JPH04109019A

JPH04109019A - 内燃機関の排気微粒子浄化装置

Info

Publication number: JPH04109019A
Application number: JP2224293A
Authority: JP
Inventors: Akikazu Kojima; 昭和小島; Shinji Miyoshi; 新二三好; Mitsuo Inagaki; 光夫稲垣; Kenji Arakawa; 健二荒川
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 1990-08-28
Filing date: 1990-08-28
Publication date: 1992-04-10

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〕本発明はディーゼルエンジン等の排気ガス中に含まれる
遊離炭素等の微粒子（ディーゼルパティキュレート）を
浄化する装置に関するもので、特に使用によって目詰り
した浄化装置を再生する際の再生率の向上、及び再生時
間の短縮をはかった内燃機関の排気微粒子浄化装置に関
する。

〔従来の技術〕

実開昭５９−１５２１１９号公報及び実開平１−１２７
９１８号公報にみられるように、ディーゼルエンジンの
排気管には、排気ガス中の遊離炭素等の微粒子を捕集し
て排気ガスを浄化するフィルタ型の浄化装置が設けられ
るが、その全体構成の例を第８図に示す。

図において、エンジン１の排気管２は分岐しており、分
岐管の一方には内部に多孔質で通気性のあるセラミック
製の微粒子捕集フィルタ３を内蔵する筒体４が接続され
る。この捕集フィルタ３はハニカム構造となっており、
その一部の断面を拡大して第９図に示すように、隔壁５
によって仕切られた多数の流路３ａ　、３ｂを有してお
り、上流側に開く流路３ａは下流側の端部が閉鎖されて
いると共に、下流側に開く通路３ｂは上流側の端部が閉
鎖されている。したがって、エンジンｌから排出される
排気ガスは、捕集フィルタ３の流路３ａ内へ流入し、多
孔質の隔壁５を透過して隣接する流路３ｂから下流側へ
流出する。この時、排気ガス中に含まれる遊離炭素等の
微粒子６は隔壁５によって通過を阻まれて波路３ａ内に
堆積する。

微粒子６の堆積が進行すると通気抵抗が増加し、エンジ
ン１の出力低下を招くため、堆積微粒子６を周期的に除
去する必要がある。そこで、例えば捕集フィルタ３の上
流側端面に、第８図に示す如く電気ヒータ７を設けて、
捕集微粒子６を加熱しながら空気を送ることにより燃焼
させて除去している。なお第８図において、８はバイパ
ス通路、９はそれに設けられたバイパス弁を示す。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、この再生処理時のフィルタ３内の温度とフィ
ルタ３０前後の差圧ΔＰを測定した例を第１０図に示す
。温度ＴｉＴ２．Ｔ３はそれぞれフィルタ３の前方部、
中央部、後方部の温度で、時間とともに燃焼域が徐々に
後方に移ってい（ために後方の温度が遅れて上昇してい
る。ここで前方部と中央部、及び中央部と後方部の温度
ピークの間隔を見ると１．＜１２となり、燃焼伝播のス
ピードが後方へ行くほど遅くなっていることがわかる。

これは、第９図に模式的に示したように、電気ヒータ７
の熱により、その近傍に堆積した微粒子６が燃焼除去さ
れて、その部分の通気抵抗が後方の未燃焼部分よりも相
対的に低くなり、その部分に流入する空気の流量が増し
て、フィルタ３０前後の差圧ΔＰも第１０図のように減
少する結果、一定流量で再生を行うと、フィルタ３の後
方部分への空気供給（即ち、燃焼に必要な酸素の供給）
が減少するためで、最悪の場合には燃焼が途中で停止し
てしまうことがある。また、燃焼が下流に向って徐々に
弱まることにより再生時間が長くなるため、再生時にバ
イパスを併用するシステムではエミッシッンが悪化する
ことになる。

また第１１図（ａ）に示すようにフィルタ３の中間付近
の断面において、周辺部の点Ａと中心部の点Ｂとの温度
を測定してみると第１１図（ｂ）のようになり、中心部
の温度が著しく高くなっていて、ピーク時の温度差は３
００°Ｃにも達する。この温度差によって、元来もろい
材料である多孔質セラミック等からなる微粒子捕集フィ
ルタには、熱応力による亀裂が入ることがあり、それが
破損につながることにもなる。

本発明はこのような問題を解決するもので、再生を途中
で停止させることなく後端面まで良好に完了させるのは
勿論、再生時間も最短となし得ると共に、フィルタに無
理な熱応力が作用しない排気微粒子浄化装置を提供する
ことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による内燃機関の排気微粒子浄化装置は、排気ガ
ス中から微粒子を分離する微粒子捕集フィルタと、前記
微粒子捕集フィルタに堆積した微粒子を燃焼させて除去
し前記微粒子捕集フィルタを再生させるために前記微粒
子捕集フィルタの一側に空気を供給する手段と、前記微
粒子捕集フィルタの両側の差圧を測定する手段と、再生
処理中は前記微粒子捕集フィルタの両側の前記差圧がほ
ぼ一定となるように供給空気の流量を制御する空気流量
制御手段とを備えていること（第１の手段）、あるいは
、排気ガス中から微粒子を分離する微粒子捕集フィルタ
と、前記微粒子捕集フィルタに堆積した微粒子を燃焼さ
せて除去し前記微粒子捕集フィルタを再生させるために
前記微粒子捕集フィルタの一側に空気を供給する手段と
を備えていると共に、再生処理中において前記空気は前
記微粒子捕集フィルタの前記一側に対向して前記微粒子
捕集フィルタの中心部を含む広い部分を覆うパンフルに
設けられた開口から供給されるようになっていること（
第２の手段）、のいずれかの手段をとることを特徴とするものである。

〔作　用〕

いずれの構成においても使用によって微粒子が堆積した
捕集フィルタを再生処理する場合、再生に必要な空気は
エアポンプや空気供給口等からなる空気供給手段により
捕集フィルタの一例に供給され、それにより微粒子が燃
焼するが、その際、第１の手段においては、捕集フィル
タの前後差圧ΔＰを差圧計等の差圧測定手段により測定
し、空気流量制御手段により差圧の値がほぼ一定となる
ように調整する。

捕集フィルタ上の再生を終了した部分では通気抵抗が減
り、その部分に空気が多く流れるようになり、未再生部
分への空気の配分が減少傾向となるが、本発明の第１の
手段では差圧がほぼ一定となるように制御するので、こ
の場合は空気流量が増加し、未再生部分での燃焼が衰え
ることはなく、再生処理が迅速に進行し、完全に再生処
理が行なわれる。それによって、再生処理に要する時間
が短縮され、未処理のままで排気ガスを放出する時間も
短くなる。

第２の手段においては、空気供給手段の開口がバッフル
の中心部に設けられ、そのハ・２フルカ捕集フイルタの
一側の中心の広い部分を覆っているので、内燃機関の運
転中は、排気ガスはバッフルで覆われた中心部よりも覆
われていない周辺部を多く通るようになる。そのため、
捕集フィルタに堆積する微粒子の量は、中心部に少なく
周辺部に多いという分布状態となる。

そこでこの捕集フィルタ上に堆積した微粒子を燃焼させ
て再生する場合、発熱量は堆積量の多い周辺部において
大となるが、周辺部は熱の放散がよいことから、発熱量
の少ない中心部との温度差が縮小し、捕集フィルタの同
一断面における温度分布が一様化する。

その結果、従来は燃え残りが生じやすかった捕集フィル
タの周辺部の再生も滞りなく進行すると共に、温度分布
が−様なことから熱応力による捕集フィルタの破損も防
止される。

〔実施例〕

第１図は本発明による排気微粒子浄化装置１０の第１の
実施例において、微粒子捕集フィルタ３の再生処理を実
施している状態を示したものである。

従来例と実質的に同じ部分については、第８図や第９図
と同じ参照数字を用いている。１１及び１２は３方切替
弁であって、再生時には排気ガスがフィルタ３に流入す
るのを防ぐために、フィルタ３を収容する筒体４の入口
側及び出口側を閉じる位置に設けられ、アクチュエータ
１３及び１４によって開閉制御される。図示のようにフ
ィルタ３の再生処理を実施しているときは、排気ガスは
３方切替弁１２が開くバイパス通路８を通って外部に放
出されると共に、３方切替弁１１が再生時の燃焼ガスを
（再生排ガス）を放出するパイプ１５と筒体４の入口側
を連通させる。この様な状態で、筒体４の後方部分に空
気導入管１６により接続されたエアポンプ１７からフィ
ルタ３に空気を供給すると同時に、この場合はフィルタ
３の後端面近傍に配設した電気ヒータ７′に通電して堆
積した微粒子６を燃焼除去し再生排ガスをバイブ１５か
ら排出する。

再生処理が始まり燃焼を終了した部分ができると、その
部分への空気の流れ込みが発生し、後方部分（この場合
はフィルタ３の第３図における左方部分）への燃焼の伝
播が妨げられるため、本発明の一つの特徴として、通気
量を増加させて再生燃焼を助勢するようになっている。

第１実施例では筒体４の前方の一部に設置した流路開度
調整バルブ１８をアクチュエータ１９によって開き、フ
ィルタ３の前後差圧ΔＰが一定となるように空気の供給
量を増やす。そのために、再生開始時には前記バルブ１
８は、ある程度閉じた状態となっている。

２０は電子式制御装置のような制御手段であって、差圧
の検出手段２１の信号等が入力され、これらの制御をま
かなうものである。

フィルタ３の前後の差圧ΔＰが一定となるように再生機
能を作動させた場合、第２図に実線で示す様に、微粒子
捕集フィルタ３の前方部と中央部、および中央部と後方
部の温度ピークの間隔はほぼ等しくなると共に、点線で
示すように空気流量制御をしない場合よりも、短時間で
再生が完了することが確認された。

再生処理の途中で駐車等をしてシステムダウンした場合
、エアポンプ１７がら空気の供給がなくても対流により
外部から新気が入いり込むため、かなり長い時間、火種
が残ってくすぶり続けることが実験により確かめられた
。この様な場合、フィルタ３の容器である筒体４が高温
状態を保ち続けるため、車庫等に可燃物があると火災を
ひき起したり、ＣＯ等が排出されたりする危険がある。

そこで、駐車と判断した場合には空気の供給を断ち、外
部へ高温ガスやＣＯ等が排出されるのを防ぐため、流路
開度調整パルプ１８を全閉とするように制御手段２０を
作動させるのが望ましい。なお、第１図中に示した温度
センサ２２は、筒体４内の温度が異常に高くなった場合
に、それを検知することができるから、制御手段２０を
作動させて、浄化装置１０を安全側へ切替えさせる。

第３図は本発明による第２の実施例を示すもので、第１
実施例における流路開度調整バルブ１８を使用せず、Δ
Ｐが一定となるように、エアポンプ１７への供給電圧を
電圧制御手段２３によって変更し、空気流量を変化させ
るものである。第１実施例と同様に、空気の供給口２４
をフィルタ３の捕集時（通常の作動状態）における後流
側に設置すると、捕集時と再生時のガスρ流れ方向を逆
にした再生（逆流再生方式）が可能となる。

ここで、空気供給口２４を第３図や第４図に示すような
ラッパ型に拡開するバッフル（隔壁）２５の中心に開口
させると、捕集時にはバッフル２５の作用により排気ガ
スは周辺部に多く流れ、中心部には殆んど流れないよう
な流れパターンとなるため、フィルタ３上への微粒子６
の堆積パターンが周辺で多く中央部で少ないという形に
なる（第４図）。

この際、バッフル２５の大きさは、フィルタ３の通気抵
抗によりその最適値が異なるため一概には言えないが、
フィルタ３の断面積の５０％以下程度となる。これによ
り、バッフル２５が無い場合には、再生時のフィルタ３
内の温度が、熱の逃げやすい周辺部では中心部より３０
０°Ｃ程度低くなり、微粒子６の燃え残りを生じやすか
ったものが（第１１図）、その温度差ΔＴを約１００”
Ｃ以下にまで抑えて、熱応力によるフィルタ３の破損の
問題も解決したことが確認できた（第５図）。これは、
第６図に示す様に、微粒子６の堆積重量とフィルタ３内
の温度Ｔや再生率Ｑとが大きな相関関係を有しており、
堆積重量が多いほどフィルタ内温度Ｔや再生率Ｑが高く
なることによる。

第７図は本発明の第３の実施例の要部を示すもので、こ
の例では捕集時と再生時のガス流れを同一方向とするた
めに、バッフル２５′を有する空気供給口２４′を捕集
時におけるフィルタ３の上流側に設置している。第２の
実施例と同様に、微粒子６の堆積パターンを周辺部で多
く中心部で少ない形にすることができ、フィルタ３の良
好な再生処理を行うこととができるものである。

〔発明の効果〕

以上の如く、本発明の排気微粒子浄化装置によれば、捕
集フィルタの再生処理を行なう際に、再生が途中で停止
したり、未処理部分が生じたり、必要以上に長時間を要
したりすることなく、フィルタ後端面まで良好な再生を
行なうことができるほか、フィルタが熱応力によって破
損することを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示すシステム構成図、
第２図は本発明と従来技術を比較して再生時の温度の変
化を示す線図、第３図は本発明の第２の実施例を示すシ
ステム構成図、第４図は第２実施例の作用効果を説明す
る要部拡大図、第５図は本発明による効果を示す線図、
第６図は本発明による他の効果を説明するための線図、
第７図は本発明の第３の実施例を示す要部断面図、第８
図は従来例を示す全体構成図、第９図は従来技術におけ
る問題点を説明するための要部断面図、第１０図は同じ
く線図、第１１図（ａ）は同じく要部断面図、第１１図
（ｂ）は同しく線図である。 ■・・・エンジン、　　　　　２・・・排気管、３・・
・微粒子捕集フィルタ、３ａ、３ｂ・・・流路、　　　４・・・筒体、５・・・
隔壁、６・・・微粒子（パティキュレート）、７．７′・・・
電気ヒータ、８・・・バイパス通路、９・・・バイパス
弁、１０・・・排気微粒子浄化装置、１１　、１２・・・３方切替弁、１３　、１４・・・アクチュエータ、１５・・・パイプ、　　　　　１６・・・空気導入管、
１７・・・エアポンプ、１８・・・流路開度調整バルブ、１９・・・アクチュエータ、　２０・・・制御手段、２
１・・・差圧検出手段、　　２２・・・温度センサ、２
３・・・電圧制御手段、　　２４．２４’・・・空気供
給口、２５′ ・・・バッフル。

Claims

【特許請求の範囲】

１．排気ガス中から微粒子を分離する微粒子捕集フィル
タと、前記微粒子捕集フィルタに堆積した微粒子を燃焼
させて除去し前記微粒子捕集フィルタを再生させるため
に前記微粒子捕集フィルタの一側に空気を供給する手段
と、前記微粒子捕集フィルタの両側の差圧を測定する手
段と、再生処理中は前記微粒子捕集フィルタの両側の前
記差圧がほぼ一定となるように供給空気の流量を制御す
る空気流量制御手段とを備えていることを特徴とする内
燃機関の排気微粒子浄化装置。
２．排気ガス中から微粒子を分離する微粒子捕集フィル
タと、前記微粒子捕集フィルタに堆積した微粒子を燃焼
させて除去し前記微粒子捕集フィルタを再生させるため
に前記微粒子捕集フィルタの一側に空気を供給する手段
とを備えていると共に、再生処理中において前記空気は
前記微粒子捕集フィルタの前記一側に対向して前記微粒
子捕集フィルタの中心部を含む広い部分を覆うバッフル
に設けられた開口から供給されるようになっていること
を特徴とする内燃機関の排気微粒子浄化装置。