JPH04148013A - 排気ガス微粒子捕集用フィルタ - Google Patents

排気ガス微粒子捕集用フィルタ

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JPH04148013A
JPH04148013A JP2273036A JP27303690A JPH04148013A JP H04148013 A JPH04148013 A JP H04148013A JP 2273036 A JP2273036 A JP 2273036A JP 27303690 A JP27303690 A JP 27303690A JP H04148013 A JPH04148013 A JP H04148013A
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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】 排出される排気ガス微粒子捕集用フィルタに関する。
〔従来の技術〕
ディーゼルエンジンの排気管には、排気ガス中のカーボ
ン粒子等の微粒子を捕集して浄化する浄化装置が設けら
れており、その−例を第１６図で説明する。
図において、捕集用フィルタｌはハニカム構造を有する
筒体で、セル壁１２（第１７図）で仕切られた多数のセ
ル１１を有するとともに、隣接するセル１１は上流側と
下流側の端部が交互に閉鎖されている。しかして、フィ
ルタｌの上流側より至った排気ガスは、上流側へ開口す
るセルｌｌ内へ流入し、セル壁１２の多孔部を通過して
隣接するセル１１より下流側へ流出する。この時、排気
ガス中に含まれるカーボン微粒子は上記セル壁１２で通
過を阻まれてここに捕集され堆積する。
微粒子の堆積が進行すると通気抵抗が増加し、フィルタ
ｌの前後差圧が増大してエンジンの出力低下を招くため
、堆積微粒子を周期的に除去する必要がある。そこで、
例えばフィルタ１の上流側端面に、ヒータ５を設けて捕
集微粒子を加熱燃焼せしめて除去している。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、この燃焼浄化時に、上記捕集フィルタの特に
中心部温度が過度に上昇するとともに、比較的低温の外
周部との間に大きな温度勾配を生じて、熱損傷するとい
う問題があり、また、低温の上記外周部では堆積微粒子
が燃え残り、完全な浄化ができないことがあった。
これを第１８図に示し、図中実線はフィルタ１の中心部
領域（第１６図の符号１４）温度の経時変化、破線は外
周部領域（第１６図の符号１５）温度の経時変化を示す
ものである。この場合の中心部領域の最高温度Ｔ１は、
フィルタ１に損傷を与える程に上昇する場合があり、ま
た、外周部領域との大きな温度差ΔＴｌ（約３００℃程
度）により温度勾配も過度なものとなっている。なお、
外周部領域の温度が低いのは、フィルタ収納容器３の管
壁を経て外部へ放散され易いからである。
かかる問題のうち、中心部領域での温度上昇を解決する
試みが例えば実開昭５９−１５２１１９号公報に開示さ
れており、これはフィルタ中心部領域のセル壁厚を所定
の中間位置を境に外周部領域のそれよりも段状に厚くし
て、熱容量を大きくし、温度の急激な上昇を防ぐことを
狙ったものである。しかしながら、これによるとセル壁
厚が段状に変化する部分で熱容量が太き（変わるため、
温度差を生じてしまい、却ってこの部分で熱損傷が生じ
易いという問題がある。
本発明はかかる課題を解決するもので、微粒子捕集用フ
ィルタの再生時の損傷を有効に防止し得るとともに、フ
ィルタ外周部領域における再生不良も生じない排気ガス
微粒子捕集用フィルタ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〕
本発明は、かかる目的を達成するため、排気ガス微粒子
捕集用フィルタという技術的手段を採用するものである
。
〔作用〕
多数のセルの両端部分に位置した閉塞部は、該両端部分
の外周領域に比べて中心領域のセルに流入する排気ガス
の量が少なくなるように配置されているため、排気ガス
はフィルタにおける外周領域に多くの量が流れることに
なる。
従って、フィルタへの微粒子の堆積量は、該フィルタの
外周領域が多く、中心領域が少ない態様となる。
〔発明の効果〕
このように、本発明によれば、微粒子の堆積パターンを
中心に比べて外周領域を多くすることができるから、こ
の微粒子の燃焼時においては、フィルタの外周領域で温
度が上昇し、中心領域では温度上昇が抑えられる。従っ
て、その両頭域の温度差が小さくなり、温度勾配も小さ
くなってフィルタの損傷を効果的に抑制できる。また、
フィルタ外周領域の微粒子の燃え残りをも抑制できる。
〔実施例〕
以下、本発明を図に示す実施例により３、発明の詳細な
説明に説明する。第１図（＾”）　、　（Ｂ）　、　（
Ｃ）〜第３図（Ａ）　、　（Ｂ）において、ｌはフィル
タ、１１はそのフィルタｌの軸方向に延びかつ互いに隣
接配置された多数のセルで、断面を正方形の形状を有し
ている。１２はセル１１を隔離するためのセル壁であり
、このセル壁１２には第２図に示すように多数の孔部１
２１が形成されている。この孔部１２１によって、互い
に隣接したセル１１は互いに連通している。この孔部１
２１は自動車ディーゼルエンジンより排出される排気ガ
ス中のカーボン微粒子は通さないが、排気ガスは通すこ
とができる程度の数μ・ｍオーダの大きさを有している
。
上記フィルタｌは公知のハニカム押出成形ダイスから例
えばコージヱライ系セラミック材料を押出してこの押出
し物を燃結することで製造される。
従って、セル１１．セル壁１２は全て一体構造とされて
いる。
１３は閉塞部であり、コージェライトの他に、例えばス
ミセラム、アロンセラミック（以上商品名）等のセラミ
ック接着剤をセル中に充填することにより構成されてい
る。この閉塞部１３は、セル１１の両端開口部分に位置
していて、この閉塞部１３の存在によって、セルｌｌ内
に入った排気ガスがそのまま該セル１１を通過して排出
されることなく、セル壁１２の孔部１２１を通って隣り
のセルｌｌ内に流れ、そして該セル１１から排出される
。従って、閉塞部１３は第３図（Ｂ）に見られるように
多数のセル１１の両端開口部分においては隣り合うセル
１１毎に交互に位置している。
本実施例では、閉塞部１３の配置パターンは次のパター
ンとしである。即ち、フィルタ１の中心部領域１４とそ
の外周部領域１５の閉塞部１３のパターンを、外周部領
域１５では第１図（Ｃ）のごとく隣り合う１つのセル毎
に交互に閉塞部１３を配置し、中心部領域１４では第１
図（Ｂ）のごとく、４つのセル１１を１つのユニットと
して、隣り合う４つのセル毎に閉塞部１３を交互に配置
している。なお、勿論、第３図（Ｂ）に示すように閉塞
部１３が配置されたセル１１の他端は開放されており、
逆に閉塞部１３が配置されていないセル１１の他端は閉
塞部１３が配置され、排気ガスがセル壁１２を通過する
際にカーボン微粒子をセル壁面で捕集するような構成と
なっている。
このような閉塞部１３の配置パターンでは、中心部領域
１４．外周部の領域１５の排気ガス通過面積は、幾何学
的にはそれぞれ単位断面積当り、ａ−ｊ！−ｎ　　　　
２ａ−１−ｎ となる。従って、外周部領域１５は中心部領域１４の２
倍の通過面となる。従って、外周部領域１５は中心部領
域１４の２倍の通過面積となる。
第４図は実験結果を示すもので、再生時のフィルタ１の
径方向の温度分布を測定した結果である。
テスト品は直径１４０■、軸長さ１３０腫、容積２１、
セル数１５０、セル壁０．４５腸の寸法を有し、セルに
は全て１つおきに閉塞部が配置されている。
フィルタ１の半径を１とした場合、中心から外周に向か
って半径の０・６程度の部分までは、フィルタ１の中心
部と大きな温度差がないが、それより外周部では容器２
（第３図（Ａ）　、　（Ｂ）を介して熱が逃げるため、
急激な温度低下をきたすことがわかる。これにより、カ
ーボン微粒子の着火温度以下にまで冷却された部分では
燃え残ってしまう。
なお、温度はフィルタに挿通、配置した温度センサで測
定した。
従って、このような場合には、第１図（Ａ）において、
フィルタｌの半径の０．６〜０．７を境にしてそれより
も外側の部分と内側の部分との閉塞部１３の配置パター
ンを変更すればよい０例えば、第１図（Ａ）においては
上記テスト品と同じ寸法を有し、かつ中心部領域１４は
直径１００■程度がよい。
ところで、かかる微粒子捕集用フィルタｌの上流側端面
には、第５図に示す如くヒータ５Ａ〜５Ｅが設けてあり
、このヒータとしては導電性セラミックやニクロム線等
が使用できる。これらヒータ５Ａ〜５Ｅはフィルタ端面
の中心部領域１４と、外周部領域１５の四つの区画にそ
れぞれ配設されて、外部の通電回路６に至っている（ヒ
ータ５Ａ、５Ｅの配線のみ図示）。
通電回路６は、最初にヒータ５Ａに通電し、この後、順
次ヒータ５Ｂ〜５Ｄへ通電する。そして、フィルタ外周
部領域１５の微粒子を燃焼せしめて再生が終了した後、
ヒータ５Ｅへ通電したフィルタ中心部領域１４の微粒子
を燃焼せしめる。
本発明者の実験によると、フィルタ上に堆積した微粒子
の重量と再生時のフィルタ内温度（ピーク値）、および
再生率（堆積重量の減少割合）とは大きな相関があり、
第７図に示すように、堆積量が多いほど再生率は高いが
、フィルタ内温度も高くなり、クラックの発生、或いは
溶損に至る場合があり、逆に堆積量が少ないと、フィル
タ内温度は低く抑えられるが、特に熱の逃げ易い外周部
で微粒子の着火温度に至らず、燃え残ってしまうことが
わかった。このことから、熱が逃げにくく高温に至りや
すい中心部では堆積量を少なく、逆に熱が逃げて燃え残
りを生じ易い周辺部では堆積量を多くしてやればよいこ
とがわかる。
本実施例によれば第３図（Ｂ）のように、フィルタ１の
中心部領域１４の通過面積が外周部領域１５に比べ少な
くなり、これにより外周部領域１５への排気ガス通過量
が多く、従って堆積量が多くなる。そして外周部領域１
５には既述の如く、多量の微粒子が捕集されているから
、容易に着火燃焼し、速やかにフィルタ再生がなされる
。そして、上記外周部領域１５の燃焼熱が加わった状態
で中心部ヒータ５Ｅに通電するから、フィルタ中心部領
域１４の捕集微粒子が少なくても良好に着火し、速やか
な燃焼がなされる。
そして、この燃焼再生時に、フィルタ外周部領域１５で
は捕集微粒子量が多いから、燃焼温度は上昇し、一方、
フィルタ中心部領域１４では捕集微粒子量が少ないこと
により燃焼温度は下降する。
しかして、第６図に示す如く、再生時のフィルタ中心部
領域の温度（図中実線）と外周部領域温度（図中破線）
の差ΔＴ２は小さくなり、かつ上記中心部領域１４の最
高温度Ｔ２は低くなる。これにより、フィルタ中心部領
域１４と外周部領域１５との間の温度勾配が小さくなる
とともに、フィルタ中心部領域１４における温度上昇が
過度となることはないから、フィルタｌの損傷は効果的
に防止される。
また、フィルタ外周部領域１５の温度が上昇することに
より、微粒子の未燃が防止され、完全な再生が可能であ
る。なお、第６図および第７図は後述の第１４図のフィ
ルタに基づく結果である。
なお、本実施例において、外周部ヒータを分割したのは
、電源の容量を考慮したものであり、電源に余裕がある
場合には５Ａ〜５Ｄを一体か更には５Ａ〜５Ｅを一体の
ものとして良い、また、逆に、更に余裕がない場合には
分割数をもつと増加してもよい、。
なお、第３図（Ａ）　、　（Ｂ）においては、３はクツ
ション材、４はガスシール材、７はエンジン、８は排気
管、９はバイパス管、ｌＯは差圧センサを示しており、
差圧センサｌＯからの信号によりフィルタｌのカーボン
微粒子による目詰りが検出されると、第５図の通電回路
６に通電され、かつバイパス管のバルブ１１が開（。
第８図〜第１０図は本発明の他の実施例を示すもので、
中心部領域の閉塞部１４の配置パターンをそれぞれ２，
３．３セルを１つのユニットとして行ったもので、外周
部領域は先の実施例と同様１セル毎に閉塞部１４を配置
したものである。この実施例によれば、周辺部領域の通
過面積は中心り、カーボン微粒子の堆積量の比率を先の
実施例と変えることができる。
第１１図および第１２図は本発明になる更に他の実施例
を示すもので、カーボン微粒子の堆積量の分布をフィル
タｌの中心からその周辺にかけて徐々に変更することに
より、フィルタ１の径方向温度勾配を小さくすることを
狙ったものである。
外周部ではｌセル毎に閉塞部１３を配置し、中心部に向
かって２セル、３セル、・・・毎と、閉塞部１３の配置
パターンを変更したものである。
第１３図および第１４図は本発明の更に他の実施例を示
すものである。第１３図は中心部領域１４内において９
つのセル１１を１つのユニットとして、１ユニツト毎に
交互に閉塞部１３を配置し、外周部ｆｉｌ域１５は１つ
のセル毎に交互に閉塞部１３を配置している。
一方、第１４図は４つのゾーンに区分し、中心部領域１
４では９つのセル１１を１つのユニットとして１ユニツ
ト毎に交互に閉塞部１３を配置し、外周部領域１５では
１つのセル毎に交互に閉塞部１３を配置し、中間領域で
は、中心部領域１４に近い側では４つのセルを１ユニツ
トとして１ユニツト毎に交互に閉塞部１３を配置し、外
周部領域１５に近い側では２つのセルを１ユニツトとじ
て１ユニツト毎に交互に閉塞部１３を配置している。
なお、第１３図のフィルタは先の第４図および第７図の
実験に供したものであり、その寸法について述べると、
直径１４０園、軸長１３０■、容積２１、セル数１５０
、セル壁厚０．４５閣、中心部領域１４の直径は１００
■である。
第１５図はフィルタ１の再生手段の他の例を示している
。この例では軽軸を燃料とするバーナ１６を用いたもの
である。１７は点火プラグである。
本発明はフィルタに適用される再生手段の種類は問わず
、フィルタの外周にヒータ線を巻き付けるようにしても
よい。
【図面の簡単な説明】 第１図（Ａ）は本発明のフィルタの一実施例を示すもの
で、フィルタを端面より見た図、第１図（Ｂ）を用いた
浄化装置の一例を示す部分　断面図、第３図（Ｂ）は第
３図（Ａ）のフィルタの要部を拡大して示す断面図、第
４図は本発明の説明に供する特性図、第５図は本発明の
フィルタに対するヒータ配置パターンを説明する斜視図
、第６図および第７図は本発明の説明に供する特性図、
第８図〜第１２図、第１３図および第１４図は本発明の
フィルタの他の実施例を示すもので、フィルタを端面よ
り見た図であり、第１２図は第１１図のＤ部拡大図、第
１５図はフィルタの再生手段の一例を示す断面図、第１
６図は従来例を示す断面図、第１７図は第１６図のフィ
ルタの端面を示す図、第１８図は従来の説明に供する特
性図である。 １・・・フィルタ、１１・・・セル、１２・・・セル壁
、工３・・・閉塞部、１４・・・中心部領域、１５・・
・外周部領域。 代理人弁理士　　岡　部　　　隆 （ほか１名） 第 図 １、フィルタ 第 図 第 図 第 図 第 図 ５ｕｔｔｓｎ壷量 第 ■ 第 図 第 図 第 図 策 ■ 図 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 互いに隣接関係にあり、排気ガスが通過する多数のセル
    と、該多数のセルを隔離するとともに、該多数のセルを
    連通する多数の孔部を有したセル壁と、前記多数のセル
    の両端部分に位置し、前記セルの一端から該セル内に流
    入した排気ガスが前記セル壁の前記孔部を介して隣のセ
    ルに流出して前記セルの他端から排出されるようにした
    閉塞部と、を具備し、該閉塞部は前記両端部分の外周領
    域に比べて中心領域の前記セルに流入する排気ガスの量
    が少なくなるように配置されていることを特徴とする排
    気ガス微粒子捕集用フィルタ。
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Cited By (5)

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