JPH04265408A - 内燃機関の排気フィルタ - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関、特にディ
ーゼル機関で問題となるカーボン等の排気微粒子を捕集
除去するための排気フィルタに関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼル機関で問題となるカーボン等
の排気微粒子を、排気系に介装した排気フィルタにて捕
集除去することは従来から考えられており、種々の形式
の排気フィルタが既に提案されている。

【０００３】この排気フィルタの代表的なものは、いわ
ゆる目封じ型フィルタに代表される濾過捕集形式のもの
である。上記目封じ型フィルタは、例えば特開昭５６−
１２４４１７号公報に示されているように、セラミック
ス製のブロックに排気流方向に沿った多数の微細な流路
を形成し、かつ各流路の端部を交互にセラミックスにて
閉塞した構成であって、流路間のセラミックスの隔壁を
排気が通過することにより、排気微粒子を濾過捕集する
ようにしたものである。

【０００４】この濾過捕集形式のものでは、非常に高い
捕集効率が得られる反面、排気微粒子を過剰捕集し易く
、微粒子捕集量がフィルタの焼損限界を越え易い。つま
り、バーナー等を用いた強制再生や排気熱による再生の
時期が多少でも遅れたような場合に、多量の排気微粒子
が急激に燃焼し、フィルタの焼損を招く可能性がある。 しかも焼却除去が不可能なＡｓｈ成分（オイル添加剤の
酸化物等）までも捕集してしまい、いずれは目詰まり状
態に至る可能性がある。

【０００５】そこで、この濾過捕集形式のものに代えて
、付着捕集形式の排気フィルタが提案されている。その
代表例としては、特開昭６２−４５３０９号公報に見ら
れるようなセラミックスの三次元多孔体いわゆるセラミ
ックスフォームをフィルタエレメントとしたものが知ら
れており、連続気泡状に形成される複雑かつ微細な流路
を排気ガスが通流する際に、流路壁面に排気微粒子が付
着して捕集されるようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のようにセラミッ
クスフォームを用いた付着捕集形式のものでは、過剰捕
集は生じにくく、かつＡｓｈ成分による目詰まりも生じ
にくい。しかし、その反面、捕集密度が排気流方向で不
均一となり易く、排気の入口側となる表面にのみ多量の
排気微粒子がたまってしまうという不具合がある。その
ため、フィルタエレメント全体を排気微粒子の捕集に有
効利用することが難しく、下流側部分にあまり排気微粒
子が存在せず十分な余裕がある段階でフィルタエレメン
トの再生が必要となる。換言すれば、必要な排気微粒子
の捕集容量に対し、フィルタエレメントが大型化し易い
。

【０００７】そして、このように排気微粒子が局部的に
多く捕集されていると、再生時に局部的に高温となって
焼損を引き起こす虞れもある。

【０００８】また、加速時等のように排気微粒子発生量
が多く、かつ排気流によって微粒子のブローオフが生じ
易いときを考慮すると、フィルタエレメントの流路長を
長く与える必要があるが、このように設定すると、通常
の運転条件では不必要に通気抵抗の増大を招くことにな
り、好ましくない。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、この発明では、
フィルタエレメントの実質的な流路長や捕集部位を任意
に変化させ得るようにした。すなわち、この発明に係る
内燃機関の排気フィルタは、排気通路に介装されるケー
シングの内側面に、排気が通流可能な付着捕集形式のフ
ィルタエレメントを配設するとともに、このフィルタエ
レメントの内表面に沿って、ケーシング上流側と下流側
とを直接連通する排気通路部を形成し、かつこの排気通
路部の少なくとも出口部および中間部に、該排気通路部
を開閉する排気制御弁を配設したことを特徴としている
。

【００１０】特に、請求項２の発明では、上記排気通路
部の上流側から約１／３の位置に第１排気制御弁を配設
するとともに、約２／３の位置に第２排気制御弁を配設
し、かつ排気通路部出口部に第３排気制御弁を配設した
。

【００１１】

【作用】出口部および中間部の排気制御弁をいずれも閉
じた状態では、排気がフィルタエレメントの略全長に亙
って通流する形となり、実質的な流路長は長い。排気制
御弁をいずれも開いた状態では、排気は主に排気通路部
を通流し、フィルタエレメントは殆ど通流しない。

【００１２】また、いずれかの排気制御弁を閉じた状態
では、その閉じられた排気制御弁の近傍で排気がフィル
タエレメント内を通流することになり、その部分に排気
微粒子が捕集される。

【００１３】そして、請求項２のように、排気通路部を
等分に分割するように複数個の排気制御弁を配設すれば
、各排気制御弁の開閉状態の組み合わせにより、排気が
実際に通流する箇所や通路長が一層きめ細かく制御され
る。

【００１４】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面に基づいて
詳細に説明する。

【００１５】図１〜図３は、この発明に係る排気フィル
タの一実施例を示している。

【００１６】ケーシング１は、例えばディーゼル機関の
排気管の途中に介装されるもので、断面略矩形の筒状を
なす本体部１ａと角錐状の入口部１ｂおよび出口部１ｃ
とから構成されている。

【００１７】そして、上記ケーシング１本体部１ａの上
部内壁面および下部内壁面に、適宜な肉厚の平板状をな
すフィルタエレメント２がそれぞれ固定されている。こ
のフィルタエレメント２は、付着捕集形式のもので、例
えば連続気泡を有するセラミックスの三次元多孔体いわ
ゆるセラミックスフォームからなり、かつコーティング
等により触媒を担持している。また上記フィルタエレメ
ント２は、図２に示すようにケーシング１の幅全体に亙
って設けられていて、両側面がケーシング１により覆わ
れているとともに、入口部１ｂ側の端面が仕切板３にて
覆われている。従って、上記フィルタエレメント２は、
互いに対向する内側面および出口部１ｃ側の端面のみが
露出している。

【００１８】上記のように、互いに対向して配置された
一対のフィルタエレメント２の間には、該フィルタエレ
メント２とケーシング１側壁とによって排気通路部４が
画成されている。この排気通路部４は、ケーシング１の
上流側と下流側とを直接に連通している。

【００１９】また上記排気通路部４内には、該排気通路
部４を開閉する排気制御弁５〜７が３箇所に配設されて
いる。第１排気制御弁５は、フィルタエレメント２内表
面に沿って形成された排気通路部４の上流側から１／３
程度の位置に配置され、かつ第２排気制御弁６は、上流
側から２／３程度の位置に配置されている。更に、第３
排気制御弁７は、排気通路部４の出口部に配置されてい
る。

【００２０】これらの排気制御弁５〜７は、図２，図３
にも示すように、ケーシング１に回転自在に支持された
シャフト８と、該シャフト８に固定された略矩形の弁体
９とから構成されたバタフライバルブ形のものであり、
シャフト８一端にリンクプレート１０を介してダイヤフ
ラム式負圧アクチュエータ１１が連係しており、このア
クチュエータ１１によって個々に開閉駆動されるように
なっている。尚、各アクチュエータ１１へ導入される負
圧は、図示せぬコントロールユニットからの制御信号に
基づき電磁弁を介して制御される。

【００２１】次に、図４〜図１０を参照して上記実施例
の作用について説明する。

【００２２】先ず、排気微粒子の捕集時について説明す
ると、走行距離もしくは走行時間の積算等により前回の
再生時からある一定の期間が経過するまでの間は、図４
のように、第１排気制御弁５のみが閉じ、第２，第３排
気制御弁６，７が開いた状態となる。そのため、排気は
矢印で示すように第１排気制御弁５近傍でのみフィルタ
エレメント２内部を通流するようになり、排気微粒子が
フィルタエレメント２の入口側部分に多く堆積する。

【００２３】再生時からある一定の期間が経過すると、
図５に示すように、中間の第２排気制御弁６のみが閉じ
、前後の第１，第３排気制御弁５，７が開いた状態とな
る。そのため、排気は第２排気制御弁６近傍でのみフィ
ルタエレメント２内部を通流するようになり、排気微粒
子がフィルタエレメント２中間部に多く堆積する。

【００２４】また更に一定の期間が経過すると、図６に
示すように、出口側の第３排気制御弁７のみが閉じ、第
１，第２排気制御弁５，６が開いた状態となる。そのた
め、排気は第３排気制御弁７近傍でのみフィルタエレメ
ント２内部を通流するようになり、排気微粒子がフィル
タエレメント２出口側部分に多く堆積する。

【００２５】従って、図４〜図６の切換を順に行うこと
によって、フィルタエレメント２各部に広く排気微粒子
を捕集させることができ、フィルタエレメント２全体を
有効に利用することができる。つまり、次に再生が必要
となるまでの期間が長くなり、かつフィルタエレメント
２の小型化が可能となる。

【００２６】また、急加速時のように排気微粒子発生量
そのものが多く、かつ排気流速によってブローオフし易
い条件のときには、一時的に図７のように３個の排気制
御弁５〜７が総て閉じる。この状態では、排気はフィル
タエレメント２の上流側から下流の端面に至るまで略全
長を流れることになる。つまり、フィルタエレメント２
内部を通る実質的な流路長が非常に長く与えられ、排気
微粒子を確実に捕集するとともに、そのブローオフを防
止できる。尚、始動時等には、未燃燃料成分に基づく白
煙の発生が問題となるが、図７のように排気制御弁５〜
７を閉じることで、この白煙の抑制も可能である。

【００２７】また、図９あるいは図１０のように、２個
の排気制御弁が閉じた状態とすれば、フィルタエレメン
ト２内部を通る実質的な流路長が、図７の場合よりも多
少短く与えられる。

【００２８】次に、排気微粒子が殆ど問題とならない運
転領域、特に高排温で燃料中の硫黄分が触媒により酸化
され、サルフェートとなって白煙が排出される運転領域
となったような場合には、図８に示すように、総ての排
気制御弁５〜７を開とすることで排気流をバイパスさせ
ることができる。つまり、他のバイパス通路を設ける必
要がなく、システム全体としてコンパクトに構成するこ
とができる。

【００２９】一方、上記のように排気微粒子を付着捕集
した後に、排気熱等によりフィルタエレメント２の再生
が行われたとすると、焼却除去の不可能なＡｓｈ成分の
みが残る。そこで、再生終了を適宜な手段で検出した後
に、Ａｓｈ成分のブローが行われる。先ず、一定時間（
例えば数分程度）図６の状態とし、フィルタエレメント
２出口部のみに排気圧力を作用させて、Ａｓｈ成分をブ
ローオフする。次いで、図５の状態および図４の状態に
同様に一定時間づつ保ち、各部のＡｓｈ成分をブローオ
フする。尚、図５の状態と図１０の状態を短時間づつ交
互に繰り返したり、図１の状態と図９の状態を短時間づ
つ交互に繰り返したりするようにすれば、フィルタエレ
メント２各部に作用する圧力の変動により、一層Ａｓｈ
成分のブローオフが促進される。

【００３０】尚、上記実施例では、排気通路部４の出口
部の他に２箇所に排気制御弁５，６を備えているが、こ
の中間部の排気制御弁の個数はフィルタエレメント２の
長さ等に応じて適宜に設定すれば良い。

【００３１】またフィルタエレメント２およびケーシン
グ１を円筒状に構成することも可能である。

【００３２】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、この発明
に係る内燃機関の排気フィルタによれば、排気制御弁の
切換によって付着捕集形式のフィルタエレメントの各部
に広く排気微粒子を捕集させることができ、再生が必要
となるまでの期間が長くなるとともに、必要な捕集容量
に比してフィルタエレメントを小型化できる。

【００３３】またフィルタエレメントの実質的な流路長
を変化させることが可能となり、通気抵抗の過度の増大
を招くことなくブローオフの防止が図れる。

【００３４】特に、排気通路部出口部の排気制御弁のほ
かに中間部に複数個の排気制御弁を備えた請求項２の構
成によれば、排気微粒子を捕集させる箇所や実質的な流
路長を一層きめ細かく制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る排気フィルタの一実施例を示す
縦断面図。

【図２】同じく横断面図。

【図３】同じく要部の平面図。

【図４】この排気フィルタの動作説明図。

【図５】同じく動作説明図。

【図６】同じく動作説明図。

【図７】同じく動作説明図。

【図８】同じく動作説明図。

【図９】同じく動作説明図。

【図１０】同じく動作説明図。

【符号の説明】

１…ケーシング ２…フィルタエレメント ４…排気通路部 ５…第１排気制御弁 ６…第２排気制御弁 ７…第３排気制御弁

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　排気通路に介装されるケーシングの内
   側面に、排気が通流可能な付着捕集形式のフィルタエレ
   メントを配設するとともに、このフィルタエレメントの
   内表面に沿って、ケーシング上流側と下流側とを直接連
   通する排気通路部を形成し、かつこの排気通路部の少な
   くとも出口部および中間部に、該排気通路部を開閉する
   排気制御弁を配設したことを特徴とする内燃機関の排気
   フィルタ。
2. 【請求項２】　　上記排気通路部の上流側から約１／３
   の位置に第１排気制御弁を配設するとともに、約２／３
   の位置に第２排気制御弁を配設し、かつ排気通路部出口
   部に第３排気制御弁を配設したことを特徴とする請求項
   １記載の内燃機関の排気フィルタ。