JPH08303228A - ディーゼルエンジン用パティキュレートトラップ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フィルタで捕集したパティキュレートを、エ
ンジン停止中に自然対流による酸素供給で効率良く燃焼
させ、高いフィルタ再生率を少ないヒータ電力量と短か
い再生時間で実現できるようにしたディーゼルエンジン
用パティキュレートトラップを提供することである。 【構成】 フィルタエレメント１０を収納する外部ケー
ス５に、外気を自然対流により外筒フィルタ２の外部に
導入する空気導入口６と燃焼に利用した後の空気をケー
ス外に出す排出口７を設ける。また、これに加えて内筒
フィルタ１の内側に外気を導入する外気導入管８を設け
る。これにより、フィルタエレメント１０内の各部に流
入外気が行きわたり、少ない電力量、短かい時間でヒー
タ３による捕集パティキュレートの燃焼が行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼルエンジンの
排気ガス中に含まれるカーボン等の微粒子（パティキュ
レート）を捕集・除去するためのパティキュレートトラ
ップに関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車の排気ガスは、大気汚染の大きな
原因の一つで、排気ガスに含まれる有害成分を除去する
技術は極めて重要である。

【０００３】特にディーゼルエンジン車においては、主
にＮＯｘとカーボンを主体とするパティキュレートの除
去が、重要な課題である。

【０００４】これらの有害成分を除去するために、排気
通路に排気トラップを設置し、パティキュレートをトラ
ップによって捕集し、後処理により除去することが提案
されている。ほかにも、ＥＧＲ（排気再循環）をかけた
り、燃料噴射系の改善を行ったり、エンジン側での努力
も行われているが、抜本的な決め手がなく、現在まで前
述のトラップによる処理方法が最も実用的であると考え
られ、検討が続けられている。

【０００５】このトラップは、排気系の途中に設置され
る外部ケース内に、フィルタエレメントを装着して構成
される。

【０００６】捕集したパティキュレートの後処理は、ト
ラップの繰り返し使用のために燃焼させるのが最もよ
い。その燃焼によるパティキュレートトラップの再生方
法としては、軽油バーナを利用したパティキュレート焼
却も検討されているが、安全性や制御のし易さなどの観
点から現状では電気ヒータによる燃焼再生が最も有望視
され、現にその電気ヒータを採用したパティキュレート
トラップが(1) 特開平５−２２２９０号公報、(2) 同平
６−２５７４２２号公報、(3) 同じく平６−２６４７２
２号公報などで提案されている。

【０００７】これ等のトラップは、いずれもフィルタを
並列に配置している。このようなトラップについては、
エンジン稼動中に、フィルタに流入する排気ガスの量
を、制御手段を有するバルブ等で調整してヒータの熱効
率を極端に低下させずに、また、すす（パティキュレー
ト）の燃焼に要する酸素量も充分に確保して燃焼再生を
行わせる排気ガス浄化装置が開発されている（例えば、
特開平６−１０１４４９号）。

【０００８】しかしながら、エンジン排気量のコントロ
ールを行う方式の場合、微妙なコントロールが必要なこ
とと、排気ガスの高温に耐える制御用の機器が必要なこ
とを考えると、装置が複雑かつ高価なものになることが
明白である。

【０００９】そこで、エンジン停止中に捕集パティキュ
レートを燃焼させてフィルタを再生する比較的簡易な排
気ガス浄化装置も提案されている。この方式のものに
は、再生時の捕集パティキュレート燃焼に必要な酸素を
外部のエアー源や電動ファンによって供給するものもあ
るが、最近では、フィルタを収納する外部ケースに細工
を加え、自然対流により必要な酸素が供給されるように
した外部機器や付属装置の不要なものが考えられてい
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】自然対流方式の酸素供
給機構を、多重円筒状のフィルタを採用したパティキュ
レートトラップに応用した例を図２に示す。

【００１１】例示のパティキュレートトラップに用いた
フィルタエレメント１０は、異径円筒状のフィルタ、即
ち、内筒フィルタ１と外筒フィルタ２を同心配置にして
組み合わせ、排気ガス流入側における内筒フィルタ１の
端部開口と、排気ガス流出側における内外筒フィルタ間
の隙間を各々端板４で塞いであり、内外筒フィルタ１、
２間の隙間に入口側から導入した排気ガスが各円筒フィ
ルタの濾過部を通って内筒フィルタ１の内側及び外筒フ
ィルタ２の外側に生じた排気ガス導出空間に流れるよう
になっている。

【００１２】この多重円筒状フィルタエレメント１０を
採用したパティキュレートトラップは、濾過面積を広く
確保でき、また、対向濾過面間に図のように面状の電気
ヒータ３を挿入し、そのヒータ３で燃焼再生時に濾過面
の全域を均一に効率良く加熱でき、全体の小型化やヒー
タ消費電力の低減等が図れる利点がある。

【００１３】ところが、図のように、自然対流による空
気導入口６と空気排出口７を設けた従来の単円筒フィル
タ用外部ケース５を多重円筒状フィルタ用として用いる
と、フィルタ再生時にケース外部から導入された外気が
内外筒フィルタ間及び内筒フィルタ内には充分に行きわ
たらず、このため、それ等の部分では酸素が不足してパ
ティキュレート燃焼がスムーズに進まず、単円筒フィル
タ使用時と比較して再生用電力量が多くなり、再生時間
も長くなる。また、極端なケースでは再生自体が不充分
になってしまう。

【００１４】本発明は、かかる不具合を無くして、多重
円筒状フィルタのもつ利点を充分に生かせるようにした
パティキュレートトラップを提供することを課題として
いる。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明においては、排気ガス中のパティキュレート
を捕集するフィルタが二重以上の多重構造をもつディー
ゼルエンジン用パティキュレートトラップにおいて、排
気系の途中に組込まれるフィルタ収納用外部ケースに、
ケース外部からケース内に納めた多重円筒状フィルタの
内側に至る自然対流方式の外気導入路を設ける構成を採
用したのである。

【００１６】

【作用】多重円筒状フィルタの内側に外気を導入する
と、酸素供給が極端に悪くなる部分が無くなり、濾過部
の全域で捕集したパティキュレートの燃焼が効率良く進
行する。また、そのために導入外気の絶対量を減らすこ
とが可能となり、外気に奪われるヒータ熱も少なくな
る。

【００１７】これにより、ヒータ電力量の低減と再生時
間の短縮を図ることが可能になり、フィルタの再生率も
良くなる。

【００１８】

【実施例】図１に、本発明のディーゼルエンジン用パテ
ィキュレートトラップの一例を示す。このパティキュレ
ートトラップは、耐熱性の良い金属から成るフィルタ材
を筒状に加工して内筒フィルタ１と外筒フィルタ２を作
り、この内、外筒フィルタ１、２を図１（ｂ）に示すよ
うに同心的に組み合わせてそれ等の間に電気ヒータ３を
配置し、このようにして出来るヒータ付きフィルタエレ
メント１０を図１（ａ）に示す外部ケース５内に装着し
て構成される。図１（ｃ）は、ここで用いたヒータ付き
フィルタエレメント１０の断面図である。排気ガスは内
筒フィルタ１と外筒フィルタ２間の空間に導入され、内
外筒フィルタを通過して内筒フィルタ１の内側と外筒フ
ィルタ２の外側に流れる。このガスの流れを作るため
に、内筒フィルタ１のガス流入側の開口と、ガス流出側
における内外筒フィルタ間の空間の開口は内外筒フィル
タに固定した端板４で塞いである。

【００１９】外部ケース５には、ヒータ熱で起こる自然
対流を利用してフィルタエレメント１０の外側に外気を
流入させる前述の空気導入口６と空気排出口７を設けて
ある。

【００２０】また、着脱自在の蓋５ａに、ケース外部か
ら内筒フィルタ１の内側に至る外気導入管８を設けてあ
る。この外気導入管８は、内筒フィルタ１の端部開口を
塞ぐ端板４に穴９をあけ、蓋５ａの取付け時にその穴９
に管の内端を差込み嵌合させる構造にしている。

【００２１】この外気導入管８は、排気ガスの流出側に
設けると、内筒フィルタ１の内側に流れた濾過後のガス
の流れが悪くなるので、図のように、排気ガスの流出側
に設けるのがよい。また、この管８の入口は、自然対流
による空気導入がスムーズに起こるように出口側よりも
その位置を低くしておくのがよい。

【００２２】電気ヒータ３は、インコネル薄板を一端と
他端で発熱回路が交互に折り返されていくような形に打
ち抜き、抵抗調整を行って筒状に加工し、これを通電し
て直接発熱させるものや、パンチングメタル、エキスパ
ンドメタル、金網、多孔質金属等の筒を熱媒体にしてこ
れにシースヒータを巻付けたものなどが好ましい。

【００２３】このようなヒータは、対向した濾過面の全
域に対面させて効率の良い加熱を行えるからである。

【００２４】なお、使用するフィルタエレメントは、異
径円筒状のフィルタを二個以上同心配置して作られたも
のであってもよい。

【００２５】以下に、より詳細な実施例について述べ
る。

【００２６】図３に試作品の性能評価に用いる実験装置
を示す。この装置は、３４００ＣＣ、４気筒の直噴射式
ディーゼルエンジン車とシャシダイナモメータから成
り、評価対象のパティキュレートトラップ１１を図のよ
うに排気管に接続するようにしてある。

【００２７】住友電気工業（株）製のＮｉ基３次元網状
構造多孔体（商品名：セルメット）をＮｉ−Ｃｒ化した
もので内、外筒フィルタを作り、この内、外筒フィルタ
を組み合わせて図１に示す二重円筒構造のフィルタエレ
メント１０を作った。ヒータ３は、インコネル薄板を打
ち抜き、抵抗調整を行ったものを筒状に加工し、これを
直接通電により発熱させるものを用いた。

【００２８】そして、このヒータ付きフィルタエレメン
ト１０を図１（ａ）の外部ケース５に収納して実施例
（発明品）のパティキュレートトラップを得た。また、
同じフィルタエレメント１０を図２に示す単フィルタ用
の外部ケース５に収納して比較用のパティキュレートト
ラップを得た。

【００２９】次に、試作品の各々を図３に示す実験装置
に装着し、１８００ｒｐｍ、１／４負荷の運転条件でフ
ィルタエレメントに対するパティキュレート堆積量（捕
集量）が１．５ｇになるまで排気ガスの濾過を行った。

【００３０】その後、エンジンを止め、定電圧電源より
ヒータ３に通電して加熱により空気の自然対流が起こる
状態下で捕集パティキュレートを燃焼させた。この際の
ヒータ電力及び再生時間は表１に示す通りとし、しかる
後、フィルタの再生状況を評価した。その評価は、次式
で定義する差圧回復率（再生率）を求めて行った。

【００３１】 差圧回復率＝｛１−Ａ／Ｂ｝×１００（％） Ａ＝（再生後のフィルタ差圧）−（捕集前のフィルタ差
圧） Ｂ＝（捕集後のフィルタ差圧）−（捕集前のフィルタ差
圧） 結果を表１に併記する。

【００３２】

【表１】

【００３３】この実験結果を見ると、発明品は、ヒータ
電力、再生時間を共に１／２にしても比較品より高い再
生率が得られている。また、ヒータ電力３００Ｗ、再生
時間７分での再生率は比較例４が５％であるのに対し、
実施例３は８２％にもなっており、車載バッテリの容量
が小さくても実用的なフィルタ再生が可能になってい
る。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のパティキ
ュレートトラップは、多重円筒状フィルタを収納する外
部ケースに、円筒状フィルタの内側に自然対流で外気を
導入する導入路を設けたので、濾過部の全域で捕集パテ
ィキュレートの燃焼を促進することができ、また、同時
に導入外気の絶対量を減らしてヒータ熱の逃げも減少さ
せることができ、ヒータ電力量の低減、再生時間の短
縮、再生率の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）：本発明のパティキュレートトラップの
一例を示す断面図 （ｂ）：同上のトラップに用いるフィルタエレメントの
斜視図 （ｃ）：同上のトラップに用いるフィルタエレメントの
断面図

【図２】本発明の工夫を加える前のパティキュレートト
ラップの断面図

【符号の説明】

１ 内筒フィルタ ２ 外筒フィルタ ３ 電気ヒータ ４ 端板 ５ 外部ケース ６ 空気導入口 ７ 空気排出口 ９ 穴 １０ フィルタエレメント １１ パティキュレートトラップ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気ガス中のパティキュレートを捕集す
   るフィルタが二重以上の多重構造をもつディーゼルエン
   ジン用パティキュレートトラップにおいて、排気系の途
   中に組込まれるフィルタ収納用外部ケースに、ケース外
   部からケース内に納めた多重円筒状フィルタの内側に至
   る自然対流方式の外気導入路を設けたことを特徴とする
   ディーゼルエンジン用パティキュレートトラップ。