JPH0218275Y2 - - 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る。

また、上記の如きモノリスタイプのフイルター
部材において、周辺部は外気へ熱が逃げやすく、
中心部に対して温度が低く、また、カーボン粒子
はフイルター部材の周辺部より中心部に集中する
傾向にあるため、ヒータによつて堆積したカーボ
ン粒子を着火燃焼させると、堆積量の多い中心部
のカーボン粒子の燃焼によつてフイルター部材の
中心部が過度に過熱され、周辺部との間に大きな
温度差が発生し、フイルター部材にクラツクを発
生するといつた問題を生ずる。

（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
イルター部材にクラツクを発生させることなし
に、目詰まりを生じさせるカーボン粒子等の微粒
子を均一かつ効果的に燃焼除去することができる
ヒータの設定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、フイルター部材
上流側端面部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、上記電気発熱体を、フイ
ルター部材端面の外周部から中心部に延び再び外
周部に延びる中心部加熱用電気発熱体と、外周部
に周方向に並んで複数配設された周辺部加熱用電
気発熱体とで構成し、各電気発熱体を同時に通電
を行うよう電源に対し並列接続し、フイルター部
材端面の単位面積あたりの電気発熱体の発熱量を
中心部に対して周辺部を大きくしたことを基本的
な特徴としている。即ち、本考案は、中心部加熱
用電気発熱体と周辺部加熱用電気発熱体に同一電
源から同時に通電するとともに、フイルター部材
端面の単位面積あたりの電気発熱体の発熱量が中
心部に対して周辺部が大きくなるように電気発熱
体の消費電力量を設定し、フイルター部材の中心
部における多量の堆積カーボン粒子の一時的、集
中的な燃焼の抑制を図るとともに、温度上昇の緩
慢な周辺部を発熱量の多い電気発熱体で相補的に
加熱することにより、フイルター部材がほぼ均一
に加熱されるようにしたものである。

（考案の効果） したがつて、本考案によれば、カーボン粒子の
堆積量が多い中心部とカーボン粒子の堆折量の少
ない周辺部の加熱条件を均等化でき、中心部と周
辺部との間に生ずる温度差に起因して生じうるク
ラツクを確実に防止することができ、モノリスタ
イプのフイルター部材の耐久性を向上することが
できる。

また、本考案によれば、中心部加熱用電気発熱
体は、フイルター部材端面外周部から中心に到
り、さらに外周に延びているので、中心部加熱用
電気発熱体は周辺部加熱用電気発熱体とともに、
フイルター部材端面部外周部からの給電が容易に
なる。

（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
詳述する様式でヒータ線９（第１図では簡単のた
め単線で示してある。）が配設され、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）１１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１０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１
３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
押出成形して燃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１
６，１６，……にという。）、残りのセル１５，１
５，……は上流端がブラインドプラグ１７，１
７，……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１
４，１４，……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図および第４図に示すように、上流端が閉
塞された排出セル１５，１５，……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の上流端側近傍（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。

上記各ヒータ１８は、各排出セル１５の上流端
から約３cmの内方でＵ字状に折返されたヒータ線
９をブラインドプラグ１７によつて上流端部にお
いて支持され、折返される前のヒータ線９ｃと折
返された後のヒータ線９ｄとの間には、両ヒータ
線９ｃ，９ｄ間のシヨートを防止する細長板状の
絶縁板１９がブラインドプラグ１７によつて基部
が支持された状態で介装されている。

次に、上記ヒータ線９の配線構造を具体的に示
す第５図について説明する。

モノリスタイプのフイルター部材７の上流端側
に配置したヒータ１８，１８，……は、次に説明
するように接続することにより、４つの中心部接
続ヒータ線９−１と、各４つの周辺部接続ヒータ
線９−２および９−３とを構成する。即ち、上記
各中心部接続ヒータ線９−１は、フイルター部材
７の上流端の外周部から中心部に到り、ほぼ90度
折れ曲がつて再び外周部に到る経路上にあるヒー
タ１８，１８，……１８を一連に、直列接続して
ある。また、上記各周辺部接続ヒータ線９−２お
よび９−３はいずれも、上記各中心部接続ヒータ
線９−１とフイルター部材７の上流端の外周部と
の間にあるヒータ１８，１８，……を一連に、直
列接続してなる。これにより、上記フイルター部
材７の上流端には、各々が中心部接続ヒータ線９
−１、周辺部接続ヒータ線９−２および９−３か
らなる４組のヒータ群が形成される。上記各中心
部接続ヒータ線９−１と、各周辺部接続ヒータ線
９−２，９−３は、＋の接続端子２０と−の接続
端子２１との間に並列に接続される。

なお、周辺部接続ヒータ線９−２，９−３は、
上記のように、フイルター部材７の上流端の周方
向に複数に分けて配設する。これは、次の理由に
よる。即ち、中心部接続ヒータ線９−１のヒータ
１８と、周辺簿接続ヒータ線９−２，９−３のヒ
ータ１８の材料や線径を変えてもよいが、製造面
からみれば同じ材料で同じ線径のヒータ線を用い
ることが好ましい。その場合、外周を一周するよ
うにもうければヒータ線が長くなり、抵抗が大き
くなる。

このようにすれば、一般に抵抗Ｒのヒータを電
圧Ｅの電源に接続した場合のヒータ消費電力Ｗが
Ｗ＝E²／Ｒであることから、周辺部接続ヒータ
線９−２，９−３の発熱量が中心部接続ヒータ線
９−１の発熱量よりも大きくなり、フイルター部
材７の単位面積あたりの発熱量が中心部に対して
周辺部が大きくなる。さらには、周方向に分ける
ことにより、周辺部接続ヒータ線９−２，９−３
と中心部加熱用電気ヒータ線９−１の配線とが干
渉することもない。

なお、上記各＋接続端子２０は、ヒータ制御回
路１３によつてオン、オフが制御される前記リレ
ースイツチ１０を介して電源１１に接続されるよ
うになつており、各−接続端子２１はアースされ
る。

次に、上記の如き配線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２２から燃料噴射ポンプ３に燃料を供
給する燃料供給通路２３に介設した第１流量計２
４および燃料噴射ポンプ３から燃料タンク２２に
燃料を帰還させる燃料リターン通路２５に介設し
た第２流量計２６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２７，２８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、S2，
S3において、夫々第１、第２流量計２４，２６
の出力を読込み、S4において燃料タンク２２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２２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Lo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Loに達した時には、ヒータ制御回路１
３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た
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２７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断面図、
第３図、第４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５図
はヒータの配置構造を示すフイルター部材の正面
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、
９，９−１，９−２，９−３……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、フイル
   ター部材上流側端面部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、 上記電気発熱体を、フイルター部材端面の外周
   部から中心部に延び再び外周部に延びる中心部加
   熱用電気発熱体と、外周部に周方向に並んで複数
   配設された周辺部加熱用電気発熱体とで構成し、
   各電気発熱体を同時に通電を行うよう電源に対し
   並列接続し、フイルター部材端面の単位面積あた
   りの電気発熱体の発熱量を中心部に対して周辺部
   を大きく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。