JPS6335151Y2 - - 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、米国等のおいて
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、セルとセルとを仕
切る通気性多孔質のフイルター壁を通つて上流端
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
部材の端面に、捕集したカーボン粒子を着火燃焼
させるヒータ（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、さらに、ヒータ
によつて発生された熱がフイルター部材を通過す
る排気によつて持ち去られてしまうため、熱効率
が悪く、ひいてはヒータの発熱量を大きくしなけ
ればならず、それだけ電力消費量が多くなるとい
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
イルター部材に配設するヒータの熱効率を向上さ
せ、少ない電力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
設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、本考案は、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、残りは下流端が夫々ブラインドプラグによ
り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、上記上流端が閉塞されたセル内に、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、上記上流端を閉塞するブラインドプラグで電
気発熱体を支持してセル内に所定長さ挿入すると
ともに、該セルの電気発熱体の下流をプラグによ
り閉塞したことを特徴としている。即ち、本考案
は、電気発熱体の上流側はこれを支持するブライ
ンドプラグで閉塞する一方、その下流側をセル内
に挿入したプラグによつて閉塞することによつ
て、電気発熱体の発生熱を両プラグ間に閉じ込め
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、電気発熱体の熱損
失を防止することができ、熱効率の向上によつて
少ない電力消費量で堆積カーボン粒子を効率よく
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本のヒータ線９（なお、第１
図では簡単のため、１本のヒータ線のみを図示し
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１１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図及び第３図にその基本構造を示すよう
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，…
とを有している。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１
５，１５，…は上流端がブラインドプラグ１７，
１７，…によつて閉塞されてている（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１
４，１４，…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、各ヒータ線９を所定の長
さで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。

そして、上記ヒータ１８の排出セル１５への挿
入に先立つて、排出セル１５内には、その上流端
から挿入されるヒータ１８の下流を閉塞するプラ
グ２０を挿入して固定しておく。このプラグ２０
を挿入した排出セル１５に、ブラインドプラグ１
７によつて基部を支持したヒータ１８を排出セル
１５に挿入してブラインドプラグ１７を排出セル
１５の上流端に嵌合した状態で、接着用のセメン
ト等によりブラインドプラグ１７とヒータ線９と
をフイルター部材７に固着する。

かかる構造の結果、ヒータ１８は、その上流端
側がブラインドプラグ１６によつて、またその下
流側はプラグ２０によつて夫々閉塞されたセル空
間に挿入されることとなり、通電によつてヒータ
１８が発生する熱は、下流側に放出されることな
く、この空間内に閉じ込められるので、この空間
を囲つているフイルター壁２１の外側に堆積する
カーボン粒子は、フイルター壁２１の高熱により
良好に着火燃焼する。

次に、上記の如き配置構造を備えたヒータのオ
ン、オフ制御によいて説明する。

第１図に示すように、ヒータ制御回路１３は、
燃料タンク２２から燃料噴射ポンプ３に燃料を供
給する燃料供給通路２３に介設した第１流量計２
４および燃料噴射ポンプ３から燃料タンク２２に
燃料を帰還させる燃料リターン通路２５に介設し
た第２流量計２６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２７，２８の各
出力等を制御入力とし、例えば、第６図に示す如
き制御フローにしたがつて、各ヒータ線９に接続
されヒータ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６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
各ステツプを表わす。

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２４，
２６の出力を読込み、Ｓ４において燃料タンク２
２から燃料噴射ポンプ３に供給された燃料供給量
Ａと、燃料噴射ポンプ３から燃料タンク２２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をバオパスさせて流
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２８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、目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２７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、２０…
…プラグ。

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、残りは下流端が夫々ブラインドプ
   ラグにより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、上記上流端が閉塞されたセル内
   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、 上記上流端を閉塞するブラインドプラグで電気
   発熱体を支持してセル内に所定長さ挿入するとと
   もに、該セルの電気発熱体の下流をプラグにより
   閉塞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。