温度の均一化がもたらせられ、フィルタの耐久性にも
優れるようになる。

【００１６】請求項２に記載の排気ガス浄化装置では、
整流板を支持する支持部材が、整流板の外側を通過する
排気ガスの抵抗とならない構造を採用して、フィルタの
捕集機能を損なわないよう、フィルタの外周寄りを排気
ガスがスムーズに通過するようにした。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図１に示す第１の
実施形態にもとづいて説明する。図面は、内燃機関、例
えば自動車（車両）に搭載されたディーゼルエンジン
（図示しない）から延びる排気管１（排気経路に相当）
の途中に介装された排気ガス浄化装置２の概略構成を示
している。

【００１８】この排気ガス浄化装置２の構造を説明すれ
ば、図中４は収容ケース（ケースに相当）である。収容
ケース４は、例えば円筒形をなしていて、一端部にはエ
ンジン側へ向かう排気管部分につながる流入口５が形
成、他端部には排気管１の排気口（図示しない）へ向か
う排気管部分に流出口６が形成されている。つまり、収
容ケース４は、流入口５から流出口６へ向かい、排気ガ
スが通過する構造である。

【００１９】この収容ケース４内の中央には、該ケース
内を遮るように、パティキュレートフィルタ７（以下、
単にフィルタという）が設置されている。フィルタ７
は、例えばセラミック等の多孔質部材からなる隔壁を備
えた円筒形のハニカムフィルタから構成されている。そ
して、内部の隔壁で囲まれた多数の通路群の両端は、収
容ケース４の流入口５，流出口６に向いていて、流出口
６側が目封じされた流入通路９ａと流出口５側が目封じ
された流出通路９ｂとが交互が配列されている。つま
り、ディーゼルエンジンから排気された排気ガスが流入
通路９ａ内に流れ込み、この排気ガスが流入通路９ａと
流出通路９ｂとの間の薄い隔壁を通過する際、排気ガス
中のパティキュレートを捕集し、浄化された排気ガスは
流出通路９ｂを通って流出口６側に排出される構造とな
っている。

【００２０】このフィルタ７の流出側には、フィルタ７
の端面と対向、具体的には端面の中央部と近接対向して
整流板１０が配置してある。整流板１０は、フィルタ７
の端面径より小さな円形状をなす例えば円形の鉄板部材
から形成してあり、フィルタ７の中央（中心）側だけを
遮っている。そして、この小面積の整流板１０の遮蔽が
もたらす抵抗によって、積極的にフィルタ７の内部の通
気抵抗（通路群の抵抗）を、中央（中心）側が高く
（大）、外周側が低く（小）なるようにしている。

【００２１】そして、パティキュレートの捕集の際に
は、この通気抵抗の差分、フィルタ７の外周側を通過す
る排気ガスの流量が増大、フィルタ７の中央側を通過す
る排気ガスの流量が減少され、フィルタ７の外周部にお
けるパティキュレートの捕集量をフィルタ７の中央（中
心）部よりも多くなるようにしている。

【００２２】つまり、フィルタ７の内部で捕集されるパ
ティキュレートの堆積密度が、フィルタ７の中央部より
外周部で高くなるようにしてある。また整流板１０の流
出側に向く側面の中央部は、収納ケース４の下流側の端
面４ａから突き出た支持部材、例えば流出口６の周りの
端面部分から該流出口６と連続するように突き出たパイ
プ部材１２の端部に連結されていて、整流板１０の外側
を通過する排気ガスの抵抗とならないように整流板１０
の全体を支持している。

【００２３】なお、パイプ部材１２の周壁は、複数の通
孔１２ａを有していて、これら通孔１２ａを通じて、フ
ィルタ７を通過した排気ガスを流出口６へ導出させる構
造にしてある。

【００２４】またフィルタ７の流入側（上流側）には、
再生時に用いるフィルタ再生用の加熱手段、例えば電気
ヒータ１３が取り付けられている。そして、この電気ヒ
ータ１３と再生ガスを用いて、堆積したパティキュレー
トをフィルタ７上で焼却させるようにしている。すなわ
ち、フィルタ７の再生は、図示しない制御部の指令で行
われる電気ヒータ１３の所定時間の作動で、フィルタ７
の流入側の端面７ａをパティキュレート着火温度まで加
熱して、その後、再生ガス、例えば排気ガスの一部をフ
ィルタ７の流入側へ導入させて流入端面側のパティキュ
レートに着火させ、フィルタ内部に形成された火炎を流
出側の端面７ｂへ伝ぱさせることにより行われるように
してある。

【００２５】なお、図中４は電気ヒータ１３の上流側に
設置された熱反射板である。そして、こうして構成され
た排気ガス浄化装置にて、フィルタ７に高い再生率をも
たらせるようにしてある。

【００２６】すなわち、排気ガス浄化装置の作用につい
て説明すれば、今、排気ガス浄化装置が捕集モードにあ
るとする。すると、ディーゼルエンジン（図示しない）
から排出された排気ガスが収容ケース４へ導かれてい
く。

【００２７】この排気ガスがフィルタ７を通過する間に
おいて、排気ガス中のパティキュレートがフィルタ内部
（通路群）で捕集されて、壁面上に堆積していく。ここ
で、フィルタ７の通気抵抗は、流出側の端面中央を遮る
ように取り付けた整流板１０によって、整流板１０と対
向する中央（中心）部の流通抵抗が大、整流板１０から
外れる外周部の流通抵抗が小に変化させてある。

【００２８】それ故、フィルタ７の中央部を流れる排気
ガスの流量は少なく、その分、フィルタ７の外周部を流
れる排気ガスの流量は多くなる。これにより、パティキ
ュレートの捕集量は、フィルタ７の外周部で多く、中央
部で少ない。

【００２９】こうして捕集されたパティキュレートが次
第に通路９に堆積していくので、パティキュレートの堆
積密度は、フィルタ７の中央（中心）部で低く、外周部
で高くなる。図中１の二点鎖線の斜線域Ａは、その高い
堆積密度でパティキュレートが堆積している部分を示し
ている。

【００３０】フィルタ７は、こうした堆積密度の分布の
残したまま、フィルタ７の再生時期を迎えていく。続い
て、制御部（図示しない）の指令により、フィルタ７を
再生する再生モードに入る。

【００３１】フィルタ７の再生は、電気ヒータ１３を所
定時間通電して、フィルタ７の流入側の端面７ａをパテ
ィキュレート着火温度まで加熱した後、再生ガス、例え
ば燃焼ガスの一部をフィルタ７の流入側へ導入して流入
端面側のパティキュレートに着火させ、フィルタ内部に
形成された火炎を流出側の端面７ｂへ伝ぱさせることに
より行われる。

【００３２】このとき、パティキュレートの堆積密度
は、フィルタ７の外周部が、中央部に比べて高いので、
フィルタ７の外周部では高い発熱量をもつ火炎が伝ぱす
る。ここで、この火炎の伝ぱは、フィルタ７の外周部か
ら熱が奪われながら、フィルタ７の流入側から流出端へ
進むが、高い発熱量の火炎なので、火炎の伝ぱ中、熱が
フィルタ外周部から奪われても、流出側へは十分にパテ
ィキュレートを燃焼させるのに必要な発熱量をもつ火炎
が伝ぱされる。

【００３３】すなわち、フィルタ外周部の火炎の発熱量
は、あらかじめ熱の逃げ分が補償される高い熱量を有し
ているので、熱が奪われても、フィルタ７の外周部で堆
積したパティキュレートは流出側の端面７ｂに至るま
で、フィルタ７の中央部と同じように、良好に燃焼され
る。

【００３４】したがって、パティキュレートの燃え残り
を少なくすることができ、再生率の向上が図れる。しか
も、整流板１０は、フィルタ７の通気抵抗を変えるだけ
でなく、フィルタ再生時には、収容ケース４を流通する
再生ガス（燃焼ガスの一部）から伝わる熱により温度上
昇し、自身からの熱輻射で、火炎が到達する前のフィル
タ７の流出側の端面７ｂを加熱し、燃え残りが生じやす
い流出側のパティキュレートの燃焼を促進するので、更
に高い再生率の向上が期待できる。

【００３５】そのうえ、フィルタ外周部の温度とフィル
タ中央部の温度との差は小さくなるので、フィルタ７の
内部温度の均一化が図れ、フィルタ７の耐久性の向上も
併せて図ることができる。

【００３６】また整流板１０は、収容ケース４の下流側
の端面から延びるパイプ部材１２で支持してあるので、
整流板１０を支持する部材が、整流板１０の外側を通過
する排気ガスの抵抗とならない、すなわちフィルタ７の
外周寄りを排気ガスがスムーズに通過するようになり、
フィルタ７の捕集機能を損なわずにすむ。

【００３７】図２は、本発明の第２の実施形態を示す。
本実施形態は、鋼板製の整流板１０でなく、セラミック
材から円形板状に形成した整流板１５を採用したもので
ある。

【００３８】セラミック製の整流板１５は、燃焼ガス
（再生ガス）からの熱を許容する能力が大きく、熱輻射
の能力も高いので、フィルタ再生時、燃え残りを生じや
すいフィルタ７の流出側を、一層、効率良く加熱するこ
とができ、一層、高いフィルタ７の再生率の向上を期待
できる。

【００３９】但し、図２においてセラミック製の整流板
１５以外の部分は、図１に示す排気ガス浄化装置と同じ
なので、同じ部分には同一符号を付して、その説明を省
略した。

【００４０】なお、上述した実施形態とも、円形の整流
板を採用したが、これに限らず、他の形状の整流板を用
いてもよい。また上述した実施形態とも、加熱手段とし
て電気ヒータを採用したが、これに限らず、バーナ等他
の方式の加熱手段を採用してもよい。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように請求項１に記載の発
明によれば、フィルタの外周部に高い堆積密度でパティ
キュレートを堆積させ、フィルタの再生時、このパティ
キュレートを燃焼させるので、たとえフィルタの外側か
ら熱が奪われても、フィルタの外周部ではパティキュレ
ートを燃焼させるのに十分な発熱量（温度）をもつ火炎
を伝ぱさせることができる。

【００４２】したがって、パティキュレートの燃え残り
を少なくすることでき、フィルタの再生率の向上を図る
ことができる。しかも、整流板は、フィルタ再生時、再
生ガスからの熱伝達により温度上昇して、自身からの熱
輻射で、フィルタの流出側の端面を加熱するので、燃え
残りが生じやすい流出側のパティキュレートの燃焼が促
進され、一層、高いフィルタの再生率が期待できる。

【００４３】そのうえ、フィルタ再生時のフィルタは、
外周部の温度と中央部の温度との差は小さくなるので、
フィルタの内部温度の均一化を図ることができ、フィル
タの耐久性の向上も図ることができる。

【００４４】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の効果に加え、整流板を支持する支持部材
が、整流板の外側を通過する排気ガスの抵抗とならない
ので、フィルタの捕集機能を損なわずにすむといった効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の排気ガス浄化装置の
構造を示す断面図。

【図２】本発明の第２の実施形態の排気ガス浄化装置の
構造を示す断面図。

【符号の説明】

１…ディーゼルエンジンの排気管（排気経路） ４…収容ケース（ケース） ７…パティキュレートフィルタ １０…整流板 １３…電気ヒータ（加熱手段）。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気経路に設けられ排気ガス
   中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィ
   ルタと、 前記パティキュレートフィルタの上流側に配置され該パ
   ティキュレートフィルタを流入側の端面から加熱するフ
   ィルタ再生用の加熱手段と、 前記パティキュレートフィルタの流出側の端面中央部に
   対向して設けられ前記流出側の端面より小面積の整流板
   とを具備することを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化
   装置。
2. 【請求項２】 前記パティキュレートフィルタ、前記前
   記整流板を一緒に収容するケースを有し、 前記整流板が、前記収容ケースの下流側の端面から延び
   る支持部材により支持されることを特徴とする請求項１
   に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。