JPH01125513A - 排ガスの煤粒子除去フィルタ− - 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、ジーゼルエンジンの排ガスの煤粒子を除去す
るためのフィルター及び煤粒子の放出を減少する方法に
関する。

〔従来技術〕

機械的なフィルターを用いて非常に有害かつ環境上面倒
な煤粒子の放出を減少するために排ガス流をろ過するこ
とはよく知られている。フィルターに沈積される煤粒子
は排ガスの熱により焼却して害のない炭酸ガス（ＣＯ２
）に変えられる。機械的なフィルターは一般に排ガス流
のしゃ断による永続的な圧力損失及び効率損失を生じる
。それはただ単に効率損失がもたらすばかりでなく、エ
ンジンの停止を導く。この欠点を補償するために排ガス
温度をたかめるために追加の燃料を供給している（参照
：ジーゼルエンジンー自動車排ガス放出減少・ドイツ技
術者協会報告（ＶＤＩ）５５９゜ＶＤＩ−出版、デュセ
ルドルフ、１３９−１５６頁）。

煤放出を減少するために特に重力分離が知られている。

これは煤粒子の静電気を帯びた粒子の増大を前提として
いる。静電場はその際煤粒子が集塊になるように作用し
、丸くなった煤粒子は容器に集められる。集められた煤
は最後にエンジンの燃焼室に導かれ、そこで燃焼される
。排ガスのなかの煤の効果的な減少は集合容器に落ちる
大愚の煤を考慮してそれに相当する収容能力を要求し、
場所及び自由空間の不足からジーゼル自動車では太古１
の集合容器の設置はほとんど非常に金のかかるもので実
現されていない。

ドイツ特許公開公報（ＤＥ−Ｏ８）３３２４８８６には
、特に煤粒子のような排ガス流のなかに含有する有害物
質を持つ排ガス流を接地電極として構成される容器を貫
通して導き、その容器には同軸の第２の電極を表わす裂
は目を持つ中空導体が入れられているのが示されそいる
。導線の形の第１電極が中空導体を貫通して延びている
。第１電極に荷電される電圧ポテンシャルは中空導体の
それよりも高い。ガス流に含有される、非常に小さい、
細かに分散した煤粒子は容器と中空導体の間の静電場の
影響の下に大きな集塊に丸められ、その集塊は中空導体
の方向に移動し、中空導体のなかの裂は目の上に入り込
む。中空導体のなかの煤粒子の移動及び侵入は中空導体
に対して大きなポテンシャルを持つ第１１１極により増
大される。

中空導体においては第２の同時に外へ向けらでいる電場
が主として生じ、その隔置も高いｔＪＩの強さは中空導
体の中央、すなわち導線状の第１電極の表面を支配し、
第１電極は荷電された煤粒子を引き寄せる。排ガス流に
向き合ったガス流は中空導体を貫通して流れ、そのなか
で集中される集塊を運び、ジーゼルエンジンの燃焼室の
なかで後で燃焼させるために送られる。補助の煤集合容
器はこの公知の排ガス−精製装置では必要ない。しかも
なお、煤粒子のほかに同時に分離されるさび粒子がエン
ジンの燃焼室での排気口から到達するという大きな危険
がある。そのことは結果的にエンジンの寿命を短くし、
エンジンの破壊に通じる。

本発明にはとくに可動または停止のジーゼルエンジンの
排ガス流から前述の欠点のない、実質的に改良された効
率を持つ煤粒子の除去の方法及びフィルターを提供する
という課題がある。

この課題は本発明によれば孔の明けられた外皮面を有し
、排ガスを貫流させるろ過材により包まれる管を１つの
容器のなかに設けることにより解決される。その際、孔
の明けられた管は好ましくは網目管として構成されてい
る。本発明は煤粒子が排ガス流と共に排ガス装置のなか
で脈動により半径方向の外方にむかって加速されること
及び殆ど完全に開かれた非常に大きな孔をもつ外被管に
より、約１ａｍから約０．６ｊｅｍの線径の網目幅を持
つ網目管が管の全周囲領域にわたっていて、網目管を直
接囲んでいる。管の外被面のなかに在るろ過材に煤粒子
が侵入するのを妨げず、そこに沈積するのを妨げないと
いう確認に基づいている。ろ過材としては例えば鋼線、
セラミック、鉱物発泡体のような圧縮多孔質物質が適し
ている。本発明は特にジーゼルエンジンの燃焼室から流
れ出る排ガスにイオン化した煤粒子を含有し、煤粒子が
管に直接隣接するろ過材のなかに浸入するのを加速する
という考察に基づいている。煤粒子の運動エネルギはろ
過材でそしてすでに沈積している粒子の上での衝突のと
きろ過材のなかの沈積もしくは中間に貯蔵される煤粒子
の燃焼を下から支えている。フィルターの自動的再生は
中間部分にある煤粒子の燃焼により特に排ガスの有する
熱により助長される。

沈積された煤の燃焼温度は触媒的に被覆したろ過材料に
より有利に下げられる。

煤粒子の除去及びそのため煤放出の減少は本発明による
フィルターにより強制的なろ過材への貫流なしに、流さ
れる排ガスは管のなかで殆ど抵抗がないので、圧力損失
なしに達成される。ろ過材に沈積された煤は排ガス流の
外への自動的燃焼によって特にエンジンの効率に影響す
る詰りを生じない。網目管を包むろ過材は即時的な煤の
燃焼でないときにはかなりの沈積能力を示し、管中の排
ガス流に対する流動の断面を妨害しない。排ガスの逆圧
は効率を減少するがここでは排ガス逆圧は構成しない。

網目管の３倍を持ってろ過材で包むことがとくに好都合
なものであることが示された。

小さな構造を右する排気装置を持つジーゼルエンジンは
フィルターと共に準備される。

接地された容器及び管を貫通して導かれるコロナ放電電
極の際には、その電極は管の入口及び出口に配置された
絶縁体の間に張ら・れる金属導線として有利に形成され
、静ｉ！場を用いる分離の援けにより放出度を最適にし
、静電場からのエネルギー供給によって煤粒子の荷電及
び燃焼は煤粒子の枝分れ周辺流域によって促進され、そ
の方法で管の外被面に作用を生じる。断続エンジンのフ
ィルター容器は例えば接地接続によりアースをとってい
る。実験による確認によれば、静電的分離によって自動
的再生フィルターの効率を９０％まで上昇せしめた。安
全の理由からこのましくはコロナ放電電極に関する脈動
する直流電圧の設備のとき分離される煤粒子の移動をコ
レクター電極として役立つ網目管の外被面の方向に支援
している。そこから網目管と外被面を貫通して流れる排
ガスの煤粒子は包まれているろ過材のなかに移動し、そ
こに沈積される。静電場を持つフィルターの際ろ過材で
包まれた部分の直径は穴が明けられた管に対して静電的
分離なしに行われるフィルターのときよりも小さい。

コロナ放電電極に荷電される電圧が負にすることが推奨
される。負の電圧は多数の線からなるコロナ放電電極に
場合によっては正の電圧に比較して実質的により大ぎな
コロナを生じる。脈動直流電圧は変圧器を用いて供給さ
れ、自動車用バツテリーから電流と共に供給される。必
要な電流の強さは非常に小さく約４から５鯖であり、自
動車の電気装置にとって取るに足りない負荷である。高
電圧は約１０ＫＶを超過する必要がなく、問題なく、危
険なしに実現され、高電圧場に生じるオゾンはとくにイ
オン化煤粒子の化学的反応に影響し、そのため無害の炭
酸ガスにする沈積煤の燃焼を促進する。

本発明には金属導線にばねを作用させることが提案され
る。張力ばねまたは圧縮ばねが金属導線を押えていて、
その直径は０．３ｍより大きくならない導線が張られて
いる。すなわち、排ガスの熱により場合によっては原因
となる導線の伸びをばねは調整する。例えば、ばねは絶
縁体と導線の末端の間に配置され、または可動性のフィ
ルター容器の可動性絶縁体ソケットの上に作用する。絶
縁体ソケットは高熱ガス流の外に配置されているのでば
ねは蜆戻しされない。

金属導線を固定する絶縁体は垂直方向にも、また水平方
向にも配置される。絶縁体は各場合でフィルターの容器
の壁がコロナ放電電極の漏れによる絶縁破壊を避ける長
さを持っている。

容器は入口管及び出口管を右利に偏心的な配置に支持し
て接続できる。網目管は例えばその末端に取り付け、ま
たは末端にかみ合わされる。特に水平方向に配置する絶
縁体に対しで偏心的位置が適している。それは水平方向
の絶縁体に対して簡単な組み立て及び分解でき、偏心的
位置の際には即ら排ガスの外で網目管と入口管、出口管
は一列に並んでいない。

網目管は半径方向の外側へ突きでている細道状の長手方
向の継目を有利に形成している。網目管の製造技術的に
有利な製造は円通市販されている網目マットから製造さ
れる。外方向に向けられた長手方向の継目により管を形
成するマットの継ぎ目のかどの領域で管の内部が平滑な
内部の外被面を達成できる。火花放電による電圧及び転
移は互いに重なり合った継ぎ目のかどのときには関係し
ないし、生起しない。

ジーゼルエンジンの排ガス流れの煤放出の減少のだめの
方法が提案される。フィルターに脈動して流れる排ガス
の流れはそのなかに含有する煤粒子と共に静電場に尋か
れ、その煤粒子は静電場において荷電され、半径方向に
外側に向って加速され、フィルター層のなかに煤粒子を
沈積させ、同じく周期的に自動燃焼することが提案され
ている。

煤粒子はそのために静電場の作用と共にガス流に合せら
れる脈動により排ガスの流れを導き、集中的に包まれた
ろ過材のなかに沈積される。静電場からのエネルギー供
給、排ガスの熱、高電圧で生じるオゾン及びガス流に在
る酸化された物質は沈積された煤の自動的燃焼に作用を
生じる。　静電場における電圧はエンジンの駆動に依存
して有利に変化できる。エンジンの完全な消費負荷は排
ガス４度を部分的負荷の駆動よりも高い。そのための好
ましい燃焼条件では静電場からのエネルギー供給及びそ
のために約５０Ｗの低い電気効率をさらに相当に減らす
ことができる。

次に本発明を図面に示した実施例により更に詳しく説明
する。

第１図はフィルターの縦継面図である。ここに示されて
ない内燃機関から出る排ガスは矢印方向２から入口支持
部を経てフィルターに導かれる。

フィルター１は網目管５が同中心的に包んでいる容器４
からなっている。管５は容器の全体に伸びていて、入口
支持部３及びそれに対向して置かれる出口支持部６に接
続している。管５はろ過材７に包まれていて、容器４と
管５の外被面との間にろ過材が完全に満されている。入
口及び出口支持部３，６のフィルター１はこの方法では
排気装置により生じる脈動によりろ過材７に排ガスを制
約的に流す。その際排ガスに在る煤粒子は網目管５の網
目８を貴通してろ過材のなかにまで入り込み、そこで沈
積する。沈積した煤粒子はろ過材のなかで自動的に燃焼
され、その結果、出口支持部６を経てフィルターを出る
排ガスには煤粒子が無い。

第２図から第４図に示されるフィルター１０１では矢印
方向１０２から入口支持部１０３を経て排ガスをフィル
ター１０１に導き、ろ過材１０７に煤粒子を沈積するた
めに静電場によって援【ノている。フィルター１０１は
この目的のために接地されている。すなわら金属導線１
２の形状のコロナ放電電極に脈動直流電圧を設備するた
め２つの端子１０．１１を接続した容器９を持っている
。

金属導線１２は長さ方向に網目管１０５を貫いて延びて
いて、入口支持部１０３もしくは出口支持部１０６の出
口と垂直方向に配置した絶縁体１３に固定される。コロ
ナ放ｍＷ極１２は中間ソケット１４と容器９に固定され
た絶縁体１３との間に張られている。高温の排ガス流に
よりひき起こされるコロナ放電電極１２の伸びに対して
第２図による構成のときには入口支持部１０３の領域に
おいて配置されるばね１５で補償している。電流を接続
した絶縁体１３に衝撃を与えない。絶縁体１３は回転運
動的にソケット１４の半円帽状の台に支持されている。

コロナ放電電極１２が伸びるときには絶縁体１３のキャ
ップ１８を支えて、絶縁体１３のその位置を伸びと均り
合う位置にまでばね１５で押しつけている。コロナ放電
電極１２に荷電する電圧に制限され、静電場に基づき排
ガス流１０２と共に入口支持部１０３を経てフィルター
１０１に導かれる煤粒子を管１０５の網目１０８の方向
に移動するよう強め、網目１０８を貫いてろ過４１１０
７に沈積し、フィルターに沈積された煤粒子は燃焼され
再生されるまで沈積される。

沈積煤は燃焼して無害の炭酸ガスになる。

第３図に示される自動的再生フィルター１０１は静電内
分１１１ｉ機能を有し、第２図によるフィルター１０１
とはコロナ放Ｍ電極１２をはめこんでいる絶縁体１１３
が水平方向の配置をとる点で箕っている。絶縁体１１３
はキレツブ１６のなかに配置され、容器９の各々の前面
にボルト１７でフランジを介して接合されている。キ１
？ツブ１６は入口支持部１０３、出口支持部１０６なら
びに各支持部１０３．１０６に向い合せになって偏心的
に配置された入口管１９と出口管２０を設けている。

網目管１０５は第４図に示すような入口支持部１０３を
有し、支持部１０３．１０６の上にその末端を差し込ん
である。コロナ放′Ｉ＆電ｆｆ１１２の自動的伸びの補
償のためばね１５が絶縁体１１３に支持されている。ば
ねはワッシャ２１に対して絶縁体１１３を通り抜けて導
かれるコロナ放電７ｔｆ極１２の末端を圧している。第
５図に示されている網目管５，１０５は外に突出して細
道状の長手方向の継目２２を効果的に形成していて、側
方に折り曲げた継ぎ目のかど２３を持っている。長さ方
向の継目２２をもって網目管５．１０５は例えば継目に
入口支持部及び出口支持部３，６，１０３゜１０６をは
めこみ、継ぎ目のかど２３上に固定している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるろ過材により包まれ、穴をあけた
排ガス管をもつフィルターの縦断面図、第２図は組み合
せ静電的分離を右する本発明によるフィルターの第１の
構造の縦断面図、第３図は第２図による構造に対して変
形した絶縁物の水平配置を有する本発明のフィルターの
第２の構造の縦断面図、 第４図は第３図によるフィルターの詳細図、第５図は本
発明のｍ適状の継目の詳細な透視図。 １．１０１・・・フィルター、２，１０２・・・排ガス
を送る方向、３，１０３・・・入口支持部、４，９・・
・容器、５，１０５・・・網目管、６．１０６・・・出
口支持部、７．．１０７・・・ろ過材、８，１０８・・
・網目、１０．１１・・・端子、１２・・・金ＩｉＩ導
線、１３，１１３・・・絶縁材、１４・・・ソケット、
１５・・・ばね、１６・・・キャップ、１７・・・ボル
ト、２１・・・ワツシｐ、２２・・・長さ方向の継目、
２３・・・曲げられた継目の縁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、特にジーゼルエンジンの排ガスの煤粒子を除去する
   フィルターにおいて１つの容器（４、９）のなかにろ過
   材（７、１０７）で包まれ、穴の明けられた外被面を有
   し、そのなかを前記排ガスが流れる管（５、１０５）を
   有することを特徴とする排ガスの煤粒子除去フィルター
   。 ２、前記管が前記容器（４、９）のなかに配置されてい
   る網目管（５、１０５）であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載によるフィルタ３、前記ろ過材は触
   媒的に被覆されているろ過材（７、１０７）であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項及び第２項記載のい
   ずれか１つによるフィルター。 ４、前記ろ過材で包まれた管は少なくとも網目管（５、
   １０５）の３倍の直径を持つことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項から第３項記載のいずれか１つによるフィ
   ルター。 ５、前記容器は接地された容器（９）であり、前記管を
   貫通して導かれるコロナ放電電極（１２）があることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項から第４項記載のいず
   れか１つによるフィルター。 ６、前記コロナ放電電極として、管の入口側及び出口側
   に配置される絶縁体（１３、１６）の間に金属導線（１
   ２）を張ることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載
   によるフィルター。 ７、前記金属導線（１２）に作用するばね（１５）を設
   けることを特徴とする特許請求の範囲第５項及び第６項
   記載のいずれか１つによるフィルター。 ８、前記絶縁体（１３）が前記管に対して垂直方向に配
   置されることを特徴とする特許請求の範囲第１項から第
   ４項記載のいずれか１つによるフィルター。 ９、前記絶縁体（１３）が前記管に対して水平方向に配
   置されることを特徴とする特許請求の範囲第５項から第
   ７項記載のいずれか１つによるフィルター。 １０、前記排ガスを流すための入口管（１９）及び出口
   管（２０）が前記容器（４９）に対して偏心的に設けら
   れることを特徴とする特許請求の範囲第１項から第９項
   記載のいずれか１つによるフィルター。 １１、前記網目管（５、１０５）は半径方向の外方に向
   つて張り出し、細道状の長さ方向の継目（２２）がある
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項から第１０項記
   載のいずれか１つによるフィルター。 １２、前記コロナ放電電極（１２）に脈動直流電圧が荷
   電されることを特徴とする特許請求の範囲第５項から第
   １１項記載のいずれか１つによるフィルター。 １３、コロナ放電電極（１２）に荷電される電圧は負で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１２項記載によ
   るフィルター。 １４、特にジーゼルエンジンの排ガス流のなかの媒放出
   を減少させる方法において前記排ガス流のなかに含まれ
   る煤粒子を有するフィルター（１０１）を脈動して流れ
   る排ガス流が静電場を貫通して導かれ、半径方向にむか
   って外方へ加速され、前記フィルター層（１０７）のな
   かに煤粒子を沈積し、前記煤粒子は周期的に同時に自動
   的に燃焼されることからなることを特徴とする煤粒子減
   少方法。 １５、前記静電場における電圧は前記エンジンの駆動に
   依存して変化することを特徴とする特許請求の範囲第４
   項記載の方法。