JPS6335149Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、デイーゼルエンジンの排気中に含ま
れるカーボン粒子や有機質粒子、例えばHC粒子
等の微粒子（パテイキユレート）を捕集除去する
排気浄化装置に関するものである。

（従来技術） 一般に、吸入空気と燃料とを断熱圧縮すること
によつて燃焼させるデイーゼルエンジンでは、そ
の燃焼構造上、燃焼過程においてカーボン粒子や
HC粒子等の微粒子が発生しやすく、これら微粒
子が排気とともに大気中にそのまま放出されると
大気汚染の原因となるので、米国等においては、
デイーゼルエンジンに対する排気規制の一環とし
て、パテイキユレート規制を法制化する動きがあ
る。かかる微粒子は、もともと燃焼過程において
生成されるものであるから、燃焼過程の改善によ
つてその発生を抑制もしくは低減するのが本来で
あるが、燃焼の改善だけでは限界があり、実際に
は、排気通路にフイルター部材を配設して、排気
中の微粒子を捕集除去する対策が研究されてい
る。この種のフイルター部材の一つとして、軸方
向に延びるハニカム形状や四角形状の多数のセル
を、コージライト等の通気性を有する多孔質材料
の押出し成形によつて形成し、一部のセルは上流
端を、残りのセルは下流端を夫々ブラインドプラ
グで閉塞した所謂モノリスタイプのものが知られ
ている。このモノリスタイプのフイルター部材で
は、排気は上流端が開口したセル（下流端は閉塞
されている。）から流入し、セルをセルとを仕切
る通気性多孔質のフイルター壁を通つて上流側が
閉塞され、下流端が開口されたセルから下流に流
出するようになつており、排気中の微粒子は、フ
イルター壁を通過する際に捕集される。このよう
にして捕集された微粒子のうち、HC等の有機質
粒子は、比較的低温で燃焼するので堆積が問題と
なることはないが、カーボン粒子は650℃以上の
高温でしか燃焼しないため、上流端が開口したセ
ル内において次第に堆積して目詰まりを惹起し、
ひいては排圧を上昇させてエンジンの出力性能を
低下させるといつた問題がある。

かかる目詰まり対策の一つとして、特開昭55−
131518号公報には、モノリスタイプのフイルター
部材に、捕集したカーボン粒子を着火燃焼させる
モータ（電気発熱体）を設け、定期的もしくは目
詰まりが検出される毎に、ヒータに通電して、カ
ーボン粒子を燃焼させるようにしたものが提案さ
れている。

かかるヒータ方式は、燃料を排気浄化装置内に
おいて燃焼させ、その燃焼によつて堆積したカー
ボン粒子を燃焼させる所謂バーナ方式に比して比
較的安価に製作でき、しかもその制御が容易であ
る利点があるが、カーボン粒子を燃焼させるのに
必要な温度までヒータを発熱させるためには相当
の電力を必要とする問題があり、実際には、12V
のバツテリを２個直列接続してヒータへの給電を
行なうようにしているが、依然として、電力消費
量が多く、バツテリを早期に消耗させてしまうと
いつた不具合がある。

（考案の目的） 本考案の目的は、したがつて、デイーゼルエン
ジンの排気浄化装置に用いるモノリスタイプのフ
イルター部材において、最少の電力消費量で捕集
したカーボン粒子等の微粒子を効果的に燃焼除去
することができるヒータの配置構造を提供するこ
とにある。

（考案の構成） かかる目的を達成するため、本考案において
は、セルに対して設ける電気発熱体（ヒータ）の
配置間隔を問題とし、電気発熱体を設けるセルの
間隔を１セル以上３セル以内としたことを基本的
な特徴としている。

即ち、本考案は、１つの電気発熱体を基準とし
てみると、その電気発熱体を設けたセルに相隣る
セルでは捕集堆積されたカーボン粒子は完全に燃
焼し、セルの間隔にして２つ目のセルでは、捕集
堆積されたカーボン粒子の一部が燃えるが燃え残
りが生じ、セル間隔にして３つ目のセルではカー
ボン粒子は殆んど燃えないという実験事実、およ
びセルの大きさを変えた実験においても、やはり
上記と同様の実験結果が得られ、上記結果は極端
にセルの大きさが異ならない限り、あまりセルの
大きさには影響されないという実験事実に着目
し、電気発熱体の熱的効果が十分に波及する相隣
るセルには電気発熱体を配置することなく、セル
間隔にして２つ目もしくは３つ目のセルに対して
は、基準となるセルに設けた電気発熱体と、この
電気発熱体に対して３セル以内に設けられる電気
発熱体との両方の熱的効果を波及させて、上記２
つ目もしくは３つ目のセル内の堆積カーボン粒子
を完全燃焼させるようにしたものである。

（考案の効果） したがつて、本考案によれば、電気発熱体を少
数とし、少ない電力消費量で上流端が開口された
全てのセル内の堆積カーボン粒子を効率よく、か
つ均一に燃焼させることができ、カーボン粒子に
よるモノリスタイプのフイルター部材の目詰まり
を確実に防止することができる。

（実施例） 以下、本考案の実施例を具体的に説明する。

第１図において、１は吸気マニホールド２を介
して供給される空気を吸入してこれを断熱圧縮
し、燃料噴射ポンプ３によつて供給される燃料を
着火、燃焼させることによつて出力を得るデイー
ゼルエンジン、４はデイーゼルエンジン１の排気
を排気通路５に集合させる排気マニホールド、６
は排気通路５に介設され、モノリスタイプのフイ
ルター部材７を内蔵した排気浄化装置、８は排気
通路５の排気浄化装置６の上流と下流とを連通す
る排気バイパス通路である。

上記排気浄化装置６に内蔵したモノリスタイプ
のフイルター部材７の排気流上流側には、以下に
詳述する様式で複数のヒータ線９（図では簡単の
ため、１本のみを示してある。）が配設され、ヒ
ータ線９の一端９ａはアースに、他端９ｂはリレ
ースイツチ１０を介して電源（バツテリ）１１の
正極に接続されている。上記ヒータ線９を電源１
１に対してオンオフするリレースイツチ１０は、
上記排気バイパス通路８に介設した電磁作動やダ
イヤフラム作動の開閉弁１２とともに、ヒータ制
御回路１３によつて制御される。

このヒータ制御回路１３は、基本的には、フイ
ルター部材７に目詰まりが実際に生じたか、或い
は目詰まりが予想される段階で、ヒータ線９を電
源１１に接続すべく、リレースイツチ１０をオン
させるとともに、これに対応して排気バイパス通
路８の開閉弁１２を開作動し、排気バイパス通路
８を通して排気の約1/2を排気浄化装置６をバイ
パスさせる制御を行なう。

第２図（なお、第２図では簡単化のため、ヒー
タ線９を省略している。）及び第３図に示すよう
に、排気浄化装置６に内蔵されるモノリスタイプ
のフイルター部材７は、コージライト等の通気性
多孔質材料を押出成形して焼成したものであつ
て、図示の如く、格子状に仕切られ、軸方向に延
びる多数のセル１４，１４，…，１５，１５，…
を有している。そして、これらセルのうち、一部
のセル１４，１４，…は下流端がブラインドプラ
グ１６，１６，…によつて閉塞され（以下、流入
セル１４，１４，…という。）、残りのセル１５，
１５，…は上流端がブラインドプラグ１７，１
７，…によつて閉塞されている（以下、排出セル
１５，１５，…という）。このフイルター部材７
は、上流端が閉塞されていない流入セル１４，１
４，…からカーボン粒子等の微粒子を含有する排
気を流入させ、流入した排気を下流端が閉塞され
ていない排出セル１５，１５，…に通過させる過
程で上記微粒子を捕集（トラツプ）する。

なお、流入セル１４，１４，…と排出セル１
５，１５，…との割合は、75％：25％程度とし
て、上流端側の開口率を大きくとることが排気抵
抗を減少させるうえで好ましい。

第３図、第４図および第５図に示すように、上
流端が閉塞された排出セル１５，１５，…には、
以下に詳述するように、ヒータ線９を折返して形
成したヒータ１８を規則的に上流端側からブライ
ンドプラグ１７により支持した状態で挿入して、
各流入セル１４の上流端側近傍（通常は開口から
約３cm以内）に最も多く堆積するカーボン粒子を
着火燃焼させる電気発熱体を形成する。

第４図および第５図に具体的に示すように、各
ヒータ１８は、各排出セル１５の上流端から約３
cmの内方でＵ字状に折返されたヒータ線９をブラ
インドプラグ１７によつて上流端部において支持
したものであつて、折返される前のヒータ線９ｃ
と折返された後のヒータ線９ｄとの間には、両ヒ
ータ線９ｃ，９ｄ間のシヨートを防止する細長板
状の絶縁板１９がブラインドプラグ１７によつて
基部が支持された状態で介装されている。なお、
各ヒータ線９，９，…は、前述した如く、一端９
ａ，９ａ，…がアースに、他端が９ｂ，９ｂ，…
が電源１１に接続されるよう、各端部において適
宜結束されている。

第６図〜に上記ヒータの好ましい配置例を
示す。

第６図，に夫々示す配置例は、流入セル１
４，１４，…と排出セル１５，１５，…とが市松
模様状に１対１の比率で設けられた場合の配置例
を示すものであつて、第６図のものは、縦方向
に２セル分の間隔をあけ、横方向に３セル分の間
隔をおいてヒータ１８を配置した場合を、第６図
のものは、縦方向及び横方向の両方向に夫々３
セル分の間隔をあけてヒータ１８を配置した場合
を示している。

また、第６図，に示す配置例は、流入セル
１４と排出セル１５との比率を３対１とした場合
の配置例を示すものであつて、第６図の配置例
では、縦、横夫々３セル分の間隔をおいたヒータ
１８，１８，…を縦方向に相隣るヒータ間におい
て横方向に２セル分だけずらせた場合を、第６図
の配置例では、縦方向に３セル分、横方向に２
セル分の間隔をおいたヒータ１８，１８，…を横
方向に相隣るヒータ間において縦方向に２セル分
だけずらせた場合を夫々示している。なお、各実
施例においては、セルの一辺の長さを約2.7mmと
している。

上記したヒータの配置例から明らかなように、
いずれの配置例においても、カーボン粒子が堆積
する任意の流入セル１４は、至近のヒータ１８か
ら３セル以内に位置することとなつて、至近のヒ
ータ１８及び次に近いヒータ１８からの加熱効果
が波及する結果、全ての流入セル１４，１４，…
について、堆積したカーボン粒子をほぼ均一に着
火燃焼させることができることとなるのである。

次に、上記の如き配置構造を備えたヒータのオ
ン、オフ制御について説明する。

第１図に示すように、ヒータ制御回路１３は、
燃料タンク２０から燃料噴射ポンプ３に燃料を供
給する燃料供給通路２１に介設した第１流量計２
２および燃料噴射ポンプ３から燃料タンク２０に
燃料を帰還させる燃料リターン通路２３に介設し
た第２流量計２４の各出力、および排気浄化装置
６のフイルター部材７の上流側、下流側夫々に配
置した上流側、下流側温度センサ２５，２６の各
出力等を制御入力とし、例えば、第７図に示す如
き制御フローにしたがつて、ヒータ線９に接続さ
れたヒータ１８，１８，…および排気バイパス通
路８に介設された開閉弁１２に対する制御を実行
する。

この制御を第７図にしたがつて説明する。な
お、以下の説明において、Ｓ１〜Ｓ１１は制御の
各スラツプを表わす。

Ｓ１においてイニシヤライズを行なつた後、Ｓ
２，Ｓ３において、夫々第１、第２流量計２２，
２４の出力を読込み、Ｓ４において燃料タンク２
０から燃料噴射ポンプ３に供給された燃料供給量
Ａと、燃料噴射射ポンプ３から燃料タンク２０に
帰還される燃料リターン量Ｂとの差（Ａ−Ｂ）、
即ち燃料噴射量を求めてこれを積算し、スタート
時点からの燃料消費量Ｌを求める。

そして、Ｓ５では、この燃料消費量Ｌが目詰ま
りを発生するであろう燃料消費量L₀に達したか
否かを判定し、達していない時にはＳ５からＳ２
にループして再び積算を行なう。燃料消費量Ｌが
上記設定値L₀に達した時には、ヒータ制御回路
１３は、フイルター部材７に目詰まりが発生した
ものとして、Ｓ６で排気バイパス通路８の開閉弁
１２を開作動させ、次いでＳ７でリレースイツチ
１０のリレーコイル１０ａに通電してリレースイ
ツチ１０をオンさせ、ヒータ線９を電源１１に接
続して各ヒータ１８への給電を開始する。

上記の制御により、排気バイパス通路８が開通
されて、一部の排気（好ましくは、全体の1/2程
度の排気）を排気浄化装置６をバイパスさせて流
下させ、目詰まりによる排圧の上昇を回避する一
方、目詰まりの原因となる堆積カーボン粒子をヒ
ータ１８，１８，…の加熱により着火燃焼させ
る。

カーボン粒子が着火燃焼すると、これに伴つて
フイルター部材７の下流側の温度も上昇するの
で、この温度上昇を下流側温度センサ２６によつ
て監視して、設定値以上の温度が所定時間継続さ
れたときには、堆積カーボン粒子の全量が完全燃
焼されたと考えられるので、Ｓ９で排気バイパス
通路８の開閉弁１２をオフし、Ｓ１０でリレース
イツチ１０をオフして、目詰まりがなくなつた排
気浄化装置６による排気の浄化を再開する。

なお、Ｓ８において、設定値以上の温度が所定
時間継続されないときには、ヒータ線９の断線等
の何らかの故障が生じたものとして、Ｓ１１にお
いて警告を行なう。

なお、上記の制御では、日詰まりの検出を燃料
消費量Ｌによつて推定したが、目詰まりの検出に
は、排圧の上昇を検出したり、デイーゼルエンジ
ン１が予め設定した時間以上連続して運転された
ことをタイマ等で検出する等の方法を採用するこ
とができ、またイグニツシヨンスイツチがオンさ
れるごとに、ヒータ１８，１８，…に対する通電
を行なうようにしてもよい。

さらに、設定値以上の排気温或いは設定負荷以
上の高負荷が所定時間継続したときには、セル内
に堆積したカーボン粒子は、排気の高熱によつて
自動的に着火燃焼すると考えられるので、このよ
うな場合には、例えば、上流側温度センサ２５の
出力に応じて、ヒータ１８，１８，…に対する通
電をキヤンセルするサブルーチンを上記制御フロ
ーに付加するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例の全体概略説明図、第
２図は第１図に示したフイルター部材のヒータを
省略した正面図、第３図は同じくフイルター部材
の垂直断面図、第４図、第５図は夫々ヒータの取
付構造を示すセル部上流端部の拡大断面図、拡大
正面図、第６図，，，は各々ヒータの配
置例を示す要部拡大正面図、第７図は第１図に示
したヒータ制御回路の実行する制御フローのチヤ
ート図である。 １……デイーゼルエンジン、５……排気通路、
６……排気浄化装置、７……フイルター部材、９
……ヒータ線、１０……リレースイツチ、１１…
…電源、１３……ヒータ制御回路、１４……流入
セル、１５……排出セル、１６，１７……ブライ
ンドプラグ、１８，…，１８……ヒータ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 軸方向に延びる複数のセルを備え、該セルの一
   部は上流端が、残りは下流端が閉塞された通気性
   多孔質材料からなるフイルター部材をエンジンの
   排気通路に配設し、該フイルター部材により排気
   中の微粒子成分を捕集するとともに、上記セル内
   に、微粒子成分を燃焼除去する電気発熱体を配設
   する構成としたデイーゼルエンジンの排気浄化装
   置において、 上記電気発熱体を設ける各セルの間隔を１セル
   以上３セル以内としたことを特徴とするデイーゼ
   ルエンジンの排気浄化装置。