JP2000213329A

JP2000213329A - 内燃機関の排気ガス浄化装置

Info

Publication number: JP2000213329A
Application number: JP11011184A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Hiranuma; 智平沼; Sei Kawatani; 聖川谷
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1999-01-19
Filing date: 1999-01-19
Publication date: 2000-08-02

Abstract

(57)【要約】【課題】内燃機関の排気ガス浄化装置において、再生
処理時のパティキュレートフィルタの熱負荷を分散させ
てパティキュレートフィルタの破損を防止するととも
に、製作が容易であって、装置全体のさらなる小型化を
可能にして、小型の車両にも容易に搭載できるようにす
る。【解決手段】内燃機関の排気通路に設けられ、内部に
パティキュレートフィルタ２５が排気通路に対して略平
行に配置されたフィルタケース２ｂと、排気通路からの
排気ガスをパティキュレートフィルタ２５へ導く分岐通
路１ｂとをそなえた内燃機関の排気ガス浄化装置におい
て、フィルタケース２ｂの排気ガス流れ上流側に、フィ
ルタケース２ｂ内に配置される弁傘部３２とパティキュ
レートフィルタ２５の略中心軸線Ｃ１上に配置される弁
軸３１とから構成されて分岐通路１ｂの開度を変更しう
るポペット弁３０ｂをそなえる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車に用いて好
適の、内燃機関の排気ガス浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ディーゼルエンジンから排出さ
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。このため、デ
ィーゼルエンジンを搭載した自動車では、排気管（排気
通路）にセラミック製の円柱状のディーゼルパティキュ
レートフィルタ〔以下、単にフィルタ、又はＤＰＦ（＝
Diesel Particulate Filter ）という〕を設けて、この
フィルタで排気ガス中のパティキュレートを捕集して、
パティキュレートの大気への排出を抑制している。

【０００３】ところで、フィルタ内にパティキュレート
が堆積していくと、このパティキュレートによりフィル
タ内が目詰まりして通気性が損なわれてしまう。このた
め、定期的にフィルタ内のパティキュレートを除去して
フィルタの再生を図る必要がある。このようなフィルタ
の再生方法としては、例えば、フィルタの排気ガス上流
側に電気ヒータを近接して設け、この電気ヒータにより
フィルタへ流入する排気ガスを加熱し、この加熱された
高温の排気ガスによりフィルタに堆積したパティキュレ
ートを燃焼させる手法がよく知られている。

【０００４】以下、図４及び図５を用いて従来の排気ガ
ス浄化装置の構成及びその再生手法について説明する。
排気管に介装されるフィルタケース（以下、単にケース
という）１０２内には、排気管に接続されたパイプ１２
１と、パイプ１２１の排気ガス下流側端部に設けられて
略全面にわたって複数の小径孔が設けられたバッフル１
２２と、反射板１２３と、電気ヒータ１２４と、フィル
タ１２５とが、排気ガス流れ上流側からこの順に並べて
配設されている。

【０００５】ここで、反射板１２３は、電気ヒータ１２
４からの放射熱をフィルタ１２５側に反射させて、フィ
ルタ１２５内に堆積したパティキュレートを効率よく燃
焼させるためのものである。また、パイプ１２１の排気
ガス下流側の端部は閉塞され、また、その周面には、複
数の小径孔が全体にわたって設けられている。したがっ
て、排気管より直進して流れてくる排気ガスは、パイプ
１２１の周面の孔からパイプ１２１の径方向に向かって
流出し、これにより、排気ガスを外側（ケース１０２の
内周面側）に分散させて、排気ガスの流れがフィルタ１
２５の中心軸線Ｃ０付近に集中しないように構成されて
いる。そして、パイプ１２１により分散された排気ガス
は、バッフル１２２によって整流されてフィルタ１２５
に流入するのである。

【０００６】ここで、パイプ１２１とバッフル１２２と
を設けない場合、排気管から、排気管よりも径の大きな
ケース１０２内に流れ込む排気ガスは、図５に示すよう
に、中心軸線Ｃ０付近では、矢印Ｇ２〜Ｇ５のように慣
性にしたがってそのまま略真っ直ぐにフィルタ１２５に
流れ込むものの、外側（ケース１０２の内周面側）につ
いては、流路が急に拡大されるため、矢印Ｇ１，Ｇ６の
ように外側に反り返るように流れる（つまり、軸方向の
速度が減少する）。さらに、ケース１０２の内周面近傍
では、排気ガスと内周面との間で摩擦が生じる。このた
め、フィルタ１２５入口での排気ガスの流速分布は、図
５中にＷで示すように、中心軸線Ｃ０付近の流速が最も
高く、中心軸線Ｃ０から離れるにしたがって低下してい
くという偏りのある分布となってしまう。そして、排気
ガスの流速が高いということは、単位時間当たりの排気
ガスの流量が多いということを意味し、また、フィルタ
１２５内に堆積するパティキュレートは、流入する排気
ガスの流量に比例する。したがって、流速の高い中心軸
線Ｃ０付近に集中してパティキュレートが堆積してしま
う。

【０００７】ここで、フィルタ１２５の再生は、上述し
たように電気ヒータ１２４を使用してフィルタ１２５内
に堆積したパティキュレートを燃焼することにより行な
うため、再生時には、フィルタ１２５はパティキュレー
トの燃焼により熱負荷を受ける。このようなフィルタの
受ける熱負荷の度合いは、フィルタに堆積したパティキ
ュレートの量に応じて変化する。

【０００８】このため、上述のようにフィルタ１２５内
の中心軸線Ｃ０付近にパティキュレートが集中して堆積
すると、これに応じて、パティキュレートの燃焼により
フィルタ１２５が受ける熱負荷も中心軸線Ｃ０付近に集
中してしまう。したがって、この部分に過剰に熱負荷が
かかってしまい、フィルタ１２５にひび割れ等の破損が
生じやすくなってしまうのである。

【０００９】そこで、従来技術では、フィルタ１２５の
排気ガス流れ上流側に、上述したようなパイプ１２１及
びバッフル１２２を設けて、排気ガスが均一な流速分布
でフィルタ１２５に流入するようにしているのである。
なお、このようにパティキュレートを燃焼して再生処理
を行なうフィルタでは、再生処理時には、パティキュレ
ートを捕集することができなくなるため、一対（２つ）
のフィルタを並行に設け、いずれか一方のフィルタの再
生時には他方のフィルタでパティキュレートを捕集する
ことでパティキュレートの捕集を継続して行なえるよう
にしていることが多い。

【００１０】以下、このような排気ガス浄化装置の全体
構成の一例について図６を用いて説明すると、排気通路
上には、排気ガスの流れ方向の下流側に向かって２方向
に分岐したフロントパイプ１０１が設けられており、こ
のフロントパイプ１０１から分岐した２つの通路１０１
ａ，１０１ｂにそれぞれケース１０２ａ，１０２ｂが介
装されている。また、このケース１０２ａ，１０２ｂ内
の構成は、上述した従来技術のケース１０２内の構成
（図４参照）と略同一であり、各ケース１０２ａ，１０
２ｂ内には、パイプ，バッフル，反射板，電気ヒータ及
びフィルタが、上流側からこの順に並べて設けられてい
る。

【００１１】また、各ケース１０２ａ，１０２ｂの後方
（下流側）には、２つの通路１０３ａ，１０３ｂを有す
るテールパイプ１０３が接続されており、このテールパ
イプ１０３を介して排気ガスは大気に排出される。とこ
ろで、フロントパイプ１０１の各通路１０１ａ，１０１
ｂ上には、図示するように、それぞれ開閉弁１０９ａ，
１０９ｂが設けられている。これらの開閉弁１０９ａ，
１０９ｂは、例えば、バタフライ方式やギロチン方式の
オンオフバルブであって、いずれも図示しない制御手段
（コントローラ）からの制御信号に基づいて全閉又は全
開の何れかの状態に切り換えられる。つまり、開閉弁１
０９ａ，１０９ｂの作動状態を制御することにより、通
路１０１ａ，１０１ｂが連通状態又は遮断状態に選択的
に切り換え可能に構成されている。

【００１２】また、上記の通路１０１ａと通路１０１ｂ
との間には、通路１１０が設けられている。ここで、こ
の通路１１０の一端は、開閉弁１０９ａとケース１０２
ａとの間に接続され、また、その他端は、開閉弁１０９
ｂとケース１０２ｂとの間に接続されている。また、こ
の通路１１０には、制御弁１１１が介装されている。こ
の制御弁１１１は、ここではコントローラからの制御信
号に基づいてその開度が調整可能な制御弁として構成さ
れている。

【００１３】そして、各ケース１０２ａ，１０２ｂ内の
フィルタのうち、一方のフィルタ（例えばケース１０２
ａ内のフィルタ）にパティキュレートが堆積した場合に
は、以下のようにして、フィルタの再生が行なわれる。
まず、開閉弁１０９ａを全閉状態にするとともに開閉弁
１０９ｂを全開状態にして、ケース１０２ａ内への排気
ガスの流入を遮断する。この場合、フロントパイプ１０
１内の排気ガスは、全量通路１０１ｂ側に流入し、排気
ガス内に含まれるパティキュレートは他方のフィルタ
（例えばケース１０２ｂ内のフィルタ）で捕集される。

【００１４】そして、この状態でケース１０２ａ内のフ
ィルタをケース１０２ａ，１０２ｂ内においてフィルタ
の上流側に配設されている電気ヒータ（図示略）により
加熱して、パティキュレートの主成分であるカーボンを
燃焼させるのである。また、この場合には、カーボンが
燃焼し始めると電気ヒータの作動を停止する。そして、
これ以降は、カーボンの自己着火により燃焼が広がって
カーボンが除去されるのである。

【００１５】また、このときには、制御弁１１１が所定
開度となるように制御されて、パティキュレートの燃焼
に必要な酸素が通路１１０側から供給される。また、ケ
ース１０２ｂ内のフィルタを再生する場合には、上述と
は逆に、開閉弁１０９ａを全開状態にするとともに開閉
弁１０９ｂを全閉状態にして、ケース１０２ｂ内のフィ
ルタに堆積したパティキュレートを燃焼させるのであ
る。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の技術では、フィルタに流れ込む排気ガスの流
速分布を一様な分布とすべく、ケース１０２内にパイプ
１２１及びバッフル１２２を設けているため、排気ガス
浄化装置の構造及び製作作業が複雑になってしまうとい
う課題がある。

【００１７】つまり、パイプ１２１及びバッフル１２２
をケース１０２内に組み込むための分割部をケース１０
２に設ける必要があり、また、ケース１０２内にパイプ
１２１及びバッフル１２２を固定するための溶接作業等
が必要となってしまうのである。また、パイプ１２１及
びバッフル１２２が設けられているため、排気ガス浄化
装置の長手方向の寸法が大きくなって、車両への搭載性
が悪くなってしまうという課題もある。

【００１８】また、上述の従来技術では分岐通路１０１
ａ，１０１ｂの開閉弁１０９ａ，１０９ｂ（図６参照）
にバタフライ方式やギロチン方式のバルブを用いている
のに対し、このような分岐通路の開閉弁を、比較的に少
ない弁の変移量で通路を開閉可能なポペット弁で構成す
ることにより装置の小型化を図ることも考えられる。具
体的には、内部に一対のパティキュレートフィルタ（フ
ィルタ）が排気通路に対して並行に配置されたフィルタ
ケースと、フィルタを加熱して再生させる加熱手段と、
フィルタケースの上流側に形成されて内燃機関からの排
気ガスを各フィルタへ分岐させて導く分岐通路と、分岐
通路を開閉する１対のポペット弁とから排気ガス浄化装
置を構成する。ここで、ポペット弁は、分岐通路の中心
軸線に対して傾斜するように配置される弁軸部及び分岐
通路内に位置する弁傘部から形成されている。

【００１９】しかし、このように構成しても、フィルタ
に流入する排気ガスの流速の分布を一様な分布とするこ
とはできないため、フィルタ内にパティキュレートが偏
って堆積し、これにより再生処理の際に局所的に熱負荷
が過剰に掛かってフィルタが破損する虞がある。本発明
は、このような課題に鑑み創案されたもので、再生処理
時のフィルタ（パティキュレートフィルタ）の熱負荷を
分散させてフィルタの破損を防止するとともに、製作が
容易であって、装置全体のさらなる小型化を可能にし
て、小型の車両にも容易に搭載できるようにした、内燃
機関の排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１記載
の内燃機関の排気ガス浄化装置では、一対のフィルタケ
ースの排気ガス流れ上流側に、各フィルタケース内に配
置される弁傘部と各パティキュレートフィルタの略中心
軸線上に配置される弁軸とから構成されて分岐通路を開
閉するポペット弁をそれぞれそなえている。

【００２１】したがって、フィルタケース内に流入した
排気ガスは、ポペット弁の弁傘部に衝突してパティキュ
レートフィルタの中心軸線を中心に径方向に分散して、
パティキュレートフィルタの径方向に対する排気ガスの
流速分布が略一様なものとなる。これにより、パティキ
ュレートがパティキュレートフィルタの中央部（中心軸
線上付近）に集中して堆積することなく略一様な分布で
フィルタに堆積する。

【００２２】さらに、内部にパティキュレートフィルタ
をそなえた一対のフィルタケースを並列に並べているの
で、一方のパティキュレートフィルタが再生処理時に
は、他方のパティキュレートフィルタにより排気ガス中
のパティキュレートが捕集される。請求項２記載の内燃
機関の排気ガス浄化装置では、一対のフィルタケースの
排気ガス流れ上流側及び下流側の何れかに、各フィルタ
ケース内に配置される弁傘部と各パティキュレートフィ
ルタの略中心軸線上に配置される弁軸とから構成され
て、分岐通路及び排出通路の何れかの通路を開閉するポ
ペット弁をそれぞれそなえていることから、請求項１記
載の内燃機関の排気ガス浄化装置と同様にパティキュレ
ートがパティキュレートフィルタの中央部に集中して堆
積することなく略一様な分布でパティキュレートフィル
タに堆積する。

【００２３】請求項３記載の内燃機関の排気ガス浄化装
置では、一対のフィルタケースの排気ガス流れ上流側及
び下流側のそれぞれに、各フィルタケース内に配置され
る弁傘部と各パティキュレートフィルタの略中心軸線上
に配置される弁軸とから構成されて分岐通路及び排出通
路の両通路を開閉するポペット弁をそれぞれそなえてい
る。したがって、フィルタケースの上流側のポペット弁
の開度とフィルタケースの下流側のポペット弁の開度と
を併せて制御することにより、請求項１及び請求項２記
載の内燃機関の排気ガス浄化装置よりも、パティキュレ
ートフィルタの径方向に対する排気ガスの流速分布の微
細な調節が行なえ、パティキュレートは、この排気ガス
の流速分布に応じた分布でパティキュレートフィルタに
堆積する。

【００２４】請求項４記載の内燃機関の排気ガス浄化装
置では、フィルタケースの排気ガス流れ上流側に、フィ
ルタケース内に配置される弁傘部とパティキュレートフ
ィルタの略中心軸線上に配置される弁軸とから構成され
て流入通路を開閉するポペット弁をそなえていることか
ら、請求項１記載の内燃機関の排気ガス浄化装置と同様
に、パティキュレートがパティキュレートフィルタの中
央部に集中して堆積することなく略一様な分布でパティ
キュレートフィルタに堆積する。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、図面により、本発明の実施
形態について説明する。本発明の一実施形態としての内
燃機関の排気浄化装置は、内燃機関（エンジン）、特に
ディーゼルエンジンをそなえた車両の排気経路（排気通
路）上に設けられ、図２に示すように、上流側からフロ
ントパイプ１，フィルタケース（以下、単にケースとい
う）２ａ，２ｂ及びテールパイプ３をそなえて構成され
ている。このうちフロントパイプ１は、排気ガス流れ方
向下流側に向かって２つの通路（分岐通路又は流入通
路）１ａ，１ｂに分岐しており、各通路１ａ，１ｂの下
流端は、ケース２ａ，２ｂにそれぞれ接続されている。
一方、テールパイプ３は、２つの通路（排出通路）３
ａ，３ｂを有し、これらの通路３ａ，３ｂは、各ケース
２ａ，２ｂの後方（下流側）に接続されており、ケース
２ａ，２ｂからの排気ガスは、このテールパイプ３によ
り集合した後、大気に排出されるようになっている。

【００２６】また、各通路１ａ，１ｂには、図示するよ
うに、それぞれポペット弁３０ａ，３０ｂが設けられて
おり、いずれも図示しない制御手段（コントローラ）か
らの制御信号に基づいて全閉，半開及び全開の３つの開
度に設定可能になっている。つまり、ポペット弁３０
ａ，３０ｂの作動状態を制御することにより、通路１
ａ，１ｂが連通状態や遮断状態等に選択的に切り換え可
能に構成されている。

【００２７】また、ケース２ａ，２ｂの内部は略同様に
構成されている。ここで、ケース２ｂに着目して説明す
ると、ケース２ｂ内には、図１に示すように、反射板２
３と、電気ヒータ２４と、パティキュレートフィルタ
（以下、単にフィルタという）２５とが、排気ガス流れ
上流側からこの順に並べて配設されている。このような
構造により、フィルタ２５により排気ガス中のパティキ
ュレートが捕集され、また、フィルタ２５に捕集された
パティキュレートを電気ヒータ２４によって燃焼するこ
とができるようになっている。なお、反射板２３は、電
気ヒータ２４からの放射熱をフィルタ２５側に反射させ
て、フィルタ２５内に堆積したパティキュレートを効率
よく燃焼させるためのものである。

【００２８】また、ケース２ｂの開口部４ｂの開閉状態
は、ポペット弁３０ｂにより調整されるようになってい
る。ポペット弁３０ｂは、弁軸３１と弁傘部３２とから
構成され、弁軸３１はフィルタ２５の略中心軸線Ｃ１上
に配置され、弁傘部３２はケース２ｂ内に配置されてい
る。そして、弁傘部３２に接続されていない側の弁軸３
１の端部は、通路１ｂを貫通してアクチュエータ（図示
略）に接続され、このアクチュエータは図示しない制御
手段（コントローラ）からの制御信号に基づいて作動す
るようになっている。

【００２９】そして、ポペット弁３０ｂは、このアクチ
ュエータにより軸方向に駆動されて、弁傘部３２が通路
１ｂの端面５ｂから突出する長さ（弁突出長さ）Ｌを変
化させることにより、上述のように全閉，半開及び全開
の３つの開度に設定可能になっている。なお、半開と
は、フィルタ２５に堆積したパティキュレートを燃焼し
て再生処理を行なう際に、このパティキュレートの燃焼
に必要な比較的少量の酸素をケース２ｂ内に供給するた
めに設定された全閉と全開との中間的な開度である。そ
して、ポペット弁３０ａ，３０ｂが半開に設定可能であ
るため、従来必要であった酸素供給用通路や酸素供給用
の制御弁（ともに、図６の符号１１０，１１１参照）が
不要となるのである。

【００３０】ここで、ポペット弁３０ｂを閉弁する（全
閉状態にする）ときは、アクチュエータにより、弁傘部
３２を、通路１ｂの端面５ｂに略当接する位置（弁突出
長さＬは略０）まで移動させる。弁傘部３２の径Ａは、
通路１ｂの内径Ｂよりも十分に大きく形成されており、
この位置で通路１ｂは弁傘部３２で閉塞されて、ケース
２ｂ内に排気ガスが流入しないようになっている。

【００３１】また、ポペット弁３０ｂを開弁する（全開
状態にする）ときは、弁傘部３２の端面５ｂからの弁突
出長さＬが所定長さＬ１になるまでポペット弁３０ｂは
アクチュエータにより駆動されるようになっている。そ
して、通路１ｂからケース２ｂ内に流入してくる排気ガ
スは、弁傘部３２の裏面（排気ガス上流側の面）３３に
沿って流れて、フィルタ２５の径方向へ分散するように
なっている。

【００３２】つまり、通路１ｂからケース２ｂ内に流入
する排気ガスの多くは、慣性に従って真っ直ぐ流れよう
とするために、このままではフィルタ２５の中心軸線Ｃ
１に排気ガスの流れが集中し、これに応じてパティキュ
レートがフィルタ２５の中央部に集中して堆積してしま
う。このようなパティキュレートの堆積の集中を防止す
るために、ポペット弁３０ｂにより、通路１ｂから流れ
込む排気ガスをフィルタ２５の径方向に分散させている
のである。

【００３３】そして、弁傘部裏面３３に沿って流れてい
った排気ガスは、やがてケース２ｂの内周面に規制され
てケース２ｂの軸方向へと向きを変えて流れ、ポペット
弁３０ｂから離れるにしたがって、フィルタ２５の径方
向への排気ガスの速度成分は徐々に低下する（即ち、排
気ガスの径方向のへの分散力が弱まる）。そして、これ
に応じて排気ガスは排気ガスの流れのない中心軸線Ｃ１
に向かうため、徐々に中心軸線Ｃ１付近での排気ガスの
流速が増加する。したがって、排気ガス流れ下流側に行
くにしたがって、排気ガスの流速分布が略均一なものと
なる。

【００３４】つまり、排気ガスの流速分布は、ポペット
弁３０ｂ付近では中央部よりも外周部の流速が高い分布
となり、下流側にいくにしたがって、中央部と外周部と
の流速が等しくなっていくのである。そして、本実施形
態の内燃機関の排気ガス浄化装置では、フィルタ２５を
ポペット弁３０ｂに比較的近接して配設しており、フィ
ルタ２５の入り口での排気ガスの流速分布を、例えば図
３（ａ）に示すような中央部に比べ外周部での流速が比
較的高い分布としている。つまり、フィルタ２５の外周
部は、外部に近接しているため中央部に比べて冷却され
易く、特に排気ガス下流になるにしたがって排気ガスの
温度が降下するので、再生処理の際にパティキュレート
が燃焼せずに燃え残り易い。このため、上述のような排
気ガスの流速分布にすることにより、このような燃え残
りを防止するようにしているのである。すなわち、フィ
ルタ２５の外周部に排気ガスを多く流してパティキュレ
ートの堆積を増加させ、再生処理の際に、外部へ放出さ
れる熱量よりもパティキュレートの燃焼により発生する
熱量が若干多くなるようにしているのである。これによ
り、フィルタ２５の排気ガス下流側の外周部においても
パティキュレートの燃焼に必要な温度状態が維持されて
燃え残りを防止することができるようになっているので
ある。

【００３５】また、フィルタ２５の外周部が冷却されに
くい場合には、フィルタ２５をポペット弁３０ｂから比
較的離隔して配設することにより、図３（ｂ）に示すよ
うに、フィルタ２５の入り口での排気ガスの流速分布を
中央部と外周部とで差のない平坦なものとしてもよい。
さて、ポペット弁３０ｂの開度を半開にするときは、ポ
ペット弁３０ｂは弁突出長さＬが所定長さＬ２になるよ
うにアクチュエータにより駆動されるようになってい
る。ここで、所定長さＬ２は、ポペット弁３０ｂを全開
するときの所定長さＬ１よりも短く設定されている。こ
れにより、通路１ｂの端面５ｂ，ケース２ｂに設けられ
た開口部４ｂ及び弁傘部裏面３３から形成される排気ガ
スの通路開口面積が狭くなって、フィルタ２５の再生処
理を行なう際にポペット弁３０ｂを半開にすることによ
り、パティキュレートの燃焼に必要な比較的少量の酸素
がケース２ｂに流れるようになっている。なお、このよ
うにポペット弁３０ｂの開度を半開に設定して少量の酸
素を流す場合にも、ポペット弁３０ｂの作用によりフィ
ルタ２５の入り口での流速分布は偏りのない分布となる
ようになっている。

【００３６】本発明の一実施形態としての内燃機関の排
気ガス浄化装置は、上述のように構成されているので、
パティキュレート捕集時（ポペット弁３０ａ，３０ｂの
開度が全開時）には、ポペット弁３０ａ，３０ｂの作用
により、ケース２ａ，２ｂ内の各フィルタ２５の入口部
での排気ガスの流速分布は略一様な分布となり、したが
って、排気ガス中のパティキュレートは、各フィルタ２
５内に略均一に堆積していく。

【００３７】また、ケース２ａ内のフィルタ２５を再生
する場合には、ポペット弁３０ａが半開に制御されると
ともに、ポペット弁３０ｂが全開制御される。これによ
り、排気ガスのほとんどは通路１ｂからケース２ｂに流
入し、ケース２ｂ内のフィルタ２５により排気ガス中の
パティキュレートが捕集される。一方、ケース２ａ内の
フィルタ２５は、電気ヒータ２４により加熱され、フィ
ルタ２５内に堆積したパティキュレートの主成分である
カーボンが燃焼する。このとき、カーボンの燃焼により
フィルタ２５は熱負荷を受け、この熱負荷の度合いは堆
積したパティキュレートの量に応じたものとなるが、本
実施形態の内燃機関の排気ガス浄化装置では、ポペット
弁３０ａの作用によりパティキュレートはフィルタ２５
内に略均一に堆積するのでフィルタ２５の中央部に過剰
に熱負荷が掛かることはない。

【００３８】なお、この場合、フィルタ２５内のカーボ
ンが燃焼を開始すると電気ヒータ２４の作動を停止し
て、これ以降は、カーボンの自己着火により、フィルタ
２５内全体に燃焼が広がるのである。また、ケース２ｂ
内のフィルタ２５の再生時には、上述と逆に、ポペット
弁３０ａが全開に制御されるとともに、ポペット弁３０
ｂが半開に制御される。そして、これ以外は上述と同様
にしてフィルタ２５の再生が行なわれる。

【００３９】したがって、本発明の内燃機関の排気ガス
浄化装置によれば、以下のような利点がある。つまり、
ポペット弁３０ａ，３０ｂの作用により、フィルタ２５
入口での排気ガスの流速分布を略一様なものとすること
により、パティキュレートがフィルタ２５の中央部に集
中して堆積することなく略一様な分布でフィルタ２５内
に堆積する。これにより、パティキュレートの燃焼（再
生処理）の際にフィルタ２５の中央部に過剰に熱負荷が
掛かかってフィルタ２５が破損してしまうことを防止す
ることができるという利点がある。

【００４０】また、フィルタ２５入口での排気ガスの流
速分布は、中央部よりも外周部が比較的に高くなるよう
に設定されているので、若干ながらフィルタ２５の外周
部に堆積するパティキュレートが中央部に堆積するパテ
ィキュレートよりも多くなる。これにより、外部に近接
して冷却され易いフィルタ２５の外周部において、再生
処理の際に、外部へ放出される熱量よりもパティキュレ
ートの燃焼により発生する熱量が多くなる。したがっ
て、フィルタ２５の外周部、特に排気ガス温度が降下す
る排気ガス下流側においても、パティキュレートの燃焼
に必要な温度状態が維持されてパティキュレートの燃え
残りを防止することができるという利点もある。

【００４１】また、パイプ及びバッフルをフィルタケー
ス２ａ，２ｂ内に設置する必要がないため、構造及び製
作が簡易となりコストや重量を低減することができると
いう利点がある。さらに、上述したように、ポペット弁
３０ａ，３０ｂが半開に開度設定可能であるため、従来
必要であった酸素供給用通路や酸素供給用の制御弁（と
もに、図６の符号１１０，１１１参照）が不要となり、
このような観点からもコストを低減することができると
いう利点がある。また、排気ガス浄化装置が小型化され
て小型の車両にも容易に搭載できるという利点もある。

【００４２】なお、本発明の内燃機関の排気ガス浄化装
置は、上述の実施形態に限定されるものではなく、種々
変形して実施することができる。例えば、上述では、ポ
ペット弁３０ａ，３０ｂを、各フィルタ２５の上流側且
つ中心軸線Ｃ１上に設置しているが、各ポペット弁３０
ａ，３０ｂを各フィルタ２５の下流側且つ中心軸線Ｃ１
上に設置するようにしてもよい。

【００４３】そして、このようにフィルタ２５の下流側
にポペット弁を配設してフィルタ２５の中央部から流出
してくる排気ガスの流れを制御するように構成しても、
ポペット弁３０ａ，３０ｂをフィルタ２５の上流側に配
設した場合と同様の作用が得られる。これは、フィルタ
２５の特性上、フィルタ２５に流入した排気ガスは、フ
ィルタ２５の中心軸線Ｃ１と略平行に流れるためであ
り、したがって、フィルタ２５の下流側でポペット弁３
０ａ，３０ｂの開度を制御するようにしても、フィルタ
２５の上流側の排気ガスの流速分布を制御することがで
きるのである。

【００４４】また、フィルタ２５の上流側と下流側とに
共にポペット弁をそなえるように構成して、排気ガスの
流速分布を、より微細に制御するようにしてもよい。さ
らに、上述の実施形態では、ポペット弁３０ａ，３０ｂ
は、パティキュレート捕集中は全開状態に、フィルタ２
５の再生処理中は半開状態に、それぞれ開度を固定され
ているが、例えば、内燃機関の負荷等に応じて各状態で
の開度を可変制御するようにしてもよい。また、本発明
の排気ガス浄化装置は、パティキュレートフィルタを用
いてパティキュレートを補集する排気ガス浄化装置に広
く適用しうるものであって、例えば、並列に配設された
一対のフィルタケースのうちの１つのフィルタケースだ
けに本発明の排気ガス浄化装置を適用してもよいし、
又、排気通路上にフィルタケースが１つだけそなえられ
た排気ガス浄化装置に適用してもよい。すなわち、少な
くとも１つのフィルタケースの排気ガス流れ上流側に、
フィルタケース内に配置される弁傘部とパティキュレー
トフィルタの略中心軸線上に配置される弁軸とから構成
されて流入通路の開度を変更しうるポペット弁をそなえ
て構成されていればよい。

【００４５】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１記載の本
発明の内燃機関の排気ガス浄化装置によれば、ポペット
弁が、各フィルタケースの排気ガス流れ上流側且つパテ
ィキュレートフィルタの略中心軸線上に配置されている
ため、パティキュレートフィルタに流入する排気ガスが
この中心軸線を中心に分散して、排気ガスの流速分布は
略一様な分布となる。これにより、パティキュレートが
パティキュレートフィルタの中央部（中心軸線上付近）
に集中して堆積することなく略一様な分布でパティキュ
レートフィルタに堆積する。また、パティキュレートフ
ィルタの再生処理の際には、パティキュレートフィルタ
は、パティキュレートの堆積量に応じて熱負荷を受ける
が、上述のように、パティキュレートフィルタ内にはパ
ティキュレートが略一様な分布で堆積するため、熱負荷
が分散して、パティキュレートフィルタの中央部に過剰
に熱負荷が掛かってパティキュレートフィルタが破損し
てしまうことが防止されるという利点がある。

【００４６】また、ポペット弁とパティキュレートフィ
ルタとの設置位置を調整することにより、パティキュレ
ートフィルタ入口での排気ガスの流速分布を適切なもの
に容易に設定することができるという利点もある。例え
ば、パティキュレートフィルタをポペット弁から比較的
近接して設置すれば、排気ガスは、ポペット弁の作用に
より外周部へ分散した状態でパティキュレートフィルタ
へ流入するため、パティキュレートフィルタ入口での排
気ガスの流速分布は、中央部よりも外周部が比較的に速
い分布となる。これにより、パティキュレートフィルタ
の中央部に堆積するパティキュレートよりも、パティキ
ュレートフィルタの外周部に堆積するパティキュレート
が若干ながら多くなって、外部に近接して冷却され易い
パティキュレートフィルタの外周部において、再生処理
の際に外部へ放出される熱量よりもパティキュレートの
燃焼により発生する熱量が多くなる。したがって、パテ
ィキュレートフィルタの外周部、特に排気ガス温度が降
下する排気ガス下流側においてもパティキュレートの燃
焼に必要な温度状態が維持されてパティキュレートの燃
え残りを防止することができる。

【００４７】また、バッフル等をフィルタケース内に設
置する必要がないため、構造及び製作が容易であり且つ
装置全体が小型化されて小型の車両にも容易に搭載でき
るという利点もある。この他、コストを低減することが
できるという利点もある。また、内部にパティキュレー
トフィルタをそなえた一対のフィルタケースを並列に並
べているため、上述の効果に加え、一方のパティキュレ
ートフィルタが再生処理を行なって排気ガス中のパティ
キュレートを捕集できない場合にも、他方のパティキュ
レートフィルタにより排気ガス中のパティキュレートを
捕集することができるので、常に排気ガス中のパティキ
ュレートを捕集できるという利点がある。

【００４８】請求項２記載の本発明の内燃機関の排気ガ
ス浄化装置によれば、排気ガス流れ上流側にポペット弁
を設けた場合はもちろんのこと、各フィルタケースの排
気ガス流れ下流側にポペット弁を設けた場合であって
も、上述の請求項１記載の内燃機関の排気ガス浄化装置
と同様の効果を得ることができる。請求項３記載の本発
明の内燃機関の排気ガス浄化装置によれば、ポペット弁
を各フィルタケースの排気ガス流れ上流側及び下流側の
それぞれに設置するため、請求項１及び請求項２記載の
内燃機関の排気ガス浄化装置に比べ、パティキュレート
フィルタ入口での排気ガスの流速分布、即ち、パティキ
ュレートフィルタに堆積するパティキュレートの分布を
微細に制御することができる。これにより、再生処理の
際にパティキュレートフィルタにかかる熱負荷を調節し
易いという利点がある。

【００４９】請求項４記載の本発明の内燃機関の排気ガ
ス浄化装置によれば、やはり、ポペット弁がフィルタケ
ースの排気ガス流れ上流側且つパティキュレートフィル
タの略中心軸線上に配置されているため、パティキュレ
ートフィルタに流入する排気ガスがこの中心軸線を中心
に分散されて、排気ガスの流速分布は略一様な分布とな
る。これにより、パティキュレートが略一様な分布でパ
ティキュレートフィルタに堆積する。このため、再生処
理時には、パティキュレートフィルタは、パティキュレ
ートの堆積量に応じて熱負荷を受けるが、この熱負荷が
分散し、パティキュレートフィルタの一部に過剰に熱負
荷が掛かってパティキュレートフィルタが破損してしま
うことが防止されるという利点がある。

【００５０】また、ポペット弁とパティキュレートフィ
ルタとの設置位置を調整することにより、パティキュレ
ートフィルタ入口での排気ガスの流速分布を適切なもの
に容易に設定することができるという利点もある。ま
た、バッフル等をフィルタケース内に設置する必要がな
いため、構造及び製作が容易であり且つ装置全体が小型
化されて小型の車両にも容易に搭載できるという利点も
ある。この他、コストを低減することができるという利
点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態としての内燃機関の排気浄
化装置における要部構成を示す模式図である。

【図２】本発明の一実施形態としての内燃機関の排気浄
化装置における全体構成を示す模式的な外形図である
（ポペット弁については透視して示している）。

【図３】本発明の一実施形態としての内燃機関の排気浄
化装置における作用を説明するための図であって、ポペ
ット弁とパティキュレートフィルタとの距離に応じたパ
ティキュレートフィルタ入口での排気ガスの流速分布の
変化を示すための図であり、（ａ）はパティキュレート
フィルタがポペット弁から比較的近接して配設された場
合の流速分布を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に比べて
パティキュレートフィルタがポペット弁から離隔して配
設された場合の流速分布を示す図である。

【図４】従来の排気浄化装置の構成図であり、その上半
分は断面図であって、下半分はその外形を示す図であ
る。

【図５】従来の排気浄化装置において、排気ガスを分散
するためのパイプ及びバッフルを設けない場合の、フィ
ルタケース入口での排気ガス流れ及びパティキュレート
フィルタ入口での排気ガスの流速分布を示す模式的な断
面図である（電気ヒータは図示略）。

【図６】従来の排気浄化装置の全体構成示す模式図であ
る。

【符号の説明】

１フロントパイプ１ａ，１ｂ通路（分岐通路又は流入通路）２ａ，２ｂフィルタケース３テールパイプ３ａ，３ｂ通路（排出通路）２５パティキュレートフィルタ３０ａ，３０ｂポペット弁３１弁軸部３２弁傘部Ｃ１パティキュレートフィルタの中心軸線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気通路に設けられ、内部にパティキュレートフィルタが該排気通路に対して
略平行に配置されて並列に並ぶ一対のフィルタケース
と、該排気通路からの排気ガスを該各パティキュレートフィ
ルタへ分岐させて導く分岐通路とをそなえた内燃機関の
排気ガス浄化装置において、該一対のフィルタケースの排気ガス流れ上流側に、該各
フィルタケース内に配置される弁傘部と該各パティキュ
レートフィルタの略中心軸線上に配置される弁軸とから
構成されて該分岐通路の開度を変更しうるポペット弁を
それぞれそなえたことを特徴とする、内燃機関の排気ガ
ス浄化装置。
【請求項２】内燃機関の排気通路に設けられ、内部にパティキュレートフィルタが該排気通路に対して
略平行に配置されて並列に並ぶ一対のフィルタケース
と、該排気通路からの排気ガスを該各パティキュレートフィ
ルタへ分岐させて導く分岐通路と、該各フィルタケースからの排気ガスを排出する排出通路
とをそなえた内燃機関の排気ガス浄化装置において、該一対のフィルタケースの排気ガス流れ上流側及び下流
側の何れかに、該各フィルタケース内に配置される弁傘
部と該各パティキュレートフィルタの略中心軸線上に配
置される弁軸とから構成されて該何れかの通路の開度を
変更しうるポペット弁をそれぞれそなえたことを特徴と
する、内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項３】内燃機関の排気通路に設けられ、内部にパティキュレートフィルタが該排気通路に対して
略平行に配置されて並列に並ぶ一対のフィルタケース
と、該排気通路からの排気ガスを該各パティキュレートフィ
ルタへ分岐させて導く分岐通路と、該各フィルタケースからの排気ガスを排出する排出通路
とをそなえた内燃機関の排気ガス浄化装置において、該一対のフィルタケースの排気ガス流れ上流側及び下流
側のそれぞれに、該各フィルタケース内に配置される弁
傘部と該各パティキュレートフィルタの略中心軸線上に
配置される弁軸とから構成されて該両通路の開度を変更
しうるポペット弁をそれぞれそなえたことを特徴とす
る、内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項４】内燃機関の排気通路に設けられ、内部にパティキュレートフィルタが該排気通路に対して
略平行に配置されたフィルタケースと、該排気通路からの排気ガスを該パティキュレートフィル
タへ導く流入通路とをそなえた内燃機関の排気ガス浄化
装置において、該フィルタケースの排気ガス流れ上流側に、該フィルタ
ケース内に配置される弁傘部と該パティキュレートフィ
ルタの略中心軸線上に配置される弁軸とから構成されて
該流入通路の開度を変更しうるポペット弁をそなえたこ
とを特徴とする、内燃機関の排気ガス浄化装置。