JPH04183918A

JPH04183918A - 排気ガス微粒子浄化装置

Info

Publication number: JPH04183918A
Application number: JP2308632A
Authority: JP
Inventors: Akikazu Kojima; 昭和小島; Shinji Miyoshi; 新二三好; Mitsuo Inagaki; 光夫稲垣
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1990-11-16
Filing date: 1990-11-16
Publication date: 1992-06-30

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〕本発明はデイ−セルエンジンの排気ガス微粒子浄化装置
に関し、特に該装置に使用されるセラミック製微粒子捕
集フィルタの、再生操作時における熱損傷を効果的に防
止した排気ガス微粒子浄化装置に関する。

〔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（パティキュレート）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８図によ
って説明する。

図において、ディーゼルエンジン１０の排気管１２の途
中には、本発明による排気ガス微粒子浄化装置１４が接
続されており、その内部には微粒子捕集フィルタ１６が
設置されている。この捕集フィルタ１６はハニカム構造
を有する多孔質のセラミック製筒体で、隔壁１８（第９
図）によって仕切られた多数の上流側流路１６ａと下流
側流路１６ｂを有するとどもに、隣接する流路１．６ａ
、１６ｂは、それぞれ下流側と上流側の端部が閉鎖され
ている。したがって、ディーゼルエンジン１０から排出
されて捕集フィルタ１６の上流側から浄化装置１４に流
入した排気ガスは、上流側に向って開口する流路１６ａ
内に流入し、気体成分は多孔質の隔壁１８を透過して隣
接する流路］、６ｂ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粒等の除去すべき微粒子は
、上記隔壁１８によって通過を阻まれ、上流側流路１６
ａ内に捕集されて堆積する。

微粒子の堆積が進行すると通気抵抗が増加し、捕集フィ
ルタ１６の前後差圧△Ｐが増大してエンジン１０の出力
低下を招くため、堆積した微粒子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１６の上流側端
面に、第９図に示すように電気ヒータ２０を設けて捕集
微粒子を加熱し、燃焼させて除去する再生操作（焼却）
を行っている。

なお、図中２２はフィルタ１６を収容するフィルタケー
スで、浄化装置１４の外殻をなし、また、２４は浄化装
置１４を通さないで排気ガスを下流へ流すバイパス通路
であって、通路を切換えるた必にバイパス弁２６が設け
られる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、この再生操作を行なう時に、微粒子の燃焼に
よって上記フィルタ１６の中心部の温度が非常に高くな
るのに反し、外周部では焼却される微粒子の燃焼熱がフ
ィルタケース２２を介して周囲に逃げてしまうため、外
周部に堆積した微粒子の温度は着火温度以下にまで降下
して燃え残り、フィルタ１６全体の完全な再生処理がで
きないだけでなく、中心部と外周部との間に大きな温度
勾配が生じて、フィルタ１６が損傷することがある。

第１０図はその状態をフィルタ１６の部分的な温度の変
化によって示したもので、図中実線は捕集フィルタ１６
の中心部Ａ（たとえば第９図のＡ部領域）の温度の経時
変化を示し、破線は中心から遠く離れた外周部Ｂ（たと
えば第９図のＢ部領域）の温度の経時変化を示すもので
ある。２つの曲線のピーク値の差（温度差△Ｔ、）が３
００℃程度にもなると、フィルタ１６は熱損傷を受ける
おそれがあり、また、この温度差が大きいほど、フィル
タ１６の外周部Ｂにおいて焼却されずに残る微粒子の量
が多くなる。

そこで本発明は、このような問題を解決するもので、捕
集フィルタ１６の熱損傷を防止すると共に、外周部已に
おける再生不良を改善し、フィルタ１６の全域にわたっ
て良好な再生処理をなし得る排気ガス微粒子浄化装置を
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は前記の目的を達成するために、エンジンの排気
ガス中の微粒子を捕集するために前記エンジンの排気経
路に設けられ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するために
前記微粒子捕集フィルタの一部に配設される電気ヒータ
と、前記電気ヒータを付勢するた必に設けられる通電回
路とを有すると共に、前記微粒子捕集フィルタの中心部
に設けられる前記電気ヒータが、前記微粒子捕集フィル
タの外周部に設けられる前記電気ヒータとは独立に付勢
され得るように、前記電気ヒータ及び前記通電回路が設
定されていることを特徴とする排気ガス微粒子浄化装置
を提供する。

〔作　用〕

本発明による排気ガス微粒子浄化装置においては、初回
再生時には微粒子捕集フィルタの中心部に配設した電気
ヒータのみに通電して、中心部に堆積した微粒子を先に
焼却し、その後も微粒子の捕集を続けて、次回再生時期
においてはフィルタの全体、或いは外周部のみに配設し
たヒータに通電を行い、以下、中心部のみ、全体（或い
は外周部のみ）、・・・と繰り返し通電、再生を行ない
、フィルタの中心部における過熱を回避する。

〔実施例〕

第１図および第２図は本発明の実施例を示すもので、再
生操作時の着火の為の電気ヒータ２０がフィルタ１６の
端面の中心部Ａにあるヒータ線２ＯＡと、外周部已にあ
るヒータ線２０Ｂ　、　２０Ｃ、２０Ｄ　、　２０Ｅと
が同心円状に分割して配設されている。３０はこれらヒ
ータの通電を切換操作する通電回路、３２は通電回路３
０を制御するコントローラである。なお、この実施例で
は、外周部Ｂのヒータ線は、外周部Ｂを４分割して、そ
れぞれの部分にヒータ線２０Ｂ。

２０Ｃ、２０Ｄ　、　２０Ｅのうち一つを配設している
が、供給電力に余裕があれば４分割せず、外周部Ｂ全体
を一連のヒータ線によって覆うようにしても差し支えな
い。

微粒子捕集フィルタ１６においである程度排気微粒子の
捕集、堆積が進み、排気抵抗が増加してフィルタ１６の
再生処理を行うべき時期となった場合には、まずフィル
タの中心部Ａのヒータ線２ＯＡのみに通電を行い、中心
部に堆積した微粒子のみを燃焼除去する。この状態で再
び捕集を行うと、フィルタ１６の微粒子堆積分布が、第
３図に示す様にフィルタの中心部Ａで少なく、外周部Ｂ
で多くなる。堆積する微粒子はカーボンや未燃の燃料、
潤滑油等であるため、堆積量が多い程、焼却時の発熱量
も多くなるので、この状態でヒータ線２０Ａ〜２０Ｅの
全てに通電してフィルタ１６の再生処理を行うと、外周
部Ｂでは前述のように熱は逃げ易いが、堆積量が多いた
めに発熱中が放熱量を上回り、外周部Ｂに堆積している
微粒子の温度も着火温度以上に保持されて良好な再生が
得られる。このとき、フィルタ１６の中心部Ａでは最初
の焼却によって堆積量が少なくなっているので、フィル
タ温度が異常に上昇することがなく、こちらも良好な再
生が得られる。この結果、フィルタ１６の外周部Ｂと中
心部Ａの温度差も低減され、フィルタの熱損傷が効果的
に防止される。

第２図は通電回路３０の作動を示す模式図で、外周部Ｂ
のヒータ線２０Ｂ〜２０Ｅに一括して通電を行う場合に
はこれら４本のヒータ線に接続された接点が閉じ、中心
部Ａのヒータ線２ＯＡの接点を開くようにコントローラ
３２から信号を送る。（図中実線）。外周部Ｂのヒータ
線２０Ｂ〜２０Ｅは、一部づつ分けて通電されてもよい
。また、中心部Ａのヒータ線２ＯＡのみに通電を行うに
は、外周部Ｂのヒ一夕線２０Ｂ〜２０Ｅの接点を開き、
中心部Ａのヒータ線２ＯＡの接点を閉じるようにコント
ローラ３２から信号を送るく図中破線）。

なお、コントローラ３２によりフィルタ１６の再生処理
を開始する時期は、たとえばフィルタ１６の前後差圧△
Ｐが所定値を越えた時や、エンジン１０の回転数の積算
値が所定値を越えた時、又は浄化装置１４内に設けた光
源と光センサを有する検知装置において、光センサが受
ける単位時間当りの透過光量の積算値が所定値以下とな
った時等を基準として決定されるようにする。

以上述べてきたように、熱が逃げ易く燃え残りを生じや
すいフィルタ１６の外周部Ｂと、熱がこもるために異常
高温に陥りやすい中心部Ａとでは、良好に再生するだめ
の単位体積当りの微粒子堆積重量は異なった値となる。

この様子を第４図に示す。さらにフィルタ１６の全体を
一括して再生処理した場合と、中心部Ａ１或いは外周部
Ｂのみを再生処理した場合とでも、熱の放散のために微
粒子堆積重量は異なった値となる。

即ち、フィルタ１６の全体を一括して再生処理すると、
外周部Ｂの温度もある程度高くなるために、中心部Ａの
熱が外周部Ｂへ逃げにくくなり、中心部Ａの温度が上が
って過熱することもある。これに対して、中心部Δ、或
いは外周部Ｂのみを再生した場合、熱が外周、或いは中
心方向に逃げるために中心部Ａ、或いは外周部Ｂの温度
は、前述の一括通電の場合よりも低くなる。従って、−
括通電における最適の堆積量よりも、熱の逃げ分を考慮
して、多めの堆積量がこの実施例の場合の最適な堆積量
となる。

つまり、良好な再生が得られる堆積量の狙いの値（中間
値）は、全体を一括して再生処理する場合、中心部Ａで
はｍ３、外周部Ｂてはｍ２で、中心部Ａのみを再生処理
する場合の中心部Ａではｍｌ　（＞ｍ３）　、外周部Ｂ
のみを再生する場合の外周部Ｂではｍ４　（＞ｍ２）と
なる。

このことから明らかなように、本発明を実施して、中心
部Ａのみ再生→全体Ａ、Ｂ（或いは外周部Ｂのみ）再生
→中心部Ａのみ再生→・・という−連の作動を行なう様
子を第５図、第６図に示す。

第５図は２回目に全体Ａ、Ｂを一括再生する場合の、第
６図は２回目に外周部Ｂのみを再生する場合の、それぞ
れ時間に対する外周部Ｂ１中心部Ａの単位断面積当りの
微粒子堆積量の変化を示しており、中心部Ａを実線で、
外周部Ｂを破線で表わしである。

第５図の場合、１回目の再生処理は中心部Δのみで行う
が、この時の狙いの微粒子堆積量は第４図で説明したよ
うにｍｌであるため、中心部堆積量がｍｌに達したら、
コントローラ３２により通電回路３４を切換えて中心部
Ａのヒータ線２ＯＡにのみ通電し、フィルタ１６の中心
部へを再生処理する。

それによって、この部分の微粒子は燃焼除去されて堆積
量はＯとなる。この状態で再び微粒子の捕集に移り、外
周部Ｂ、中心部Ａの堆積量が、それぞれ全体再生での狙
いの堆積量ｍ２　、ｍ３となった時に、全面のヒータ線
２０Ａ〜２０Ｅに通電し、全体を再生処理する。この場
合、微粒子堆積のカーブは中心部Ａの圧損が低くなって
いるため、中心部Ａでは急に、外周部Ｂでは緩やかにな
る。このように、フィルタ１６全体の再生処理を終了す
ると、中心部Δ、外周部Ｂともに微粒子の堆積量がＯと
なるから、以下同様に、中心部Ａのみ再生→全体Ａ、Ｂ
再生→・・・というように繰り返す。

第６図の場合、最初の再生処理は、第５図の場合と同様
に中心部への微粒子堆積量がｍｌとなった時に、ヒータ
線２０Δに通電して行う。それによって中心部への堆積
量が０になれば再び捕集に移り、外周部Ｂでの堆積量が
ｍ４となった時に今度は外周部Ｂのみのヒータ線２０Ｂ
〜２０Ｅに通電し、再生を行う。以下同様に、中心部Ａ
のみ→外周部Ｂのみ→中心部Ａのみ→というように繰り
返す。

第７図は電気ヒータ２０の保持方法を例示したもので、
フィルタ１６の端面２８に電気ヒータ２０のヒータ線２
０′を密着させて設置する場合、ヒータ線２０’が妄り
に動かないように固定する必要があるが、ヒータ線２０
′の何箇所か、たとえばヒータパターンの曲がりの部分
をＵ字形のまま直角に折り曲げて係合部２０″を形成し
、その部分をフィルタ１６の流路１６ａの開口に差し込
んで固定する様にしたものである。

ここで、電気ヒータは端面に密着させて設置する型のほ
か、第１１図に示すように、フィルタ１６の栓２９にヒ
ータ線２０を埋め込む型でもよいことはいうまでもない
。

また、図示実施例においては、微粒子捕集フィルタ１６
としては多数の流路１６ａ、１６ｂを有するハニカム担
体の流路の両端開口を互い違いに閉塞した構造のものを
用いているが、本発明はそのようなものに限らず、公知
のセラミックフオーム、多孔性のアルミナ層を被覆した
スチールウール等、種々のものが適用できることは勿論
である。

〔発明の効果〕

本発明の排気ガス微粒子浄化装置によれば、捕集フィル
タ再生時の中心部の過熱や中心部、外周部間の急激な温
度勾配を生じないから、フィルタの熱損傷の発生を効果
的に防止することができ、また、フィルタ外周部の温度
が十分上昇することにより、この部分での再生不良も回
避される。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図は本発明の実施例に関するもので、
第１図は捕集フィルタ端面の電気ヒータの配設状態を示
す概略斜視図、第２図は通電回路の作動を示す模式図、
第３図は捕集フィルタ上の排気微粒子の堆積状態を示す
模式図、第４図はフィルタの中心部及び外周部の微粒子
の堆積量に対する再生処理時の燃焼ピーク温度の関係を
表す線図、第５図はフィルタを再生処理する場合の中心
部及び外周部の微粒子堆積量の変化を表す線図、第６図
は第５図の場合とは異なる様式によって再生処理する場
合の線図、第７図はフィルタの端面にヒータ線を配設、
固定する例を示す断面図、第８図ないし第１０図は従来
例を示し、第８図はエンジン排気管の部分断面平面図、
第９図は捕集フィルタの全体断面図、第１０図は再生処
理時のフィルタ内温度の経時変化を示す線図、第１１図
はフィルタの端面にヒータ線を配設、固定する他の例を
示す断面図である。１０・・・ディーゼルエンジン、１２・・・排気管、１４・・・排気ガス微粒子浄化装置、１６・・・微粒子捕集フィルタ、１６ａ＝１６ｂ−・流路、　１．８・・・隔壁、２０・
・・電気ヒータ、　　２０’　・・・ヒータ線（一般）
、２０″・・・係合部、　　　２ＯＡ・・・中心部のヒ
ータ線、２０Ｂ〜２０Ｅ・・・外周部のヒータ線、２２
・・・フィルタケース、２４・・・バイパス通路、２６
・・・バイパス弁、　　２８・・・端面、３０・・・通
電回路、３２・・・コントローラ、Ａ・・・フィルタの
中心部、Ｂ・・・フィルタの外周部、Ｃ・・・フィルタの上流側端面。Ｅ　ε　　ε 卦≧壮歴鉗、ｐＱ挺四Ｉ＋岬≦刺刀澤コモ去（シ旦 χ　　　大べ　　ら＜　ｍ ″　　　誼Ｗ

Claims

【特許請求の範囲】

１．　エンジンの排気ガス中の微粒子を捕集するために
前記エンジンの排気経路に設けられ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
させて除去するために前記微粒子捕集フィルタの一部に
配設される電気ヒータと、前記電気ヒータを付勢するた
めに設けられる通電回路とを有すると共に、前記微粒子
捕集フィルタの中心部に設けられる前記電気ヒータが、
前記微粒子捕集フィルタの外周部に設けられる前記電気
ヒータとは独立に付勢され得るように、前記電気ヒータ
及び前記通電回路が設定されていることを特徴とする排
気ガス微粒子浄化装置。
２．　前記電気ヒータの前記通電回路が、前記微粒子捕
集フィルタの中心部に設けられる前記電気ヒータのみを
付勢する状態と、それに加えて前記微粒子捕集フィルタ
の外周部に設けられる前記電気ヒータをも同時に付勢す
る状態との２つの状態を順次とることができるうように
設定されていることを特徴とする前記特許請求の範囲第
１項記載の排気ガス微粒子浄化装置。
３．　前記電気ヒータの前記通電回路が、前記微粒子捕
集フィルタの中心部に設けられる前記電気ヒータのみを
付勢する状態と、前記微粒子捕集フィルタの外周部に設
けられる前記電気ヒータのみを付勢する状態との２つの
状態を順次とることができるように設定されていること
を特徴とする前記特許請求の範囲第１項記載の排気ガス
微粒子浄化装置。
４．　前記電気ヒータが、前記微粒子捕集フィルタの通
路の開口にヒータ線の一部を折曲げて挿入することによ
り、前記微粒子捕集フィルタの端面に沿って支持されて
いることを特徴とする前記特許請求の範囲第１項記載の
排気ガス微粒子浄化装置。