JPS6335150Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、デイーゼルエンジンの排気中に含ま
れるカーボン粒子や有機質粒子、例えばHC粒子
等の微粒子（パテイキユレート）を捕集除去する
排気浄化装置に関するものである。

（従来技術） 一般に、吸入空気と燃料とを断熱圧縮すること
によつて燃焼させるデイーゼルエンジンでは、そ
の燃焼構造上、燃焼過程においてカーボン粒子や
HC粒子等の微粒子が発生しやすく、これら微粒
子が排気とともに大気中にそのまま放出されると
大気汚染の原因となるので、米国等においては、
デイーゼルエンジンに対する排気規制の一環とし
て、パテイキユレート規制を法制化する動きがあ
る。かかる微粒子は、もともと燃焼過程において
生成されるものであるから、燃焼過程の改善によ
つてその発生を抑制もしくは低減するのが本来で
あるが、燃焼の改善だけでは限界があり、実際に
は、排気通路にフイルター部材を配設して、排気
中の微粒子を捕集除去する対策が研究されてい
る。この種のフイルター部材の一つとして、軸方
向に延びるハニカム形状や四角形状の多数のセル
を、コージライト等の通気性を有する多孔質材料
の押出し成形によつて形成し、一部のセルは上流
端を、残りのセルは下流端を夫々ブラインドプラ
グで閉塞した所謂モノリスタイプのものが知られ
ている。このモノリスタイプのフイルター部材で
は、排気は上流端が開口したセル（下流端は閉塞
されている。）から流入し、セルとセルとを仕切
る通気性多孔質のフイルター壁を通つて上流端が
閉塞され、下流端が開口されたセルから下流に流
出するようになつており、排気中の微粒子は、フ
イルター壁を通過する際に捕集される。このよう
にして捕集された微粒子のうち、HC等の有機質
粒子は、比較的低温で燃焼するので堆積が問題と
なることはないが、カーボン粒子は650℃以上の
高温でしか燃焼しないため、上流端が開口したセ
ル内において次第に堆積して目詰まりを惹起し、
ひいては排圧を上昇させてエンジンの出力性能を
低下させるといつた問題がある。

かかる目詰まり対策の一つとして、特開昭55−
131518号公報には、モノリスタイプのフイルター
部材の端面に、捕集したカーボン粒子を着火燃焼
させるヒータ（電気発熱体）を設け、定期的もし
くは目詰まりが検出される毎に、ヒータに通電し
て、カーボン粒子を燃焼させるようにしたものが
提案されている。

かかるヒータ方式は、燃料を排気浄化装置内に
おいて燃焼させ、その燃焼によつて堆積したカー
ボン粒子を燃焼させる所謂バーナ方式に比して比
較的安価に製作でき、しかもその制御が容易であ
る利点があるが、カーボン粒子を燃焼させるのに
必要な温度までヒータを発熱させるためには相当
の電力を必要とする問題があり、さらに、ヒータ
によつて発生された熱がフイルター部材を通過す
る排気によつて持ち去られてしまうため、熱効率
が悪く、ひいてはヒータの発熱量を大きくしなけ
ればならず、それだけ電力消費量が多くなるとい
つた不具合がある。

（考案の目的） 本考案の目的は、したがつて、デイーゼルエン
ジンの排気浄化装置に用いるモノリスタイプのフ
イルター部材に配設するヒータの熱効率を向上さ
せ、少ない電力で捕集したカーボン粒子等の微粒
子を効果的に燃焼除去することができるヒータの
設置構造を提供することにある。

（考案の構成） かかる目的を達成するため、本考案は、軸方向
に延びる複数のセルを備え、該セルの一部は上流
端が、残りは下流端が夫々ブラインドプラグによ
り閉塞された通気性多孔質材料からなるフイルタ
ー部材をエンジンの排気通路に配設し、該フイル
ター部材により排気中の微粒子成分を捕集すると
ともに、セル内に微粒子成分を燃焼除去する電気
発熱体を配設する構成としたデイーゼルエンジン
の排気浄化装置において、上記上流端を閉塞する
ブラインドプラグで電気発熱体を支持するととも
に、支持した電気発熱体を下流端がブラインドプ
ラグで閉塞されたセル内に所定長さ挿入したこと
を特徴としている。

（考案の効果） したがつて、本考案によれば、電気発熱体を下
流端がブラインドプラグで閉塞されたセル内に挿
入する構造としたから、電気発熱体の発生熱を該
セル内に閉じ込めることができるので、電気発熱
体の熱損失を防止することができ、熱効率の向上
によつて少ない電力消費量で堆積カーボン粒子を
効率よく燃焼させることができ、カーボン粒子に
よるモノリスタイプのフイルター部材の目記まり
を確実に防止することができる。

（実施例） 以下、本考案の実施例を具体的に説明する。

第１図において、１は吸気マニホールド２を介
して供給される空気を吸入してこれを断熱圧縮
し、燃料噴射ポンプ３によつて供給される燃料を
着火、燃焼させることによつて出力を得るデイー
ゼルエンジン、４はデイーゼルエンジン１の排気
を排気通路５に集合させる排気マニホールド、６
は排気通路５に介設され、モノリスタイプのフイ
ルター部材７を内蔵した排気浄化装置、８は排気
通路５の排気浄化装置６の上流と下流とを連通す
る排気バイパス通路である。

上記排気浄化装置６に内蔵したモノリスタイプ
のフイルター部材７の排気流上流側には、以下に
詳述する様式で複数のヒータ線９（第１図では簡
単化のため、単線で示している。）が配設され、
各ヒータ線９の一端９ａはアースに、他端９ｂは
リレースイツチ１０を介して電源（バツテリ）１
１の正極に接続されている。上記ヒータ線９を電
源１１に対してオンオフするリレースイツチ９
は、上記排気バイパス通路８に介設した電磁作動
やダイヤフラム作動の開閉弁１２とともに、ヒー
タ制御回路１３によつて制御される。

このヒータ制御回路１３は、基本的には、フイ
ルター部材７に目詰まりが実際に生じたか、或い
は目詰まりが予想される段階で、ヒータ線９を電
源１１に接続すべく、リレースイツチ１０をオン
させるとともに、これに対応して排気バイパス通
路８の開閉弁１２を開作動し、排気バイパス通路
８を通して排気の約1/2を排気浄化装置６をバイ
パスさせる制御を行なう。

第２図及び第３図にその基本構造を示すよう
に、排気浄化装置６に内蔵されるモノリスタイプ
のフイルター部材７は、コージライト等の通気性
多孔質材料を押出成形して焼成したものであつ
て、図示の如く、格子状に仕切られ、軸方向に延
びる多数のセル１４，１４，…，１５，１５，…
とを有している。そして、これらセルのうち、一
部のセル１４，１４，…は下流端がブラインドプ
ラグ１６，１６，…によつて閉塞され（以下、流
入セル１４，１４，…という。）、残りのセル１
５，１５，…は上流端がブラインドプラグ１７，
１７，…によつて閉塞されている（以下、排出セ
ル１５，１５，…という）。このフイルター部材
７は、上流端が閉塞されていない流入セル１４，
１４，…からカーボン粒子等の微粒子を含有する
排気を流入させ、流入した排気を下流端が閉塞さ
れていない排出セル１５，１５，…に通過させる
過程で上記微粒子を捕集（トラツプ）する。

なお、流入セル１４，１４，…と排出セル１
５，１５，…との割合は、75％：25％程度とし
て、上流端側の開口率を大きくとることが排気抵
抗を減少させるうえで好ましい。

第３図、第４図および第５図に示すように、上
流端が開口された流入セル１４，１４，…には、
以下に詳述するように、ヒータ線９を折返して形
成したヒータ１８を規則的に上流端側からブライ
ンドプラグ１７により支持した状態で挿入して、
各流入セル１４の上流端近傍（通常は開口から約
３cm以内）に最も多く堆積するカーボン粒子を着
火燃焼させる電気発熱体を形成する。

第４図および第５図に具体的に示すように、各
ヒータ１８は、各流入セル１４の上流端から約３
cmの内方でＵ字状に折返されたヒータ線９によつ
て形成され、このヒータ１８は排出セル１５の上
流端部を閉塞するブラインドプラグ１７によつて
支持されている。即ち、ヒータ１８を形成するヒ
ータ線９には、ヒータ１８を挿入する流入セル１
４に相隣る排出セル１５のブラインドプラグ１７
内を両方向に貫通するように折返された折返し部
９ｃが形成されており、この折返し部９ｃがブラ
インドプラグ１７によつて支持されることによつ
て、ヒータ線９全体、したがつて各ヒータ１８が
支持されることとなる。

なお、ヒータ１８を挿入する流入セル１４に
は、折返される前のヒータ線９ｄと折返された後
のヒータ線９ｅとの間を仕切る細長板状の絶縁板
１９を上流端から挿入、固定して、両ヒータ線９
ｄ，９ｅ間の短絡を防止している。

かかる構造の結果、ヒータ１８の発生熱は、流
入セル１４の後端部を閉塞するブラインドプラグ
１６によつて流入セル１４内に閉じ込められるこ
ととなるので、ヒータ１８に通電すると、流入セ
ル１４内は早期に高温となり、流入セル１４内に
堆積したカーボン粒子は良好に着火燃焼する。

次に、上記の如き配置構造を備えたヒータのオ
ン、オフ制御について説明する。

第１図に示すように、ヒータ制御回路１３は、
燃料タンク２０から燃料噴射ポンプ３に燃料を供
給する燃料供給通路２１に介設した第１流量計２
２および燃料噴射ポンプ３から燃料タンク２０に
燃料を帰還させる燃料リターン通路２３に介設し
た第２流量計２４の各出力、および排気浄化装置
６のフイルター部材７の上流側、下流側夫々に配
置した上流側、下流側温度センサ２５，２６の各
出力等を制御入力とし、例えば、第６図に示す如
き制御フローにしたがつて、ヒータ線９に接続さ
れたヒータ１８，１８，…および排気バイパス通
路８に介設された開閉弁１２に対する制御を実行
する。

この制御を第６図にしたがつて説明する。な
お、以下の説明において、Ｓ１〜Ｓ１１は制御の
各ステツプを表わす。

Ｓ１においてイニシヤライズを行なつた後、Ｓ
２，Ｓ３において、夫々第１、第２流量計２２，
２４の出力を読込み、Ｓ４において燃料タンク２
０から燃料噴射ポンプ３に供給された燃料供給量
Ａと、燃料噴射ポンプ３から燃料タンク２０に帰
還される燃料リターン量Ｂとの差（Ａ−Ｂ）、即
ち燃料噴射量を求めてこれを積算し、スタート時
点からの燃料消費量Ｌを求める。

そして、Ｓ５では、この燃料消費量Ｌが目詰ま
りを発生するであろう燃料消費量L₀に達したか
否かを判定し、達していない時にはＳ５からＳ２
にループして再び積算を行なう。燃料消費量Ｌが
上記設定値L₀に達した時には、ヒータ制御回路
１３はフイルター部材７に目詰まりが発生したも
のとして、Ｓ６で排気バイパス通路８の開閉弁１
２を開作動させ、次いでＳ７でリレースイツチ１
０のリレーコイル１０ａに通電してリレースイツ
チ１０をオンさせ、ヒータ線９を電源１１に接続
して各ヒータ１８への給電を開始する。

上記の制御により、排気バイパス通路８が開通
されて、一部の排気（好ましくは、全体の1/2程
度の排気）を排気浄化装置６をバイパスさせて流
下させ、目詰まりによる排圧の上昇を回避する一
方、目詰まりの原因となる堆積カーボン粒子をヒ
ータ１８，１８，…の加熱により着火燃焼させ
る。

カーボン粒子が着火燃焼すると、これに伴つて
フイルター部材７の下流側の温度も上昇するの
で、この温度上昇を下流側温度センサ２８によつ
て監視して、設定値以上の温度が所定時間継続さ
れたときには、堆積カーボン粒子の全量が完全燃
焼されたと考えられるので、Ｓ９で排気バイパス
通路８の開閉弁１２をオフし、Ｓ１０でリレース
イツチ１０をオフして、目詰まりがなくなつた排
気浄化装置６による排気の浄化を再開する。

なお、Ｓ８において、設定値以上の温度が所定
時間継続されないときには、ヒータ線９の断線等
の何らかの故障が生じたものとして、Ｓ１１にお
いて警告を行なう。

なお、上記の制御では、目詰まりの検出を燃料
消費量Ｌによつて推定したが、目詰まりの検出に
は、排圧の上昇を検出したり、デイーゼルエンジ
ン１が予め設定した時間以上連続して運転されて
ことをタイマ等で検出する等の方法を採用するこ
とができ、またイグニツシヨンスイツチがオンさ
れるごとに、ヒータ１８，１８，…に対する通電
を行なうようにしてもよい。

さらに、設定値以上の排気温或いは設定負荷以
上の高負荷が所定時間継続したときには、セル内
に堆積したカーボン粒子は、排気の高熱によつて
自動的に着火燃焼すると考えられるので、このよ
うな場合には、例えば、上流側温度センサ２５の
出力に応じて、ヒータ１８，１８，…に対する通
電をキヤンセルするサブルーチンを上記制御フロ
ーに付加するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例の全体概略説明図、第
２図は第１図に示したフイルター部材のヒータを
省略した正面図、第３図は同じくフイルター部材
の垂直断面図、第４図，第５図は夫々ヒータの取
付構造を示すセル部上流端部の拡大断面図、拡大
正面図、第６図は第１図に示したヒータ制御回路
の実行する制御フローのチヤート図である。 １……デイーゼルエンジン、５……排気通路、
６……排気浄化装置、７……フイルター部材、９
……ヒータ線、１０……リレースイツチ、１１…
…電源、１３……ヒータ制御回路、１４……流入
セル、１５……排出セル、１６，１７……ブライ
ンドプラグ、１８，…，１８……ヒータ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 軸方向に延びる複数のセルを備え、該セルの一
   部は上流端が、残りは下流端が夫々ブラインドプ
   ラグにより閉塞された通気性多孔質材料からなる
   フイルター部材をエンジンの排気通路に配設し、
   該フイルター部材により排気中の微粒子成分を捕
   集するとともに、セル内に微粒子成分を燃焼除去
   する電気発熱体を配設する構成としたデイーゼル
   エンジンの排気浄化装置において、 上記上流端を閉塞するブラインドプラグで電気
   発熱体を支持するとともに、支持した電気発熱体
   を下流端がブラインドプラグで閉塞されたセル内
   に所定長さ挿入したことを特徴とするデイーゼル
   エンジンの排気浄化装置。