JP2000070637A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排気ガスを半径方向に通過させる筒形状パテ
ィキュレートトラップからパティキュレートを未燃成分
を含めて簡単に除去することができる内燃機関の排気浄
化装置を提供することである。 【解決手段】 排気ガスが筒状パティキュレートトラッ
プ１の互いに対向する内側側面１ａ及び外側側面１ｂの
一方の側面を排気上流側として他方の側面を排気下流側
として通過するように、筒状パティキュレートトラップ
が排気通路内に配置されている内燃機関の排気浄化装置
において、排気上流側とした一方の側面は円筒表面であ
り、円筒表面の長手方向における一部分には周方向にお
いて部分的に当接するブラシ手段５０を具備し、必要に
応じてブラシ手段を円筒表面の中心軸線の方向に摺動さ
せると共に中心軸線の回りに回転させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気浄
化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関、特に、ディーゼル機関の排気
ガス中にはカーボンを主成分とする排気微粒子（パティ
キュレート）が比較的多く含まれており、これが環境汚
染を引き起こすために、大気中に放出されるパティキュ
レート量を低減することが望まれている。そのために、
ディーゼル機関の排気通路内にはパティキュレートを捕
集するためのパティキュレートトラップを配置すること
が提案されている。パティキュレートトラップは、一般
的に、セラミック、金属繊維不織布、又は、金網等の多
孔性材料から成り、排気ガスがこのパティキュレートト
ラップを通過する際に、多孔性材料の細孔によってパテ
ィキュレートが捕集されるようになっている。

【０００３】こうして、パティキュレートは、主に、パ
ティキュレートトラップの排気上流側の表面近傍に捕集
される。パティキュレートトラップは、それ自身が比較
的大きな排気抵抗となるために、排気ガスの通過断面積
を比較的大きくする必要がある。そのために、パティキ
ュレートトラップを円筒状に形成し、排気ガスを円筒形
状パティキュレートトラップの内側から外側に向かって
半径方向に通過させるパティキュレートトラップ構造が
提案されている。

【０００４】一般的に、パティキュレートトラップに捕
集されたパティキュレートは、パティキュレートトラッ
プの細孔を小さくするために、パティキュレートトラッ
プの排気抵抗を増加させる。それにより、多量のパティ
キュレートがパティキュレートトラップに捕集されて異
常に排気抵抗が増加する以前にパティキュレートトラッ
プからパティキュレートを除去しなければならない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このために、捕集され
たパティキュレートをパティキュレートトラップ上で焼
失させることが提案されているが、パティキュレート中
の未燃成分がアッシュとして生成される。生成されたア
ッシュの一部は、排気ガスと共にパティキュレートトラ
ップ内を通過してパティキュレートトラップの下流側か
ら排出されるが、多くはパティキュレートトラップにお
いて堆積成長し、パティキュレートトラップの下流側か
らの排出が不可能となる。

【０００６】それにより、このような方法では、パティ
キュレートを定期的に燃焼させるための燃焼手段に加え
て、例えば、定期的に排気ガスを逆流させてアッシュを
パティキュレートトラップの上流側に排出させる等のア
ッシュ除去手段が必要となり、排気浄化装置を複雑化さ
せる。

【０００７】従って、本発明の目的は、排気ガスを半径
方向に通過させる筒形状パティキュレートトラップから
パティキュレートを未燃成分を含めて簡単に除去するこ
とができる内燃機関の排気浄化装置を提供することであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による請求項１に
記載の内燃機関の排気浄化装置は、筒状パティキュレー
トトラップを具備し、排気ガスが前記筒状パティキュレ
ートトラップの互いに対向する内側側面及び外側側面の
一方の側面を排気上流側として他方の側面を排気下流側
として通過するように、前記筒状パティキュレートトラ
ップが排気通路内に配置されている内燃機関の排気浄化
装置において、前記排気上流側とした前記一方の側面は
円筒表面であり、前記円筒表面の長手方向における一部
分には周方向において部分的に当接するブラシ手段を具
備し、必要に応じて前記ブラシ手段を前記円筒表面の中
心軸線の方向に摺動させると共に前記中心軸線の回りに
回転させることを特徴とする。

【０００９】本発明による請求項２に記載の内燃機関の
排気浄化装置は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化
装置において、前記ブラシ手段は、螺旋状に前記円筒表
面に当接することを特徴とする。

【００１０】本発明による請求項３に記載の内燃機関の
排気浄化装置は、筒状パティキュレートトラップを具備
し、排気ガスが前記筒状パティキュレートトラップの互
いに対向する内側側面及び外側側面の一方の側面を排気
上流側として他方の側面を排気下流側として通過するよ
うに、前記筒状パティキュレートトラップが排気通路内
に配置されている内燃機関の排気浄化装置において、前
記排気上流側とした前記一方の側面は円筒表面であり、
前記円筒表面の長手方向における略全部分には周方向に
おいて部分的に当接するブラシ手段を具備し、必要に応
じて前記ブラシ手段を前記円筒表面の中心軸線の回りに
回転させることを特徴とする。

【００１１】本発明による請求項４に記載の内燃機関の
排気浄化装置は、請求項３に記載の内燃機関の排気浄化
装置において、前記ブラシ手段は、螺旋状に前記円筒表
面に当接することを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明による内燃機関の
排気浄化装置の第一実施形態を示す概略断面図である。
同図において、１は垂直配置された円筒状のパティキュ
レートトラップである。パティキュレートトラップ１
は、セラミック、金属繊維不織布、又は、金網等の多孔
質材料から形成されている。２は上流側排気通路であ
り、パティキュレートトラップ１の内側側面１ａにより
形成される内部空間１ｂだけに連通するように、パティ
キュレートトラップ１の上側端面に接続されている。３
は下流側排気通路であり、パティキュレートトラップ１
の外側側面１ｃを取り囲む環状空間３ａと環状空間３ａ
の下流側通路３ｂとを有している。４はパティキュレー
トトラップ１の内部空間１ｂだけに通じるようにパティ
キュレートトラップ１の下側端面に接続されたパティキ
ュレート溜である。

【００１３】このような構成によって、排気ガスは、上
流側排気通路２からパティキュレートトラップ１の内側
側面１ａへ流入し、次いで、パティキュレートトラップ
１の外側側面１ｂから下流側排気通路３の環状空間３ａ
へ流出し、次いで、下流側通路３ｂを介して大気中に排
出されるようになっている。

【００１４】排気ガス中のパティキュレートは、こうし
て排気ガスがパティキュレートトラップ１における排気
上流側の内側側面１ａへ流入する際に、主に内側側面１
ａ近傍の細孔に捕集される。本実施形態では、このよう
に捕集されるパティキュレートを定期的に除去するため
に、ブラシ手段５０が設けられている。ブラシ手段５０
は、図１及び図１の拡大Ａ−Ａ断面図である図２に示す
ように、中央軸５０ａを有し、この中央軸５０ａの直径
はパティキュレートトラップ１の内部空間１ｂの直径に
対して十分に小さなものである。中央軸５０ａの先端部
には、中央軸５０ａに対して垂直で互いに平行な二つの
平面上に、それぞれ一組のブラシ５０ｂが接続されてい
る。それぞれの平面上に位置する二つのブラシ５０ｂ
は、平面的に１８０°の角度で延在し、異なる平面上に
位置する二つのブラシ５０ｂは、平面的に９０°の角度
で延在している。全てのブラシ５０ｂは、パティキュレ
ートトラップ１の円筒状の内側側面１ａの長手方向にお
ける一部分だけに対して周方向において部分的にしか当
接していない。

【００１５】それにより、このようなブラシ手段５０が
パティキュレートトラップ１の内部空間１ｂ内に配置さ
れていても、全てのブラシ５０ｂは、パティキュレート
トラップ１の内側側面１ａにおける僅かな部分としか当
接しておらず、パティキュレートトラップ１における排
気ガスの通過断面積を僅かしか減少させない。ブラシ手
段５０の中央軸５０ａは、上流側排気通路２を貫通して
外部へ突出し、モータ５０ｃに接続されている。この貫
通部には、適当な気密回転シール部材（図示せず）が設
けられ、貫通部を介して排気ガスが外部へ漏れないよう
になっている。モータ５０ｃには、ラック及びピニオン
機構等の昇降機構５０ｄが取り付けられている。

【００１６】本実施形態の内燃機関の排気浄化装置は、
このように構成されているために、円筒状のパティキュ
レートトラップ１の有する比較的大きな通過断面積によ
って、排気ガスは良好にパティキュレートトラップ１を
通過し、排気ガス中のパティキュレートは、パティキュ
レートトラップ１の内側側面１ａ近傍の細孔に捕集され
る。

【００１７】パティキュレートの捕集量が増加してパテ
ィキュレートトラップ１における排気抵抗を異常に増加
させる以前に、ブラシ手段５０のモータ５０ｃ及び昇降
機構５０ｄが作動される。それにより、ブラシ５０ｂ
を、モータ５０ｃの回転によって中央軸５０ａと共に回
転させると同時に、昇降機構５０ｄによって中央軸５０
ａと共に上下動させ、すなわち、パティキュレートトラ
ップ１の軸線方向に移動させる。こうして、全ブラシ５
０ｂは、パティキュレートトラップ１の排気上流側の内
側側面１ａの全部分と当接し、内側側面１ａ近傍に捕集
されたパティキュレートを確実に掃き取ることができ
る。このように、回転するブラシ５０ｂが当接するパテ
ィキュレートトラップの内側側面は円筒状とする必要が
あるが、外側側面は特に円筒状である必要はない。

【００１８】こうしてパティキュレートトラップ１から
掃き取られたパティキュレートは、ブラシ手段５０にお
ける各ブラシ５０ｂが大きく離間しているために、各ブ
ラシ間に挟まることはなく、確実にパティキュレート溜
４内に落下する。パティキュレート溜４内には、ヒータ
６が配置されており、パティキュレートを燃焼させるこ
とが可能であり、パティキュレート溜４内のパティキュ
レートの体積をアッシュの体積へ減少させることができ
る。

【００１９】図３は、前述したブラシ手段の変形例を示
している。本ブラシ手段は、中央軸５０ａ’に設けられ
たブラシ５０ｂ’の数を前述同様な関係を維持して増加
させたものである。このように、各ブラシ間の間隔を大
きく維持したままでブラシ５０ｂ’の数を増加させるこ
とにより、前述同様に、パティキュレートトラップ１か
ら掃き取られたパティキュレートを確実にパティキュレ
ート溜４内へ落下させることができると共に、全ブラシ
５０ｂ’をパティキュレートトラップ１の排気上流側の
内側側面１ａの全部分に当接させる際に、パティキュレ
ートトラップ１の軸線方向の移動量を減少させることが
できる。

【００２０】図４は、本発明による内燃機関の排気浄化
装置の第二実施形態を示す概略断面図である。第一実施
形態との違いについてのみ以下に説明する。本実施形態
において、上流側排気通路２’は、主通路２ａ’と副通
路２ｂ’とから成り、主通路２ａ’と副通路２ｂ’との
分岐部には、排気ガスが通常時において主通路２ａ’を
通過するように位置する切換弁７が設けられている。ま
た、主通路２ａ’と副通路２ｂ’とはパティキュレート
トラップ１の上流側において合流している。

【００２１】本実施形態におけるブラシ手段５１は、図
３に示したブラシ手段に比較して、さらに多数のブラシ
５１ｂが中央軸５１ａに取り付けられている。各ブラシ
の位置関係は、前述のブラシ手段と同様であり、中央軸
５１ａに垂直な各平面上に位置する二つのブラシ５１ｂ
は、平面的に１８０°の角度で延在し、連続する二つの
平面上に位置する二つのブラシ５０ｂは、平面的に９０
°の角度で延在している。しかしながら、前述のブラシ
手段とは異なり、全てのブラシ５１ｂは、パティキュレ
ートトラップ１の円筒状の内側側面１ａの長手方向にお
ける全部分に対して周方向において部分的に当接してい
る。

【００２２】このようなブラシ手段５１がパティキュレ
ートトラップ１の内部空間１ｂ内に配置されていても、
全てのブラシ５１ｂがパティキュレートトラップ１の内
側側面１ａと当接する総面積は、当接していない総面積
に比較して十分に小さく、パティキュレートトラップ１
における排気ガスの十分な通過断面積が確保される。ブ
ラシ手段５１の中央軸５１ａは、真っ直ぐに副通路２
ｂ’内に延在し、副通路２ｂ’内において、サポート２
ｃ’によって軸線方向及び半径方向に支持されている。
このサポート２ｃ’は、排気ガスの良好な通過を可能と
するように、複数の開口を有している。また、中央軸５
１ａの副通路２ｂ’内に位置する先端部には、ファン５
１ｃが固定されている。

【００２３】本実施形態の内燃機関の排気浄化装置は、
このように構成されているために、円筒状のパティキュ
レートトラップ１の有する比較的大きな通過断面積によ
って、排気ガスは良好にパティキュレートトラップ１を
通過し、排気ガス中のパティキュレートは、パティキュ
レートトラップ１の内側側面１ａ近傍の細孔に捕集され
る。

【００２４】パティキュレートの捕集量が増加してパテ
ィキュレートトラップ１における排気抵抗を異常に増加
させる以前に、切換弁７を、排気ガスが副通路２ｂ’を
通過する位置に切り換える。それにより、ブラシ５１ｂ
は、排気ガスによるファン５１ｃの回転によって、中央
軸５０ａと共に回転させられる。こうして、全ブラシ５
１ｂは、パティキュレートトラップ１の排気上流側の内
側側面１ａの全部分と当接し、内側側面１ａ近傍に捕集
されたパティキュレートを確実に掃き取ることができ
る。もちろん、本実施形態において、ファンを使用する
ことなく第一実施形態のようにモータによってブラシ手
段を回転させるようにしても良い。

【００２５】こうしてパティキュレートトラップ１から
掃き取られたパティキュレートは、ブラシ手段５１にお
ける各ブラシ５１ｂが比較的大きく離間しているため
に、各ブラシ間に挟まることはなく、確実にパティキュ
レート溜４内に落下し、第一実施形態と同様に、ヒータ
６によって燃焼させることができる。

【００２６】図５は、図３に示すブラシ手段のさらなる
変形例を示している。本ブラシ手段において、中央軸５
０ａ”に設けられたブラシ５０ｂ”が螺旋配置されてい
る。こうして螺旋配置することにより、各ブラシ５０
ｂ”は、中央軸５０ａ”の軸線方向に隣接することがな
く（本ブラシ手段では、最上及び最下に位置する二つの
ブラシ５０ｂ”は、軸線方向に隣接しているが、非常に
大きく離間している）、パティキュレートトラップ１か
ら掃き取られたパティキュレートがブラシ間に挟まれる
可能性を無くすことができる。

【００２７】このようなブラシの螺旋配置は、全てのブ
ラシが、パティキュレートトラップ１の円筒状の内側側
面１ａの長手方向における一部分だけにしか当接してい
ないために、パティキュレートの掃き取りに際して、パ
ティキュレートトラップ１の軸線方向の移動を必要とす
るものだけではなく、第二実施形態にように、全てのブ
ラシが、パティキュレートトラップ１の円筒状の内側側
面１ａの長手方向における全部分に当接しているため
に、パティキュレートの掃き落としに際して、パティキ
ュレートトラップ１の軸線方向の移動を必要としないも
のにも有効である。

【００２８】この場合においても、各ブラシの中央軸に
おける軸線方向の隣接を無くす、又は、隣接距離を大き
くすることができ、ブラシ間に掃き取られたパティキュ
レートが挟まる可能性を無くすことができる。また、掃
き取られたパティキュレートが、螺旋配置の複数のブラ
シの上側に落下しても、各ブラシにより形成される螺旋
空間を通り良好にパティキュレート溜４へ落下させるこ
とができる。

【００２９】前述した全ての実施形態において、排気ガ
スはパティキュレートトラップの内側側面から外側側面
へ通過するようになっているが、これは、本発明を限定
するものではなく、外側側面から内側側面へ通過するよ
うに排気系を構成することも可能である。この場合にお
いて、ブラシ手段は、パティキュレートトラップの排気
上流側となる外側側面に当接させる必要があり、パティ
キュレートトラップを取り囲む筒部材を設け、この筒部
材から内方向にブラシを延在させるようにすれば良い。

【００３０】

【発明の効果】このように、本発明による内燃機関の排
気浄化装置によれば、排気ガスが筒状パティキュレート
トラップの互いに対向する内側側面及び外側側面の一方
の側面を排気上流側として他方の側面を排気下流側とし
て通過するように、筒状パティキュレートトラップが排
気通路内に配置されている内燃機関の排気浄化装置にお
いて、排気上流側とした一方の側面は円筒表面であり、
円筒表面の長手方向における一部分には周方向において
部分的に当接するブラシ手段を具備し、必要に応じてブ
ラシ手段を円筒表面の中心軸線の方向に摺動させると共
に中心軸線の回りに回転させるようになっているため
に、ブラシ手段の非作動時におけてブラシ手段と円筒表
面との当接面積は比較的小さく、排気ガスのパティキュ
レートトラップ内の良好な通過を確保することができる
と共に、ブラシ手段を作動させれば、ブラシ手段はパテ
ィキュレートトラップの主にパティキュレートを捕集す
る円筒表面の全てに当接し、捕集されたパティキュレー
トを未燃成分を含めて確実に除去することができる。

【００３１】また、本発明によるもう一つの内燃機関の
排気浄化装置によれば、排気ガスが筒状パティキュレー
トトラップの互いに対向する内側側面及び外側側面の一
方の側面を排気上流側として他方の側面を排気下流側と
して通過するように、筒状パティキュレートトラップが
排気通路内に配置されている内燃機関の排気浄化装置に
おいて、排気上流側とした一方の側面は円筒表面であ
り、円筒表面の長手方向における略全部分には周方向に
おいて部分的に当接するブラシ手段を具備し、必要に応
じてブラシ手段を円筒表面の中心軸線の回りに回転させ
るようになっているために、ブラシ手段の非作動時にお
けてブラシ手段と円筒表面との当接面積は比較的小さ
く、排気ガスのパティキュレートトラップ内の良好な通
過を確保することができると共に、ブラシ手段を作動さ
せれば、ブラシ手段はパティキュレートトラップの主に
パティキュレートを捕集する円筒表面の全てに当接し、
捕集されたパティキュレートを未燃成分を含めて確実に
除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による内燃機関の排気浄化装置の第一実
施形態を示す概略断面図である。

【図２】図１の拡大Ａ−Ａ断面図である。

【図３】図１のブラシ手段の変形例を示す断面図であ
る。

【図４】本発明による内燃機関の排気浄化装置の第二実
施形態を示す概略断面図である。

【図５】図３のブラシ手段の変形例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１…パティキュレートトラップ １ａ…内側表面 １ｃ…外側表面 ２，２’…上流側排気通路 ３…下流側排気通路 ５０…ブラシ手段 ５０ａ，５０ａ’，５０ａ”，５１ａ…中央軸 ５０ｂ，５０ｂ’，５０ｂ”，５１ｂ…ブラシ ５０ｃ…モータ ５０ｄ…昇降機構 ５１ｃ…ファン

フロントページの続き (72)発明者 田中 俊明 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G090 AA02 BA08 EA01 4D058 JA02 JB03 JB06 KA03 KA27 KA29 MA00 MA31 PA04 RA02 RA19 SA08 UA01

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状パティキュレートトラップを具備
   し、排気ガスが前記筒状パティキュレートトラップの互
   いに対向する内側側面及び外側側面の一方の側面を排気
   上流側として他方の側面を排気下流側として通過するよ
   うに、前記筒状パティキュレートトラップが排気通路内
   に配置されている内燃機関の排気浄化装置において、前
   記排気上流側とした前記一方の側面は円筒表面であり、
   前記円筒表面の長手方向における一部分には周方向にお
   いて部分的に当接するブラシ手段を具備し、必要に応じ
   て前記ブラシ手段を前記円筒表面の中心軸線の方向に摺
   動させると共に前記中心軸線の回りに回転させることを
   特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 【請求項２】 前記ブラシ手段は、螺旋状に前記円筒表
   面に当接することを特徴とする請求項１に記載の内燃機
   関の排気浄化装置。
3. 【請求項３】 筒状パティキュレートトラップを具備
   し、排気ガスが前記筒状パティキュレートトラップの互
   いに対向する内側側面及び外側側面の一方の側面を排気
   上流側として他方の側面を排気下流側として通過するよ
   うに、前記筒状パティキュレートトラップが排気通路内
   に配置されている内燃機関の排気浄化装置において、前
   記排気上流側とした前記一方の側面は円筒表面であり、
   前記円筒表面の長手方向における略全部分には周方向に
   おいて部分的に当接するブラシ手段を具備し、必要に応
   じて前記ブラシ手段を前記円筒表面の中心軸線の回りに
   回転させることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
4. 【請求項４】 前記ブラシ手段は、螺旋状に前記円筒表
   面に当接することを特徴とする請求項３に記載の内燃機
   関の排気浄化装置。