JPH0218276Y2

JPH0218276Y2 -

Info

Publication number: JPH0218276Y2
Application number: JP1983064150U
Authority: JP
Priority date: 1983-04-28
Filing date: 1983-04-28
Publication date: 1990-05-22
Also published as: JPS59168513U

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
部材においては、周辺部は外気に熱が逃げやす
く、中心部より温度が低く、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
カーボン粒子の一時的、集中的な燃焼によつて中
心部が過度に加熱され、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、セル内に微粒子
成分を燃焼除去する電気発熱体を配設し、燃焼除
去期間中、通電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、上記フイルター部材
に配設する電気発熱体のフイルター部材の軸方向
の直交する横断面におけるフイルター部材単位面
積当たりの発熱量がフイルター部材中心部よりも
周辺部が大きく、かつ全周辺部が略同じ発熱量に
なるよう電気発熱体を配設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、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積量の少
ない周辺部の温度差を少なくでき、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。

（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
め単線で示してあり、第６図に実際の配線構造を
示している。）が配設され、ヒータ線９の一端９
ａ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あるいはダイヤフラム
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図および第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１５，１５，……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１５，１
５，……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６図について説明すると、モノリスタイプの
フイルター部材７の中心部に位置するヒータ１
８，１８，……を一連に接続する中心部接続ヒー
タ線９−１と、中間部に位置するヒータ１８，１
８，……を連通するヒータ線９−２と、周辺部に
位置するヒータ１８，１８，……を一連に接続す
る周辺部接続ヒータ線９−３は、夫々十、一の各
接続端子２０−１，２０−２，２０−３および２
１に接続している。

この場合、各＋接続端子２０−１，２０−２は
各々抵抗R₁，R₂を介してバツテリ１１に接続さ
れ、この外部抵抗R₁，R₂により周辺部接続ヒー
タ線９−２，９−３の発熱量が中心部接続ヒータ
線９−１の発熱量より大きくなるように予め設定
しておく。

即ち、例えば、外部抵抗R₁の抵抗値を大、R₂
を小をとし、ヒータ線９−１〜９−３自体の抵抗
を同一値（＝Ｒ）とすれば、ヒータ線９−１〜９
−３に加わる電圧Ｅは、ヒータ線９−１〜９−３
が最大で、９−２，９−１の順で小さくなる。

ここでヒータ線９−１〜９−３で消費される電
力（発熱量）Ｗは、Ｗ＝E²／Ｒで表されるから、外部抵抗R₁，R₂で各ヒータ線９−１〜９−３に加
わる電圧Ｅをかえることにより各ヒータ線９−１
〜９−３の発熱量Ｗに差が生じることになる。

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７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７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図はヒータ線の配線構造を示す全体
正面図、第７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

【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、セル内
に微粒子成分を燃焼除去する電気発熱体を配設
し、燃焼除去期間中、通電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、上記フイ
ルター部材に配設する電気発熱体のフイルター部
材の軸方向に直交する横断面におけるフイルター
部材単位面積当たりの発熱量がフイルター部材中
心部よりも周辺部が大きく、かつ全周辺部が略同
じ発熱量になるよう電気発熱体を配設したことを
特徴とするデイーゼルエンジンの排気浄化装置。