JPS5876122A - 微粒子捕集装置 - 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】 本発明はエンジン排ガス中の微粒子、特に炭素を主体と
した微粒子を捕集して排ガスを浄化する微粒子捕集装置
（二関する。

従来この種のものとしては、排気糸の途中（＝、耐熱性
材料よりなる繊維で構成したフィルターを並列（二２個
設置し、これらフィルター（＝各々ヒータ尋の加熱手段
を設け、−万のフィルターで排ガス中の微粒子を捕集し
つつ他方のフィルターを加熱手段で再生、つまり捕集し
た微粒子を燃焼浄化させる、ものが知られている。しか
しながらこの従来のものはフィルターが２つであるため
装置が大型化し、しかも加熱手段も大きな発熱量を必要
とする不具合がある。

このような間融点を解決するため、フィルターの上流検
感：諌フィルターの排気導入部面積の１７３以下を覆う
排ガス制御手段を回動自在に設けるとともに、この排ガ
ス制御手段で覆われたフィルタ一部を加熱する加熱手段
を備え、上記排ガス制御手段で覆われたフィルタ一部を
この排ガス制御手段の回動に伴って順次再生処理するよ
うな装置が提案されている。

しかしてフィルターの再生においては、単に加熱手段で
加熱しても酸素が存在しないと着火撚焼しないものであ
り、このため排ガス中の余剰酸素を導入することが考え
られ、たとえば排ガス制御手段１ｍｍ人孔を形成するな
どの対策が挙げられる。しかしながら、この導入孔はそ
の開口が細いと、炭化物（すす）が目詰まりし易く、ま
た逆Ｃ二太きすぎるとフィルター再生部への排ガス流入
量が過剰になって着火不能になることが判った。

本発明はこの上うな１１−もとづきなされたもので、排
ガス制御手段Ｃ二形成する導入孔は比較的太き目４；形
成しておいて目詰まりを防止し、かつ再生しようとする
フィルタ一部への排ガス過剰分は該フィルターを迂回し
て排ガス下流側；二逃がすよう（ニジ、フィルターの再
生が効果的６二行える微粒子捕集＊Ｗｔを提供しようと
するものである。

以下本発明の詳細を図示実施例にもとづき説明する。

第１図ないし第４図は本発明の９！４１実施例を示し、
％１図においては図示しない車輛のディーイルエンジン
から排出された排ガスは入口部１より導入され、フィル
ター２で微粒子を捕集され浄化された後に、出口部３よ
り排気される。

入口部１は金ＩＦ４製の入口部ケース１ｍによって構成
されており、下流側は図示しない排気パイプに連結され
ているとともＣ二下流側は金属製ハウジング２０に接続
されている。出口部３は金ＰＡ製の出口部ケースＪａ（
二よって形成されており、上流側が上記ハウジング２０
１−ｆｉ結されているとともＣ二下流側が図示しない排
気パイプ（二接続されている。

上記ハウジング２０内（二は上述したフィルター２が収
容されている。フィルター２は％２図（：示す通り、断
熱性のセラミック製容器２ノに、セラミック製のフィル
ター素子２３を担持させて構成されている。容器２１は
周壁２１ｍと、放射状隔’！！！２１ｂと、中心部２１
ｃとを一体（＝有し、このため放射状Ｃ二６つの扇形中
空部が形成されている。フィルター素子２３はこれら中
空部に充填されている。上記容器２１は弾性を有する断
熱材２４を介してハウジング２０（二嵌挿されていると
ともに、この容器２１の両端周縁部は上記ハウジング２
０に対して金属製のリブ２５．２５で支持されている。

このようなフィルター２の上流側には本発明の排ガス制
御手段（二相当する仕切板４が配置されている。仕切板
４は第３図に示されるようＣ＝、フィルター２における
６つに分割された各フィルター素子２３の内の１つと対
向する扇形を成し、この仕切板４（：は少なくとも１個
の排ガス導入孔５を形成しである。この仕切板４はその
根元がシャフト６（二取り付けられており、このシャフ
ト６と一体的６；回動されるようセなっている。シャフ
ト６は金＊ａであり、ナツトＩＣ−よって仕切板４を支
持している。該シャフト６は支持プレート８に回動自在
Ｃ二保持されており、この支持プレート８は入口部ケー
ス１諺（二固着されている。そしてこのシャフト６は第
４図（１示されたラッチギア９ｍに連結されており、該
ラッチギア９ｍはラチェット９ｂの往昏勧によって回動
されるようＣ二なっている。したがってラッチギア９ｍ
およびラチェット９ｂは本発明の回動手段を構成してい
る。なお９ｃは魯帰用ばねである。

上記仕切板４には加熱手段が装着されている。

すなわち仕切板４のフィルター２と対向する内面（−は
、多孔質の碍子１１が絶縁体１２を介して１１Ｎされて
おり、この多孔質碍子１１のフィルター２と対向する面
に゛電気ヒータ１３がねじ１４轡によって固定されてい
る。なお［ｆｉ上ヒータ３はリード線１５と接続されて
おり、このリード線１５はシャフト６に形成した貫通孔
６１を導通されて外Ｓに導びかれている。

しかして前述したフィルター２の容器２１（二は、その
中心部２１６に軸方向に沿ってバイパス通路１８が形成
されている。このバイパス通路１８はその上１Ｍ端が上
記仕切板４とフィルター２の上流側面とで構成する空間
に連通されるととも（二、下流端は出口部３（：開放さ
れている。

上記のごとき第１実施例について、その作用を説明する
。

エンジンが駆軸され微粒子を含む排ガスが入口部１から
導入されると、排ガスは主として仕切板４で稽われた部
分を除く領域のフィルター菓子２３を通過し、この通過
途中で排ガス中の微粒子はフィルター素子２３６：捕獲
される。ここでたとえは−短距離走行すると、図示しな
い制御装置によりラチェット機構のラチェット９ｂを一
往復させてシャフト６および仕切板４を１７６回動させ
、フィルターｊ（＝おける１／６の領域を排ガスの流れ
から遮断する。なお仕切板４の回動１：伴ってヒータ１
３も一体的に回動される。この状態で図示しないバッテ
リーからスイッチ尋を介して上記ヒータＩＪＩｇ二通電
すると、該ヒータ１３が発熱する。このとき（′″−は
仕切板４に開口した排ガス導入孔５から、余剰酸素を含
む排ガスが仕切板４によって覆われた部分Ｃ１導かれ、
その一部は多孔性碍子１１を透過しヒータ１３Ｃ＝よっ
て加熱されて上記排ガスから遮断されたフィルター菓子
２３（二導入される。また該フィルター素子２３もヒー
タ１３シ：よって加熱される。このため、該フィルター
菓子２３１：捕集されていた微粒子が燃焼浄化される。

フィルター素子２３は発泡セラミック製であるため、微
粒子がまんべんなくフィルタ菓子２３（＝付着する。ま
たフィルター菓子２１（二は燃焼ｌ：適桶な排ガス量が
流れるため、再生熱が効果的に上流側に伝わり、再生部
面積を上流側から下流側１：向って拡大させることがで
きる。このため、フィルター素子２３に捕集された微粒
子はヒータ１３からの熱および化学反応による熱で反応
し、主１：ｏ　Ｏ、や水蒸気となって出口部３５二向っ
て排出される。よってフィルター素子２３の再生が効率
よく行われる。

しかして、仕切板４（：開口した導入孔５はこれの開口
面積を小さくすると目詰まりを生じ易いから導入孔５は
大きな開口面積を有することが望まれる。この上う′（
二すると、フィルター素子２３の再生（二必要とする量
よりも過剰な排ガスが、仕切板４で覆われた部分ｔ：ｆ
ｌｆ人し、フィルター菓子２３１：多量の排ガスが捷れ
込むので再生効率が低下する。しかしながら本実権例に
おいては、フィルター容器２１の中心部２１ｃにバイパ
ス通路１８を形成したから、仕切板４で覆われた部分に
榊スされた排ガスの一部はこのバイパス通路Ｉ８を通っ
て出口部３に逃がされる。すなわち、フィルター素子２
Ｓの再生（：必要な排ガス量よりも余剰な排ガスは該フ
ィルター菓子２３を通過することなく排出される。

この結果、仕切板４の導入孔５の開口面積を大きくして
目詰まりを防止できるとともに、フィルター素子２３（
二は再生に適する量の排ガスを供給できるからフィルタ
ー菓子２３の再生が効果的（＝行える。

上記のようにして１７６のフィルター集子２３が再生さ
れた後、さらに他のフィルター素子２３に目詰まりを生
じると、上記と同じ作動を繰り返して、フィルタ−２全
体の再生を順次行い、全体として常に良好な捕集性能を
維持するものである。

なお上記第１実施例においてはフィルター２を６個の領
域に分割しそのうちの１つを仕切板４で覆うようにした
が、装置の小形化を図る上ではフィルター２を少なくと
も３つ以上（二分割しそのうちの１つを仕切板で覆うよ
う（ニすればよい、またヒータ１３は必ずしも仕切板４
（＝装着するものｌ二は隈うず、分割されたフィルター
２の各領域ととＣ二各々ヒータを設け、仕切板４で覆わ
れた部分のフィルター素子に１轟するヒータだけを選択
的に発熱させるよう（ニジてもよい。

またフィルター集子２３の材質はステンレス等の＊属糸
以外に１石英、ガラス、Ｓ１０゜Ｚ　ｒ　Ｏ＠　、アル
ミナ等の鉄物糸繊維のものを使用してもよく、線径、゛
充填率等は用途（＝応じて選べばよい。

つぎに本発明の第２実施例を第５図および第６図（−も
とづき説明する。

前記第１実施例Ｃ二おいてすでに説明した通り、排ガス
は仕切板４の導入孔５を介して該仕切板４で覆われた部
分に導入されるものであるが、仕切板４の開口端縁とフ
ィル／−２の上流側端面との間（＝隙間が生じるとこの
隙間を通じて過剰な排ガスが流入する慣れがある。した
がって仕切板４の開口端縁とフィルター２の上流側端面
とは免密Ｃ二摺接して排ガスの不所望な流入を阻止しな
ければならない。上記第１実施例の場合は、仕切板４の
開口端縁が、−フィルター容器２１の端面に摺接されて
いる。しかしながらフィルター容器２１はセラミック製
であるのに対し、仕切板４は金Ｉｋ製であるから熱膨張
率が異なり、よって仕切＆４とフィルター２との摺接面
に隙間を生じ易い。

そこで本実施例Ｃ；おいてはフィルター２の上流端Ｃ：
、第６図に示されたごとき形状をなしかつ仕切板４と同
一材料からなる金ｌＩＩ製の中空材キ ロ５１を配置しである。さら（二説明すると、中空打抜
平板５１はフィルター素子２３・・・と対向する扇形窓
５２を有し、中央部にシャフト６を貫通させる貫通孔５
３を有している。また該負通孔５３の周囲Ｃ二は複数個
の排ガス通過孔５４を形成しである。このような中空打
抜平板５１は＄５図（＝示されたように、ハウジング２
０に溶接などの手段で固定されている。仕切板４はその
開口端縁が上記中空打抜平板５１と摺接するようになっ
ており、このため仕切板４と中空打抜平板５１とは同一
材料であるから熱膨張率が等しく、これらの摺接面に隙
間を生じないので不所望な排ガスの流入が防止され、流
量制御が正確になるとともに、両者間の摩耗も少なくな
って耐久性が向上する。

なお５５はフィルター２の下′ｆＭ便１（二設けられた
他の中空打抜平板であり、上記上流イ０１１の中壁打抜
平板５１とほぼ同様な形状をなしている。

ただし下流側中空材量平板５５には排ガス通過孔５４を
形成していない。また５６．５６は各々中空材＾５１．
５５とフィルター２の一面との間（−介装された耐熱性
、弾性を有するバッキングである。

孕 さらにシャフト６は各中空材ｈ　５　Ｊ　、　ｓ　ｔ；
間に回転自在に架は渡されており、下流側中空材６ｓｓ
にナラ）５Ｆ（：よって抜出しが防止されている。この
シャフト６はフィルター容器２１の中心部２１　ｃｌ＝
形成したバイパス通路１８円を遊貫されているとともに
、このシャフト６には、バイパス通路１８円と出口１ｓ
Ｊとを連通する連通孔５８が形成されている。

またシャフト６（：は仕切板４の取付位置を高精度に規
制するフランジ５９が形成され、咳フランジ５９によっ
て位置決めされた仕切板４國♀ 上流側中空材６５１に対して隙間を生じるととなく摺接
される。

シャフト６の端部はギアケース６０円（＝導入されてお
り、この導入部分で従動平歯車ｅ１を有している。該従
動平歯車６１は駆動平歯車６２（；噛み合って゛おり、
この駆動平歯車６２はモータ６３に連結されている。モ
ータ６３は電源６４に電気接続されるが、この通電はコ
ンピュータ等の電子制御装置６５Ｃ；よって制御される
。１１１子制ｍ装置６５は、再生部フィルターの温度を
検知してヒータ１３（：対する＠流を制御するととも域
＝、エンジン回転数、エンジントルク、排気差圧、走行
距離等を検知し、これら検知に応じてシャフト６および
仕切板４を１７６回転させるよう（二制御する。

このような第２実施例においても前記第１実施例と同様
の作用を奏し、特ζ二本実ｍ＃ｐｔ＋において仕切板４
で覆われた部分（：導入された排ガスのうちの余剰な排
ガスは、中空材ｊｆｌ’＠５　Ｊの排ガス通過孔５４・
・・を通り、バイパス通路１８および連通孔５８を経て
出口部３へ排出される。

第７図は、本発明の第３実施例を示し、第５図および第
６図−１示された第２実施例の変形例である。このもの
は、シャフト６に螺着されたナツト５７と、下ｉ側中空
打＃ｆｉｓ　ｚとの間シーコイルばねなどの弾性体１０
を取着し、シャ７゜トロ（＝図示下向きの力を発生させ
るよう（＝シたもめである。このよう（ニすると、仕切
板４がシャフト６（−より下向き口押圧付勢されて中空
打＾５１に対して密着して摺接し、かつこの摺接面が摩
耗しても弾性体２０−二よって吸収することができる。

一第８図は本発明の第４実施例を示す、このものはバイ
パス通路１８の通路面積を可変式としたものであり、シ
ャフト６の下端側面（；、連通孔５８と出口部３とを連
通させる可変排出口８０を形成しである。８１は上記排
出口８０の開口面積を制御するプランジャであり、一端
は上記シャフト６の連通孔５８円（＝、回動自在かつ軸
方向６：摺動可能ζ−挿入されている。該プランジャ８
１の他端はカバ−８５６二回動自在かつ軸方向変位可＠
＋：軸支されている。プランジャ８１には従動側ウオー
ムギア８２が一体的６；設けられており、このウオーム
ギア８２は躯動雫りオームギア８３−二噛合されている
。駆動側ウオームギア８３はモータ８４４二趣結されて
しする。

モータ８４は電源６４（二ｗ−続されており、該電源６
４からモータ８４への通電はコンピュータなどの電子制
御装置６５によって制御される。

電子制御装置６５は排ガス温度や吸気負圧等のエンジン
運転状況を検知し、この検知に応じてＩＩ源６４からモ
ータ８４への通電をコントロールする。

このような第４実施例のものは、吸気負圧と排ガス温度
とにより、バイパス通路１８を経て逃がされる排ガス量
を制御できる。つまり、一般Ｃ：エンジン運転中（：お
いてはエンジン負荷と排ガス温度はほぼ対応し、負荷が
増大すると排ガス温度は上昇し、負荷が減少すれば排ガ
ス温度が下降する傾向を示す、ニンジン負荷は吸気負圧
に対応する。したがって吸気負圧が大きい場合、もしく
は排ガス温度が高い場合、つまりはエンジン負荷が大き
いときには、モータ８４を回し駆動側ウオームギア８３
．従動側ウオームギア８２を介してプランジャ８１を矢
印入方向へ移動させる。すると、可変排出口８０の開口
面積が増すので、バイパス通路１８を通じて逃がされる
排ガス量が増す。

また、吸気負圧が小さく、もしくは排ガス温度が低い場
合（＝は、モータ８４を逆回転させ【プランジャ８１を
矢印Ａｙ５向とは逆方向へ移動させ、よって可変排出口
８０の開口面積を絞り、・バイパス通路１８を介して逃
がされる排ガス量を減少させる。

このような作用（；よ゛れば、排ガス温度６二応じて再
生しようとするフィルター菓子２３へ供給すべく排ガス
量を可変するので、ヒータ１３の熱負荷を抑制すること
ができ、また再生Ｃ二必要な温度を常（二維持すること
ができるため、効果的な再生を行うことができる。

さら鑞二第９図は、上記第４実施例の可変１１Ｉ一手段
の変形を示す１！ｓ５実施例である。可変排出口８０の
開口面積を制御するプランジャＪ１はバイメタル９０お
よびダイアフラム装置９１に連結されている。バイメタ
ル９０は、排ガス温度が上昇すればプランジャ８１を矢
印入方向に押して可変排出口８０の開口面積を増し、排
ガスの排出量を増大させるとともに、排ガス？１ｉｉＬ
度が下降すればプランジャ８１を矢印入方向とは逆向き
ζ：移動させて可変排出口８０から排出される排ガス量
を減少させる。

一万ダイアフラム装置９１０あっては、本体９２および
カバー９３でダイアフラム９４を挾持しており、このダ
イアフラム９４はプランジャ８１に連結されているとと
もにコイルはね９５によって矢印入方向とは逆方向（＝
付勢されている。ダイアフラム９４とカバー９３で囲ま
れた一万の部屋９６６：は導管９７を介してエンジン回
転数シニ対応して増加する負圧（たとえば気化器のペン
チ瓢り一負圧）が導入される。また他方の部屋９８は大
気ｗ４Ｒ口９９を介して大気圧（１保たれている。した
がって、エンジン回転数が上昇して吸気負圧が増すとダ
イアフラム９４は矢印入方向へ付勢されるからプランジ
ャ８１も同方向へ移動され、よって排出口８′０の開口
面積が増して排ガス量が増大する。

このようなＷ＆５実施例においても前記第４実施例と同
様な効果を奏する。

さらに第１０図（二は本発明の第６実施例を示す。

このものは第８図１＝示された第４実施例における可変
排出制御手段を上流側に設置したものである。シャフト
６は仕切板４で覆われた部分に通じる可変孔１００を有
し、この可変孔ＺＯＯはバイパス通路１８（二対して吐
出孔１０１を介して通じている。シャフト６の図示上端
Ｃ：はグランジャ８１ｍが挿入されており、該プランジ
ャ８１ａによって可変孔１００の開口面積を制御するよ
うになっている。

このものは可変排出制御手段および仕切板４の駆動部と
しての各々回転機構を一箇所に集中することができるの
で構ｉがコンパクト化する。

なお、各実施例（−おいては、電気ヒータ１ｓを発熱線
で構成しであるが本発明はセラミックヒータなどでも実
施可能であり、また通電時間は一定時間としても良いし
、もしくは熱電対などで再生部の温度を測定しつつ一定
温度（たとえば９００℃、）以上に昇温すると通電を停
止するなどのごとき制御手段を用いても、よい。

さらに捕集した微粒子を燃焼浄化するには一般に６００
’Ｃ，以上の高温が必要とされているが、たとえば白金
等の酸化触媒を用いれば活性温度か低下して電気ヒータ
１３の発熱量を低くできて消費電力を節約できる。そこ
でフィルター２を塩化白金酸溶液に浸漬したのち焼成す
るなどして直接酸化触媒を担持させるか、もしくは白金
、白金−ロジウム勢の酸化触媒を担持したペレットをフ
ィルター素子２３内（１均−あるいは上流側に集中して
混入させたり、フィルター素子２３の上流側端面（二、
酸化触媒を担持したハニカム構造体を配置するなどの手
段も実施可能である。

また仕切ｌ８ｔ４をフィルター２（二対して回動させる
手段としては、前述したラチェットｅ構やモータ等に限
らず、ダイアフラム装置の往つ運動やゼネバ歯車等を利
用してもよく、かつ可変排出口８０を可変する手段もウ
オームギアやダイアフラム、バイメタル等に限らず、た
とえば油圧装置など種々の変形を適用できる。

以上詳述した通り本発明は、フィルターの上流側（二お
ける１７３以下の面積を覆う排ガス制御手段に、この排
ガス制御手段で覆われた部分Ｃ１排ガスを導入する導入
孔を形成するとともに、該排ガス制御手段ゼ覆われた部
分とフィルターの下流側とをフィルターを通過させるこ
となく結ぶバイパス通路を形成したものである。したが
ってこのものは導入孔の開口面積を大きくして目詰まり
を防止できるとともに、該導入孔の開口面積を大きくし
たことにより再生しようとするフィルタ一部（二過剰の
排ガスが流れ込もうとしても、過剰な排ガスはバイパス
通路を経てフィルターを通ることなく下流側に排除され
るノテ、フィルターの再生（＝適した排ガス量をフィル
ター（−供給することができ、効果的な再生が可能にな
る利点を奏する。

また、上記バイパス通路の通路面積をエンジン運転条件
に応じて可変する可変手段を設けることにより排ガス温
度に応じて再生しようとするフィルタへ供給する排ガス
量を可変するので、ヒータの熱負荷を抑制することがで
き、また再生（：必要な温度を常に維持することができ
るため効果的な再生を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし′ＷＩ４図は本発明の第１実弛例を示し、
第１図は縦断面図、第２図はフィルターの横断面図、第
３図は仕切板およびヒータの下面図、第４図は回動手段
の断面図である。第５図および第６図は本発明の第２実
施例を示し、第５図は縦断面図、第６図は中空打抜板の
横断面図である。第７図は本発明の第３゛実施例を示す
要部の縦断面図である。第８図は本発明の第４実施例を
示す縦断面図である。第９図は本発明の第５実施例を示
す要部の縦断面図である。 さらに第１０図は本発明の第６実施例を示す縦断面図で
ある。 １・・・入口部、２・・・フィルター、３・・・出口部
。 ４・・・仕切板（排ガス制御手段）、５・・・排ガス導
入孔、１３・・・ヒータ、１８・・・バイパス通路、２
０・・・ハウジング、２１・・・フィルター容器、２３
・・・フィルター素子、９ｍ、９ｂ・・・ラチェット轡
構（回動手段）、８０・・・可変排出口、８１・・・プ
ランジャ。 出願人代理人　弁理土鈴　江　武　彦

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）排ガス通路を形成するハウジング内（＝配置され
   たフィルターと、このフィルターの上流側Ｃ一般けられ
   上記ハウジングに回動自在Ｉ：取り付けられるとともに
   上記フィルターの排ガス導入部面積の１７３以下を覆う
   排ガス制御手段と、該排ガス制御手段を同勢させる回動
   手段と、上記排ガス制御手段で覆われたフィルタ一部を
   加熱する加熱手段と、上記排ガス制御手段Ｃ二股けられ
   該排ガス制御手段で覆われた部分（＝上流側排ガスを導
   入する導入孔と、該排ガスで覆われた部分と上記フィル
   ターの上流側１をフィルターを迂回して連通させるバイ
   パス通路とを具備したことを特徴とする微粒子捕集装置
   ・
2. （２）上記バイパス通路の通路面Ｗｌｔ−ｌｔ−エンジ
   ン件に応じて可変する可変手段を具備したことを特徴と
   する特許請求の範囲＄（１）項記載の微粒子捕集装置。