JPS63235612A - デイ−ゼル排ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はディーゼルエンジンの排ガスを浄化する。とり
わけ排ガス中に含まれるパティキュレート（煤）を除去
する装置に関する。

従来の技術 近年ディーゼルエンジンが排出するパティキュレートが
健康上の問題から規制されようとしている。これを取り
除（方法として排気管の９に耐゛熱性のフィルタ取り付
けるのがある。この方法の特徴は、ある程度パティキュ
レートが堆積した後、それを焼却してフィルタをクリー
ンに再生し、繰り返し使用することである。この作業を
リジェネレーションと呼ぶ。一般にディーゼルエンジン
は排ガス温度が低いので、パティキュレートはそのまま
では燃えない。よって、何らかの方式によって排ガス温
度を上げるか、又はパティキュレートの着火温度を下げ
てやらなければならない。このリジェネレーションの方
式の一つとしてフィルタのエンジン側上流にバーナを設
け、その燃焼熱でもって排ガス温度をパティキュレート
の着火温度まで高めるのがある。この方式においてエン
ジンからの排ガス経路内に直接にバーナを置くと、バー
ナの燃焼熱はエンジンからの大量の排ガスの熱容量に食
われるため、十分にパティキュレートを焼却できるまで
排ガス温度を上げようとすると、膨大な燃焼量を必要と
する。その解決の一例として、特開昭５６−１１８５１
４号公報には、排ガス経路を分岐し、フィルタとは別の
バイパス経路を設けて、バーナ動作時にはエンジンから
の排ガスはバルブによってバイパス経路の方に流れるよ
うにしたものが記載されている。また特開昭５８−１０
１２１０号公報には、フィルタの排ガス導入部側を部分
し、リジェネレーション時に切り替え板によって、同一
のフィルタ内でリジェネレーション側と排ガス流側に分
離する例が記載されている。

発明が解決しようとする問題点 しかし、特開昭５６−１１８５１４号公報記載のような
方式では、リジェネレーション時に排ガスと共にパティ
キュレートも大気に放出してしまい、フィルタを付けた
効果が半減してしまう。また一般にこの種の装置ではフ
ィルタ及びそれを内包する容器がマフラー（消音器）を
兼ねているが、ここではバイパス路にマフラーをもう一
つ余分に必要とす之。一方、特開昭５８−１０１２１０
号公報に記載の方式では、リジェネレーション時に、一
つのフィルタ内でリジェネレーション部分と排ガスが流
れている部分が共存する。よってセラミック一体物のフ
ィルタでは内部に大きな熱応力が生じ、破壊することが
ある。さらにバーナを取り付ける場合、バーナの切り替
え装置が必要になるなど複雑になる。

そこで本発明は、リジェネレーション時に未浄化の排ガ
スが放出せず、熱応力によってフィルタが破壊すること
もなく、また一つのバーナで簡便にしかも低燃焼量でパ
ーティキュレートを完全に焼却できるようにすることを
目的とする。

問題点を解決するための手段 四方バルブの２個の流出口に接続する缶ケースにそれぞ
れフィルタを収納し、２個の流入口の内一つはエンジン
からの排気管に接続し、他はバーナを付属した燃焼室に
接続して、この四方バルブでもってバーナからの高温燃
焼ガスとエンジンからの排ガスとを交互に切り替えてリ
ジェネレーションを行う。

作用 通常のエンジン運転時には四方バルブの切り替えベーン
は中立の位置にあって、排ガスは２個の流出口から２個
のフィルタの両方に流れてパティキュレートを捕集し、
クリーンな排ガスを大気に放出する。リジェネレーショ
ン時には四方バルブはまず、２個の流出口のうちどちら
か一方がエンジンからの排気管接続口に、他方はバーナ
の燃焼室側に連通ずるように切り替えベーンが開いて、
一方のフィルタはパティキュレートの捕集の続行、他方
は溜まったパティキュレートをバーナで焼却する。次に
四方バルブの切り替えベーンを回転してもう一方のフィ
ルタに溜まったパティキュレートを焼却する。よって、
リジェネレーション時に未浄化の排ガスを大気に放出す
ることはない。またバーナの燃焼ガスは、四方バルブを
通るとき流れが乱されて均一な温度分布になった後フィ
ルタに流れ込むので、フィルタを一様に加熱し、内部に
大きな熱応力も発生して破壊することはない。

実施例 以下、本発明のディーゼル排ガス浄化装置の一実施例を
添付図面にもとづいて説明する。

第１図は排気ガス装置の縦断面を示した図であり、１は
バーナで、空気霧化ノズル２、バーナボディ３及びスタ
ビライザ４からなる。空気霧化ノズル２は一次空気供給
口５及び油供給口６をもち、それぞれニアコンプレッサ
（図示せず）及びオイルポンプ（図示せず）に接続され
ている。バーナボディ３は、霧化ノズル２と軸を同じく
したリング状の二次空気導入ロアをもつ。またロート状
のスタビライザ４は、二次空気導入ロアから霧化ノズル
２前方にかけて配設されている。このスタビライザ４の
開いた部分には、旋回羽根８を設けている。またスタビ
ライザ４の喉部の途中には穴をあけ、バーナボディ３を
抜けて外部から霧化ノズル２の近傍までスパークプラグ
９を通しである。スパークプラグ９は高圧トランス（図
示せず）に繋がれている。バーナボディ３の先端付近で
、スタビライザ４の外周にはリング状の三次空気導入口
１０が設けられている。

バーナ１の前方には、外筒１１と内筒１２からなる燃焼
室１３が接続されている。外筒１１と内筒１２の間には
、セラミックウールの断熱材１４が詰め込まれている。

また燃焼室１３のバーナ１と対置した側は、断面が狭め
られた喉部１５を形作り、四方バルブ１６に接続されて
いる。

四方バルブ１６は、シリンダ１７と、燃焼室１３に面し
てシリンダ軸と所定の傾きをもって取り付けた楕円形ベ
ーン１８及び間を置いて直角に取り付けた円形ベーン１
９を有するベーンロッド２０とからなる。ベーンロッド
２０は、大傘歯車２１及び小傘歯車２２を介してモータ
２３に連結される。楕円形ベーン１８及び円形ベーン１
９には、第２図に示すようにその外周に溝２４を彫り、
耐熱バネ鋼製の楕円形シールリング２５及び円形シール
リング２６が挿入されている。シリンダ１７には楕円形
ベーン１８と円形ベーン１９との間に位置してエンジン
接続口２７がシリンダ軸に直角に貫通させである。エン
ジン接続口２７はディーゼルエンジンからの排気管に接
続している。シリンダ１７の内面で楕円形ベーン１８の
摺動面、すなわち楕円形ベーン１８の長径のシリンダ１
７軸に対する投影長内に位置して、且つ開口部を相対し
た二つの流出口２８ａ、２８ｂをもつケース接続管２９
ａ、２９ｂが取り付けられている。ケース接続管２９ａ
、２９ｂは、コーン状のケース入口カバー３０ａ、３０
ｂを経てシリンダ軸に平行に配置した二つの缶ケース３
１ａ、３１ｂと接続されている。缶ケース３１ａ、３１
ｂの内部には、フィルタ３２ａ、３２ｂを熱膨張性のセ
ラミックファイバを主成分とした緩衝マット３３ａ、３
３ｂで外周を巻き収納している。フィルタ３２ａ、３２
ｂは、円筒状多孔質ハニカムセラミックスで、内部に多
数のセル３４を有し、セル３４ａ、３４ｂの端部をプラ
グ３５ａ、３５ｂでもって交互に閉塞したものである。

二つの平行した缶ケース３１ａ、３１ｂはケース出口カ
バー３　′６を経て、一つの排気集合管３７に接続して
いる。

次に、この一実施例の構成における動作を説明する。先
ず通常のディーゼルエンジンの運転時について説明する
。この場合は四方バルブ１８はその楕円形ベーン１８の
楕円短径軸と相対する流出口３０ａ、３０ｂを結ぶ線と
が直角の位置にあり、すなわち四方バルブ１６は中立の
位置に有り、シリンダ１７の全開口部が連通されている
状態である。この時エンジンからの排ガスは四方バルブ
１６を通って両方のケース接続管２９ａ、２９ｂに分岐
し、ケース入口カバー３０ｇ、３０ｂのコーン状の広が
りによってフィルタ３２ａ、３２ｂの全面に分散し、内
部のセル３４に入る。ここで排ガス中に含まれるパーテ
ィキュレートは多孔質セラミック製のセル壁で濾過され
て、セル３４の内部に堆積する。濾過された排ガスはク
リーンなガスとなって、ケース出口カバー３６を通り排
気集合管３７に集められ、大気に放出される。

この動作の間中、バーナ１は二次空気導入ロア又は三次
空気導入口１０から空気を流し続け、排ガスがバーナ１
側に入って来ないようにする。−次空気及び燃料は通常
この時電磁バルブによって径路の途中で遮断されている
。

次にパーティキュレートが十分にフィルタ３２ａ、３２
ｂ内部に堆積してリジェネレーションを行う時期に至っ
た場合について説明する。先ずモータ２３に通電し、こ
の回転力を小傘歯車２２及び２１により増力して、ベー
ンロッド２０を回転させる。楕円形ベーン１８が中立位
置より９０度回転したとき、モータ２３を止める。この
位置はちょうど燃焼室１３とケース接続管２９ａ、エン
ジン接続口２７とケース接続管２９ｂとが連通している
状態である。それからスパークプラグ９に約１万Ｖの高
電圧を印加して、先端で放電をする。この時から数秒後
、−次空気と燃料を遮断していた電磁、バルブを同時に
開き、ニアコンプレッサとオイルポンプによって加圧さ
れていた燃料と空気とを霧化ノズル２に供給する。燃料
は霧化ノズル２で一次空気によって霧化されて、燃焼室
１０に向けて噴出する。そしてスタビライザ４の旋回羽
根８を通って旋回流となった二次空気と均一に混合する
。この時霧化燃料はスパークプラグ９の放電により点火
され、火炎が形成する。火炎はスタビライザ４の旋回流
により安定にバーナ１の前方に保炎され、燃焼室１３内
で良好な燃焼状態に至る。三次空気はスタビライザ４の
外周にある三次空気導入口１０から吹き出して゛、主と
して燃焼室１３の内周囲を火炎を包むようにして四方バ
ルブ１６の入口に至る。そして四方バルブ１６の中で燃
焼ガスと三次空気は良（混合し、酸素の含有に富んだ高
温ガスに成って一方のケース接続管２９ａを経てケース
入口カバー３０ａに流れる。

ここでケース入口カバー３０ａのコーンによりフィルタ
３２ａの全面に均一に高温ガスは広がり、フィルタ３２
ａの中を流れる。ここでフィルタ３２ａ及び中に堆積し
たパーティキュレートは約６００℃に加熱され、パーテ
ィキュレートは燃焼を始める。この時発生する燃焼ガス
はケース出口カバー３６を通り、排ガス集合管３７を経
て大気に出ていく。一方、これらの作業を行っている間
エンジンからの排ガスはエンジン接続口２７を通り、楕
円形ベーン１８と円形ベーン１９の間を経てもう一つの
ケース接続管２９ｂを経て、ケース入口カバー３０ｂに
流れる。そしてこの間中ずっとフィルタ３２ｂでは濾過
作業を経続し、セル３４ｂ内にパーティキュレートを堆
積する。この過程は数分間で終わり、次にモータ２３に
逆通電し、ベーンロッド２０を１８０度逆転する。この
位置は前回とは逆に燃焼室１３とケース接続管２９ｂ、
エンジン接続口２７とケース接続間２９ａとが連通され
ている状態である。このことによってバーナ１の燃焼ガ
スとエンジンからの排ガスは切り替わり、今までバーナ
燃焼ガスが流れて、内部のパティキュレートを焼却して
再生されたフィルタ３２ａにはエンジン排ガスが流れ、
エンジン排ガスが流れてさらにパティキュレートの堆積
により目詰まりしたフィルタ３２ｂにはバーナ燃焼ガス
が流れる。よってフィルタ３２ｂの内部に溜まったパー
ティキュレートは急速に着火温度の６００℃まで高めら
れ、燃焼を開始する。その間には再生されたフィルタ３
２ａではまたパーティキュレートが溜まり始める。この
作業も数分で終わり、モータ２３に通電してベーンロッ
ド２０を９０度回転して楕円形ベーン１８を中立の位置
に戻す。

この結果、普段二つのフィルタを同時に働かすため、非
常に低い背圧で、エンジンに負担をかけずに運転される
。一方、リジェネレーション時には、片方をリジェネレ
ーション作業、もう一方をフィルタとして働かせるので
、常にエンジン排ガスはフィルタ３２ａ又は３２ｂを通
過してパティキュレートを捕集する。またリジェネレー
ションを行うフィルタ３２ａ又は３２ｂに流されるバー
ナ燃焼ガスは、燃焼室１３で十分に良好燃焼した後、四
方バルブ１６やケース接続管２９ａ又は２９ｂを通り、
ケース入口カバー３０ａ又は３０ｂによってフィルタ前
面に均一に分散されるため、フィルタ３２ａ又は３２ｂ
の内部は非常に均一な温度分布となる。またエンジン排
ガスは四方バルブ１６の楕円形ベーン１８によって完全
に遮られて、バーナ燃焼ガス中に混入することはない。

次に本発明の他の実施例について説明する。第３図は本
発明の他の実施例の縦断面図である。図中３０ｃ及び３
０ｄはケース入口カバーで、缶ケース３１ａ及び３１ｂ
の中心軸上前面にあって、その外形接線上でケース接続
管２９ｃ及び２９ｄと接続している。その結果、ケース
接続管２９ｃ又は２９ｄを流れるガスは、ケース入口カ
バー３００又は３０ｄ内で渦を巻きながら、フィルタ３
２ａ又は３２ｂに流れ込む。よって、通常エンジン運転
時にはエンジン排ガスは、フィルタ３２ａ又は３２ｂに
対しては軸と直角方向に流れ、フィルタ３２ａ又は３２
ｂの前面に直接には衝突しない。このためエンジン排ガ
ス中に含まれる鉄鎖等の硬い固形物によってフィルタ３
２ａ又は３２ｂの前面のセル壁が磨耗されることはない
。またリジェネレーション時には、渦流によってフィル
タ３２ａ又は３２ｂの外周部にも高温のバーナ燃焼ガス
が行き渡り、ここに熱を十分に供給するので、特に緩衝
マット３３ａ又は３３ｂの熱伝導によるフィルタ３２ａ
又は３２ｂの外周付近での温度低下がない。

発明の効果 本発明はバーナ、２個のフィルタ及び四方バルブから構
成され、エンジン排ガスとバーナ燃焼ガスとを四方バル
ブによって切り替えて、リジェネレーション時と通常運
転時の動作をするものである。これによって、通常運転
時には２個のフィルタの両方を使い、非常に低い背圧で
エンジンを運転するのでエンジン効率が高く維持でき、
リジェネレーション時に未浄化の排ガスが大気に放出さ
れることかない有効な装置となる。またリジェネレーシ
ョン時には四方バルブによって完全にエンジン排ガスと
バーナ燃焼ガスが遮断されるので、バーナに余分な負担
をかけず小型のバーナで十分にリジェネレーションがで
き、燃料の節約にもなる利点もある。また完全な閉鎖装
置なのでマフラーの機能も兼ねることができる。さらに
バーナの高温燃焼ガスはフィルタの導入部で均一にフィ
ルタ全体に流されるので、内部の熱応力によって破壊さ
れることはな（、耐久性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のディーゼル排ガス浄化装置
の縦断面図、第２図は楕円形ベーン及び円形ベーンの拡
大断面図、第３図は本発明の他の実施例の縦断面図であ
る。 １・・・・バーナ、２・・・・霧化ノズル、９・・・・
スパークプラグ、１３・・・・燃焼室、１６・・・・四
方バルブ、１８・・・・楕円形ベーン、２３・・・・モ
ータ、２７・−−−エンジン接続口、２９ａ、２９ｂ、
２９ｃ。 ２９ｄ・・・・ケース接続管、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ
。 ３０ｄ・・・・ケース入口カバー、３１　ａ、３　ｌ　
ｂ・・・・缶ケース、３２ａ、３２ｂ・・・・フィルタ
、３７・・・・排気集合管。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　ほか１名第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃料及び空気の供給装置と燃料ノズルと燃料着火
   用のスパークプラグと火炎を安定する保炎板又は旋回羽
   根とを有するバーナと、該バーナに接続され周囲を断熱
   した燃焼室と、該燃焼室に接続され２箇所の流出口とエ
   ンジンの排気管との接続口を有し流路を切り替える四方
   バルブと、該四方バルブの流出口に接続された２個の缶
   ケースと、該缶ケースに緩衝材を巻いて収納した２個の
   セラミック製フィルタとを備えたことを特徴とするディ
   ーゼル排ガス浄化装置。
2. （２）四方バルブが、シリンダと、該シリンダ内面に外
   周が接してシリンダ軸を中心に回転する楕円形ベーンと
   、該楕円形ベーンのシリンダ摺動内面に相対して開けら
   れた２箇所の流出口とから構成されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のディーゼル排ガス浄化
   装置。
3. （３）四方バルブの流出口が、円筒状缶ケースの前面外
   周接線で接続されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載のディーゼル排ガス浄化装置。