JPS6231165B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、内燃機関において、排気ガス中のカ
ーボン微粒子を除去するためのカーボン微粒子浄
化装置、特に排気ガス通路にフイルター部材より
なるカーボン微粒子捕集手段と該捕集手段により
捕集されたカーボン微粒子を燃焼浄化するための
加熱手段とを設けたカーボン微粒子浄化装置に関
するものである。

従来、カーボン微粒子浄化装置として、排気ガ
ス通路にカーボンを主成分とする微粒子（以下、
カーボン微粒子という）を捕集するためのフイル
ター部材を設け、捕集されたカーボン微粒子を排
気ガスの熱により燃焼せしめるようになしたもの
がある。

しかしながら、この浄化装置における問題点は
フイルター部材の目づまりである。すなわち、排
気ガス温度がカーボンの燃焼に必要な温度（600
℃前後）以上となるのは高負荷運転時のみに限ら
れ、車両の市街地走行では排気ガス温度が600℃
以上となるような運転条件は極めて少なく、従つ
て捕集されたカーボン微粒子が燃焼せずにフイル
ター部材が目づまりを起すのである。

そこで、この目づまりを防止するためにフイル
ター部材に近接してその上流側に加熱手段を設
け、フイルター部材におけるカーボン微粒子捕集
量が増加したときに加熱手段によつて捕集された
カーボン微粒子を燃焼浄化せしめる装置が提案さ
れている。本発明はこの形式のカーボン微粒子浄
化装置において、熱エネルギないしは加熱のため
の電気エネルギを可及的に節減し、かつ良好な加
熱効率を発揮せしめることを目的とするものであ
る。

上記形式のカーボン微粒子浄化装置における加
熱効率についての問題点としては、加熱手段によ
り捕集されたカーボン微粒子を加熱するときに比
較的低温の多量の排気ガスが常に流通しているた
め加熱効率が低いという問題がある。また、フイ
ルター部材として耐熱性にすぐれた材料、たとえ
ばセラミツクを用いたような場合、フイルター部
材の上流側はカーボン燃焼温度まで急激に加熱さ
れるが、後流側まで上記温度に加熱するには可成
りの熱量を必要とするということである。

そこで本発明は、加熱手段による加熱時には排
気ガスのフイルター部材への流通を阻止して加熱
効率を向上せしめ、かつ加熱手段によりフイルタ
ー部材上流側に対して所定の加熱を行なつた後
は、フイルター部材へ送風を行なつてフイルター
部材上流側の熱を下流側へ伝熱するようになし、
もつて加熱のためのエネルギーの節減をはかり、
上記の問題を解決するものである。

以下、本発明の実施例について説明する。

第１図において、Ａは吸気マニホールド、Ｂは
内燃機関本体（以下、エンジンという）、Ｃは排
気マニホールド、Ｅは排気管で、本発明のカーボ
ン微粒子浄化装置Ｄは排気マニホールドＣの下流
で排気管Ｅとの間に介設され、エンジンＢから排
出される排気ガスに含まれるカーボン微粒子を捕
集浄化する。以下浄化装置Ｄの実施例について第
２図ないし第４図により説明する。

第２図に示す第１の実施例について説明すれ
ば、装置本体１はステンレス製の筒状体で、その
両端のフランジ１ａ，１ｂにより排気ガス通路中
に固定されており、排気ガスは矢印Ｆ方向へ流れ
る。

２はカーボン微粒子捕集手段たるフイルター部
材で、コージエライト質の発泡セラミツクよりな
る。このフイルター部材２は、その外周面と本体
１の内周面との間に介設したステンレス製ワイヤ
ネツト３により径方向に弾性的に支持され、本体
１の内周面に溶接されたリングステー４１および
パンチングメタル４２により軸方向に固定されて
いる。本体１にはフイルター部材２の上流側と下
流側との間に排気ガスをバイパスさせるための排
気ガス通路１５が設けられ、上流側の分岐部には
排気ガスを本体１およびバイパス排気ガス通路１
５のいずれかへ選択的に流通せしめるための電磁
バルブ１６が設置されている。

５はオイルバーナで、フイルター部材２の上流
側の本体端壁に設置されており、燃料を供給する
配管は電磁バルブ６、燃料ポンプ７を介して燃料
タンク８に接続され、また空気を供給する配管は
電磁バルブ９を介して空気ポンプ１０に接続され
ている。１１はバーナ５から噴射する燃料と空気
の混合気を着火せしめるためのグロープラグで、
バーナ５の前方に設置されており、これ等バーナ
５およびグロープラグ１１で加熱手段および送風
手段を構成している。

１２ａ，１２ｂはそれぞれ上記フイルター部材
２の上流側および下流側の本体壁に設けた圧力タ
ツプで、配管により差圧検出器１３に接続されて
いる。これ等は、フイルター部材２におけるカー
ボン微粒子捕集量の増加に伴ないフイルター部材
２の上流側と下流側の差圧が増加することより、
間接的にカーボン微粒子捕集量を検知する手段を
構成する。差圧検出器１３は制御回路１４を介し
て、燃料供給系の電磁バルブ６および燃料ポンプ
７、空気供給系の電磁バルブ９および空気ポンプ
１０、着火手段たるグロープラグ１１および排気
ガス通路の分岐部に設けた電磁バルブ１６に電気
的に配線接続されている。制御回路１４は差圧検
出器１３からの信号により燃料供給系、空気供給
系および電磁バルブ１６を作動せしめるもので、
タイマー（図示せず）が内設されており、空気供
給系および電磁バルブ１６の作動時間は燃料供給
系およびその着火手段の作動時間よりも長く設定
されている。

次に上記実施例の作動について説明する。

カーボン微粒子を含む排気ガスは、エンジンＢ
より排気マニホールドＣを通つて浄化装置Ｄに導
入される。このとき排気ガス通路の分岐部に設け
た電磁バルブ１６は浄化装置本体１への流路を開
き、バイパス排気ガス通路１５への流路を閉じる
ように設定されている。本体１へ導入された排気
ガスに含まれるカーボン微粒子はフイルター部材
２に捕集され、清浄な排気ガスが後方に排出され
る。

フイルター部材２により捕集されたカーボン微
粒子の量が次第に増してくると、これに伴なつて
フイルター部材２の前後の差圧が増す。この差圧
が所定値に達すると差圧検出器１３からの電気的
信号により制御回路１４が作動し、これにより分
岐部の電磁バルブ１６、グロープラグ１１、燃料
ポンプ７および空気ポンプ１０、電磁バルブ６，
９に通電される。これにより分岐部の電磁バルブ
１９が作動して排気ガスの流通はバイパス排気ガ
ス通路１５へ切換えられる。また、燃料ポンプ７
および空気ポンプ１０が作動するとともに、電磁
バルブ６，９が開弁し、バーナ５から噴出される
燃料と空気の混合気はグロープラグ１１により着
火してバーナ炎が生じ、フイルター部材２の上流
側に作用し端面部は1000℃程度に加熱される。そ
して所定時間経過すると、制御回路１４のタイマ
ーにより燃料ポンプ７、電磁バルブ６およびグロ
ープラグ１１への通電が停止されて加熱は停止さ
れるが、空気供給系からの空気の供給は継続して
行なわれる。

この時点において、フイルター部材２の内部の
温度分布は、第３図の線ａに示すように上流側の
温度は高温（1000℃程度）になつており、下流側
はほとんど加熱されていない。なお、第３図にお
いてTcはカーボンの燃焼温度である。ここで、
空気の供給は継続して行なわれており、フイルタ
ー部材２の上流側で蓄熱された熱量は空気に伝達
され、この空気がフイルター部材２内を流通する
ことによりフイルター部材２は下流側へと順次熱
量が付与されて、フイルター部材２の温度分布は
第３図の線ｂから線ｃへと移行する。これによ
り、捕集カーボン微粒子はフイルター上流側から
下流側へ燃焼浄化されるのである。しかして、フ
イルター後流側の温度がTc以上となるに要する
時間はフイルター部材２の材料、寸法、通風量、
バーナによるエネルギ量等が決まれば決定される
ものであつて、この所要時間に設定された制御回
路１４のタイマーにより空気供給系の空気ポンプ
１０および電磁バルブ９、更に分岐部の電磁バル
ブ１６への通電が停止され、空気の供給が停止さ
れるとともに、排気ガスの流通は浄化装置本体１
へ切換えられる。

しかして、本発明の上記実施例装置において
は、浄化装置本体１内での加熱時の加熱効率を良
好にすることができる。すなわち、機関の通常運
転時における排気ガス温はカーボンの燃焼温度
（600℃程度）よりも低温であつて、この排気ガス
が加熱手段作動時に本体１内へ流入すると加熱効
率を低下せしめるのであるが、本装置において
は、加熱時には排気ガスはバイパス排気ガス通路
１５へ流れて装置本体１内へは流入しないため
に、効率よく少量の燃料で短時間に所要温度まで
加熱することができる。

更に本装置では、加熱手段によりフイルター部
材２の上流側のみを所要温度に加熱し、その後は
送風のみを行なつてその伝熱によりフイルター部
材２の後流側の加熱をなすように加熱手段および
送風手段の制御機構を構成したことにより、加熱
のための熱量を更に少なくし、大幅な消費燃料お
よび電力の節減を可能とした。

なお、本装置によるときは、フイルター部材２
により捕集されたカーボン微粒子は間欠的に燃焼
浄化され、フイルター部材２の目づまりが防止さ
れることはいうまでもない。

第４図は第２の実施例を示すもので、第１の実
施例との相違点を中心に説明すれば、加熱手段と
して抵抗線発熱体のヒータが用いられ、該ヒータ
５０は発熱部がニクロム線からなり、その周囲が
マグネシヤの絶縁粉体を介してステンレスパイプ
保護管により被覆されたいわゆるシースヒータで
あつて、フイルター部材２の上流に設けられたパ
ンチングメタル４３と上記保護管をスポツト溶接
することによりフイルター部材２の上流側に設置
され、ヒータ５０の両端は本体１に固着した端子
５１を介して制御回路１４に接続されている。

本体１のフイルター上流側に設けたホーン型ス
テー９１には通風タツプ９０がねじ止めされ、電
磁バルブ９を介して空気ポンプ１０に接続されて
いる。フイルター部材２内にはその上流側と下流
側とにそれぞれアルメルクロメル熱電対１７，１
８が設置され、これ等はステー１９，２０により
固定されるとともに制御回路１４に接続されてい
る。本装置は加熱手段としてヒータ５０を用い、
通風手段として空気供給源に接続する通風タツプ
９０を用い、かつフイルター部材２内に熱電対１
７，１８を設置した以外は上記実施例と実質的に
同一の構造を有している。

しかして本実施例装置においては、排気ガスを
バイパス排気ガス通路１５へバイパスさせた状態
においてヒータ５０に通電されることによりフイ
ルター上流側が所定温度に加熱される。このと
き、熱電対１９の信号により制御回路１４が作動
してヒータ５０への通電を停止するとともに、空
気ポンプ１０および電磁バルブ９を作動せしめる
ことにより通風が開始される。そしてフイルター
部材２の後流側の温度がカーボン燃焼温度以上の
所定温度に達すると熱電対１８の信号により制御
回路１４が作動して通風が停止され、かつ分岐部
の電磁バルブ１６が作動し、排気ガスは再び本体
１へ流通する。そして本装置も実質的に上記第１
の実施例と同様の効果を奏する。

なお、上記各実施例では、排気ガス通路の本体
側のみにフイルター部材、加熱手段、通風手段を
設置したが、バイパス排気ガス通路にも同様の手
段を設けることができる。即ち、上記各実施例に
おいては、ごく短時間ではあるがバイパス排気ガ
ス通路から未浄化の排気ガスが排出される。しか
しながら両排気ガス通路にカーボン微粒子浄化機
構を設け交互に作用せしめるようにすれば、かか
る未浄化ガスの排出は防止される。また、上記実
施例ではフイルター部材としてセラミツク発泡体
を用いたが、これに限定されることなく、耐熱性
材料よりなりカーボン微粒子を捕集し得る通気構
造の他のフイルター部材を用いることができる。
また、上記実施例では空気により通風作用を行な
つたが、排気ガスの一部を通風のために利用する
こともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明浄化装置の取付場所の一例を示
す図、第２図は本発明浄化装置の第１の実施例の
断面および配線配管を示す図、第３図はフイルタ
ー部材内の温度分布を示す図、第４図は第２の実
施例の断面および配線配管を示す図である。 Ｂ……内燃機関本体、Ｄ……本発明装置、２…
…フイルター部材、５……オイルバーナ、５０…
…抵抗線ヒータ、６，９，１６……電磁バルブ、
７……燃料ポンプ、９……空気ポンプ、１１……
グロープラグ、１３……差圧検出器、１４……制
御回路、１５……バイパス排気ガス通路、１７，
１８……熱電対、９０……通風タツプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内燃機関の排気ガス通路を分岐せしめて分岐
   部に両排気ガス通路を選択的に開閉路するバルブ
   手段を設け、両排気ガス通路の少くとも一方に
   は、排気ガス中のカーボン微粒子を捕集するフイ
   ルター部材よりなるカーボン微粒子捕集手段と、
   該捕集手段の上流側に位置して上記捕集手段にて
   捕集されたカーボン微粒子を燃焼する熱量を供給
   する加熱手段と、該加熱手段近傍に位置して上記
   捕集手段へ送風を行なう送風手段と、上記捕集手
   段におけるカーボン微粒子捕集量を検出するカー
   ボン微粒子捕集量検出手段を設け、更に該検出手
   段に接続し上記捕集手段におけるカーボン微粒子
   捕集量が所定値に達したときに上記バルブ手段を
   閉塞して他方の排気ガス通路へ排気ガスを流通せ
   しめるとともに加熱手段を所定時間作動せしめ、
   かつ送風手段を上記加熱手段作動停止後の所定時
   間経過時まで作動せしめる制御手段を設けたこと
   を特徴とする内燃機関のカーボン微粒子浄化装
   置。