JP2722854B2 - Exhaust filter for internal combustion engine - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関、特にディ
ーゼル機関で問題となるカーボン等の排気微粒子を捕集
除去するための排気フィルタに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exhaust filter for collecting and removing exhaust particles such as carbon which are problematic in an internal combustion engine, particularly a diesel engine.

【０００２】[0002]

【従来の技術】ディーゼル機関で問題となるカーボン等
の排気微粒子を、排気系に介装した排気フィルタにて捕
集除去することは従来から考えられており、種々の形式
の排気フィルタが既に提案されている。2. Description of the Related Art It has been conventionally considered to collect and remove exhaust particulates such as carbon, which is a problem in diesel engines, with an exhaust filter interposed in an exhaust system, and various types of exhaust filters have already been proposed. Have been.

【０００３】この排気フィルタの代表的なものは、いわ
ゆる目封じ型フィルタに代表される濾過捕集形式のもの
である。上記目封じ型フィルタは、例えば特開昭５６−
１２４４１７号公報に示されているように、セラミック
ス製のブロックに排気流方向に沿った多数の微細な流路
を形成し、かつ各流路の端部を交互にセラミックスにて
閉塞した構成であって、流路間のセラミックスの隔壁を
排気が通過することにより、排気微粒子を濾過捕集する
ようにしたものである。[0003] A typical example of this exhaust filter is a filtration and collection type represented by a so-called plug-in type filter. The plugged type filter is disclosed in, for example,
As shown in JP-A-124417, a large number of fine channels are formed in a ceramic block along the exhaust flow direction, and the ends of each channel are alternately closed with ceramics. The exhaust gas passes through the ceramic partition between the flow paths, thereby filtering and collecting the exhaust fine particles.

【０００４】この濾過捕集形式のものでは、非常に高い
捕集効率が得られる反面、排気微粒子を過剰捕集し易
く、微粒子捕集量がフィルタの焼損限界を越え易い。つ
まり、バーナー等を用いた強制再生や排気熱による再生
の時期が多少でも遅れたような場合に、多量の排気微粒
子が急激に燃焼し、フィルタの焼損を招く可能性があ
る。しかも焼却除去が不可能なＡｓｈ成分（オイル添加
剤の酸化物等）までも捕集してしまい、いずれは目詰ま
り状態に至る可能性がある。In this type of filtration and collection, while extremely high collection efficiency is obtained, the exhaust particulates are easily collected excessively, and the collection amount of the particulates easily exceeds the burning limit of the filter. That is, when the timing of forced regeneration using a burner or the like or regeneration by exhaust heat is slightly delayed, a large amount of exhaust particulates may burn rapidly, leading to filter burnout. In addition, even Ash components (such as oxides of oil additives) that cannot be removed by incineration are collected, which may eventually lead to clogging.

【０００５】そこで、この濾過捕集形式のものに代え
て、付着捕集形式の排気フィルタが提案されている。そ
の代表例としては、特開昭６２−４５３０９号公報に見
られるようなセラミックスの三次元多孔体いわゆるセラ
ミックスフォームをフィルタエレメントとしたものが知
られている。このセラミックスフォームからなる付着捕
集形式のものでは、連続気泡状に形成される複雑かつ微
細な流路を排気ガスが通流する際に、流路壁面に排気微
粒子が付着して捕集されるようになっている。そのた
め、過剰捕集は生じにくく、かつＡｓｈ成分による目詰
まりも生じにくい。[0005] Therefore, an exhaust filter of an adhesion collection type has been proposed in place of the filtration and collection type. As a typical example, a filter element made of a three-dimensional porous ceramic material, that is, a so-called ceramic foam as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-45309 is known. In the case of the adhesion trapping type made of the ceramic foam, when exhaust gas flows through a complicated and fine flow path formed in the shape of open cells, exhaust fine particles adhere to and collect on the flow path wall surface. It has become. Therefore, excessive collection is unlikely to occur, and clogging due to the Ash component is also unlikely to occur.

【０００６】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようにセラミックスフォームを用いた付着捕集形式のも
のでは、捕集密度が排気流方向で不均一になり易く、排
気の入口側となる表面にのみ多量の排気微粒子がたまっ
てしまうという不具合がある。そのため、フィルタエレ
メント全体を排気微粒子の捕集に有効利用することが難
しく、下流側部分にあまり排気微粒子が存在せず十分な
余裕がある段階でフィルタエレメントの再生が必要とな
る。換言すれば、必要な排気微粒子の捕集容量に対し、
フィルタエレメントが大型化し易い。しかも、入口側表
面での捕集の進行に伴って圧力損失が増大し易い。However, in the case of the adhesion trapping type using a ceramic foam as described above, the trapping density tends to be non-uniform in the exhaust flow direction, and the surface on the inlet side of the exhaust is likely to be uneven. There is a problem that only a large amount of exhaust particles accumulate. Therefore, it is difficult to effectively use the entire filter element for collecting exhaust particulates, and it is necessary to regenerate the filter element at a stage where there is not enough exhaust particulates on the downstream side and there is a sufficient margin. In other words, for the required exhaust particulate collection capacity,
The filter element is easy to increase in size. In addition, the pressure loss tends to increase with the progress of collection on the inlet side surface.

【０００７】また、付着捕集形式のものではフィルタ全
体としての捕集効率が一般に低く、かつ機関の加速時等
に排気微粒子のブローオフが生じ易いという欠点もあ
る。In addition, the adhering and trapping type has a drawback that the trapping efficiency of the filter as a whole is generally low and that blow-off of exhaust particulates tends to occur when the engine is accelerated.

【０００８】[0008]

【課題を解決するための手段】そこで、この発明に係る
内燃機関の排気フィルタは、線部で区切られた略矩形の
開口部が多数形成されてなる格子状金属板を、上記開口
部の対角線方向に交互にずらして多数枚積層し、かつ上
記開口部の対角線方向に略沿って排気が通流するよう
に、この格子状金属板の積層体を筒状のフレーム内に収
容したことを特徴としている。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an exhaust filter for an internal combustion engine according to the present invention comprises a grid-like metal plate having a large number of substantially rectangular openings separated by lines, and a diagonal line of the openings. A plurality of the lattice-shaped metal plates are housed in a cylindrical frame so that a large number of the metal plates are alternately shifted in the direction and the exhaust gas flows substantially along the diagonal direction of the opening. And

【０００９】[0009]

【作用】上記構成では、格子状金属板の積層体の端面に
排気が衝突し、概略的には各金属板と平行に排気が通流
しようとする。ここで、微視的に見れば、各開口部の対
角線に略沿って流入した排気は、各開口部の隅部に衝突
し、該隅部に排気微粒子が捕集されるとともに、上下に
積層した他の開口部に順次拡散していく。このとき、各
隅部における流路はクサビ状に縮小しているため、一種
のクサビ効果によって排気微粒子が付着捕集され易い。
また、排気流は、各開口部を移動する間に、縮小，拡散
を繰り返し、これにより順次下流側の開口部の隅部に排
気微粒子が捕集されていく。In the above construction, the exhaust collides with the end face of the lattice-shaped metal plate laminate, and the exhaust tries to flow roughly in parallel with each metal plate. Here, when viewed microscopically, the exhaust gas flowing substantially along the diagonal line of each opening collides with a corner of each opening, and the exhaust fine particles are collected at the corner and stacked vertically. Sequentially diffuses into the other openings. At this time, since the flow path at each corner is reduced in a wedge shape, the exhaust fine particles are easily attached and collected by a kind of wedge effect.
Further, the exhaust flow repeatedly shrinks and diffuses while moving through each opening, whereby exhaust particulates are sequentially collected at the corners of the opening on the downstream side.

【００１０】[0010]

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面に基づいて
詳細に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【００１１】図４は、この発明に係る排気フィルタの全
体的構成を示す断面図であり、断面略矩形の筒状をなす
ケーシング１の一端に角錐形をなす入口部１ａが設けら
れ、かつ排気入口管２が接続されている。また他端に角
錐形をなす出口部１ｂが設けられ、かつ排気出口管３が
接続されている。そして、ケーシング１内部に、緩衝材
４を介して略矩形のフィルタエレメント５が収容されて
いる。FIG. 4 is a cross-sectional view showing the overall structure of an exhaust filter according to the present invention. A pyramid-shaped inlet portion 1a is provided at one end of a casing 1 having a substantially rectangular cross section. The inlet pipe 2 is connected. The other end is provided with a pyramid-shaped outlet portion 1b, and is connected to an exhaust outlet pipe 3. A substantially rectangular filter element 5 is housed inside the casing 1 with a buffer 4 interposed therebetween.

【００１２】上記フィルタエレメント５は、図３に示す
ように、１ｍｍ程度の板厚を有する多数の格子状金属板
６を上下に積層し、この積層体を略矩形の筒状をなす金
属製フレーム７内に収容するとともに、例えばスポット
溶接等で一体に固定した構成となっている。As shown in FIG. 3, the filter element 5 is formed by laminating a large number of lattice-like metal plates 6 having a thickness of about 1 mm on the upper and lower sides, and forming the laminated body into a substantially rectangular cylindrical metal frame. 7 and integrally fixed by, for example, spot welding or the like.

【００１３】各格子状金属板６は、例えば図５に示すよ
うに、平坦な金属板からなる母材６´に多数のスリット
８を交互に形成し、これをスリット８と直交する矢印Ａ
−Ａ方向へ引き伸ばしたものであり、これによって、図
１に詳示するように、細い線部９によって区切られた菱
形の多数の開口部１０を有する菱形の格子状に形成され
ている。また積層される多数の格子状金属板６は、いず
れも同一形状，同一寸法の格子状に形成されている。
尚、上記開口部１０の寸法は適宜に設定すれば良いが、
例えば、格子間距離Ｓが５ｍｍ程度、各辺のなす角α，
βが、それぞれ６０゜，１２０゜程度に設定されてい
る。また、この格子状金属板６は、個々にあるいはフレ
ーム７と組み立てた状態において触媒を含むセラミック
スのコーティングがなされ、触媒を担持した状態となっ
ている。As shown in FIG. 5, for example, each grid-like metal plate 6 has a large number of slits 8 alternately formed in a base material 6 'made of a flat metal plate.
It is stretched in the −A direction, and as a result, as shown in detail in FIG. 1, it is formed in a rhombic lattice shape having a large number of rhombic openings 10 separated by thin line portions 9. A large number of the lattice-shaped metal plates 6 to be laminated are all formed in a lattice shape having the same shape and the same dimensions.
The dimensions of the opening 10 may be appropriately set,
For example, the distance S between lattices is about 5 mm, and the angles α,
is set to about 60 ° and 120 °, respectively. The lattice-shaped metal plate 6 is coated with ceramics including a catalyst individually or in a state where the lattice-shaped metal plate 6 is assembled with the frame 7 so as to support the catalyst.

【００１４】そして、各格子状金属板６を積層する際に
は、図１に示すように、隣接する格子状金属板６同士で
格子の線部９が重なることのないように、各格子状金属
板６を開口部１０の対角線方向に交互にずらしてある。
具体的には、格子間距離Ｓの１／２づつずらして重ねて
ある。As shown in FIG. 1, when the grid-like metal plates 6 are stacked, the grid-like metal plates 6 are so arranged that the grid lines 9 do not overlap each other. The metal plates 6 are alternately shifted in a diagonal direction of the opening 10.
Specifically, they are overlapped with each other being shifted by 1/2 of the interstitial distance S.

【００１５】また、上記格子状金属板６は、開口部１０
の長手方向の対角線が排気流入方向と平行となるような
向きでフレーム７内に収容されている。The lattice-shaped metal plate 6 has an opening 10
Are accommodated in the frame 7 in such a direction that a diagonal line in the longitudinal direction thereof is parallel to the exhaust inflow direction.

【００１６】上記実施例の構成においては、内燃機関を
出た排気が図３の矢印Ｇのようにフィルタエレメント５
を通過する。つまり、格子状金属板６の面と平行にかつ
開口部１０の長手方向の対角線に沿って排気が流入す
る。この排気はフィルタエレメント５の端面に位置する
多数の開口部１０に流入するが、同一平面で見た場合に
各開口部１０の先端部はクサビ状に閉じているので、同
一平面に沿って排気が流れることはできない。つまり、
各開口部１０に流入した排気は、クサビ状に閉じた線部
９に衝突し、図２の矢印Ｇのように、上面側もしくは下
面側に位置する次段の開口部１０に分流，拡散してい
く。そして、このように分流した排気は、やはりその開
口部１０の先端部に衝突し、上面側もしくは下面側に位
置するさらに下流の開口部１０に分流，拡散していく。
つまり、次々と衝突，分流，拡散を繰り返しながら下流
へ流れ、最終的にフィルタエレメント５の他端に達する
ことになる。In the configuration of the above embodiment, the exhaust gas flowing out of the internal combustion engine is supplied to the filter element 5 as shown by the arrow G in FIG.
Pass through. That is, the exhaust gas flows in parallel to the surface of the lattice-shaped metal plate 6 and along the diagonal line of the opening 10 in the longitudinal direction. This exhaust gas flows into a number of openings 10 located at the end face of the filter element 5, but when viewed in the same plane, the distal end of each opening 10 is closed in a wedge shape, so that the exhaust gas is exhausted along the same plane. Can not flow. That is,
The exhaust gas that has flowed into each of the openings 10 collides with the wedge-shaped closed line portion 9, and is diverted and diffused into the next-stage opening 10 located on the upper surface side or the lower surface side as shown by an arrow G in FIG. 2. To go. The exhaust gas diverted in this manner also collides with the tip of the opening 10 and diverges and diffuses into the opening 10 located further downstream, which is located on the upper surface side or the lower surface side.
That is, it flows downstream while repeating collision, branching, and diffusion one after another, and finally reaches the other end of the filter element 5.

【００１７】従って、排気微粒子は、開口部１０を囲む
線部９の表面、特に排気が衝突する開口部１０の隅部１
１に順次付着捕集されていく。この隅部１１は、クサビ
状に流路が狭まっているため、一種のクサビ効果によっ
て排気微粒子が確実に捕集されるようになる。しかも排
気が多数の開口部１０の間で拡散，衝突を複雑に繰り返
すことから、フィルタ全体として非常に高い捕集効率を
確保できる。Therefore, the exhaust fine particles are deposited on the surface of the line portion 9 surrounding the opening 10, particularly, at the corner 1 of the opening 10 where the exhaust collides.
1 and are sequentially collected. Since the corner portion 11 has a wedge-shaped flow path narrowed, the exhaust fine particles are reliably collected by a kind of wedge effect. In addition, since the exhaust air repeatedly diffuses and collides between the many openings 10 in a complicated manner, a very high collection efficiency can be secured as the whole filter.

【００１８】また、各開口部１０の寸法自体は比較的大
きなものであるから、フィルタエレメント５の入口側端
部のみで局部的な捕集が行われることはなく、セラミッ
クスフォーム等に比して比較的各部均一に排気微粒子が
捕集されるようになる。そのため、表面での局部的な捕
集による圧力損失の増大が回避できる。尚、上記のよう
に格子状金属板６を積層した構成では、各部に形成され
る複雑な流路を同一パターンで非常に均一に得ることが
でき、従って排気流の偏りや捕集の偏りが抑制され、各
部の微粒子の分布を一層均一にできる。Further, since the size of each opening 10 is relatively large, local collection is not performed only at the end of the filter element 5 on the inlet side, and it is compared with ceramic foam or the like. Exhaust particulates are relatively uniformly collected in each part. For this reason, an increase in pressure loss due to local collection on the surface can be avoided. In the configuration in which the lattice-shaped metal plates 6 are stacked as described above, complicated flow paths formed in each part can be obtained very uniformly in the same pattern, and therefore, the unevenness of the exhaust flow and the unevenness of the collection can be reduced. Thus, the distribution of fine particles in each part can be further uniformed.

【００１９】そして、このように比較的均一に排気微粒
子の捕集が進行することから、機関を急加速したような
場合に排気微粒子のブローオフが生じにくい。また、仮
に微粒子堆積量が大となる入口側部分で多少のブローオ
フが生じたとしても、上述した捕集作用により下流側で
再度捕集され易く、外部へ黒煙となって排出されること
がない。Since the collection of the exhaust particulates proceeds relatively uniformly in this manner, blow-off of the exhaust particulates hardly occurs when the engine is suddenly accelerated. Also, even if some blow-off occurs at the inlet side where the amount of accumulated fine particles is large, it is easy to be collected again on the downstream side by the above-described collecting action, and black smoke is discharged to the outside. Absent.

【００２０】尚、上記実施例では、格子状金属板６表面
に触媒をコーティングしてあるが、上記のように排気の
流動が複雑となり、線部９に繰り返し衝突するため、触
媒との接触効率も良好となって触媒作用による再生能力
やＣＯ、ＨＣ等に対する排気浄化作用が向上する。In the above embodiment, the surface of the lattice-shaped metal plate 6 is coated with a catalyst. However, as described above, the flow of exhaust gas is complicated and repeatedly collides with the line portion 9, so that the contact efficiency with the catalyst is increased. And the regeneration ability by the catalytic action and the action of purifying the exhaust gas against CO, HC and the like are improved.

【００２１】また上記構成では、フィルタエレメント５
全体が金属製であるため、熱容量が小さく、昇温特性に
優れたものとなる。In the above configuration, the filter element 5
Since the whole is made of metal, the heat capacity is small and the temperature rising characteristics are excellent.

【００２２】以上、この発明の一実施例を説明したが、
この発明は上記実施例に限定されるものではない。例え
ば、上記実施例では、開口部１０を菱形としてあるが、
正方形あるいは長方形のような格子形状も可能である。
また、このような開口部１０を平坦な金属板から打ち抜
いて格子状金属板６を構成することもできる。The embodiment of the present invention has been described above.
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the opening 10 is diamond-shaped,
Grid shapes such as square or rectangular are also possible.
Alternatively, the lattice-shaped metal plate 6 can be formed by punching such an opening 10 from a flat metal plate.

【００２３】[0023]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、この発明
に係る内燃機関の排気フィルタにおいては、格子状金属
板を交互にずらして多数積層することによって、略矩形
の開口部が連続してなる複雑かつ均一な流路を形成する
ようにしたので、付着捕集でありながらも全体として非
常に高い捕集効率を確保できる。特に、流路が狭められ
る開口部の隅部を利用して確実な捕集が可能となる。ま
た、セラミックスフォームからなるフィルタに比して入
口側表面での局部的な捕集が抑制され、フィルタエレメ
ント全体を有効利用した形で捕集を行うことができる。
従って、外部へのブローオフが生じにくくなるととも
に、局部的な捕集による圧力損失の増大を回避できる。As is apparent from the above description, in the exhaust filter for an internal combustion engine according to the present invention, a substantially rectangular opening is continuously formed by laminating a large number of lattice-like metal plates alternately. Since a complicated and uniform flow path is formed, an extremely high collection efficiency can be secured as a whole, though it is adhesion collection. In particular, reliable collection can be performed using the corner of the opening where the flow path is narrowed. Further, local collection on the inlet side surface is suppressed as compared with a filter made of a ceramic foam, and collection can be performed in a form in which the entire filter element is effectively used.
Therefore, blow-off to the outside is less likely to occur, and an increase in pressure loss due to local collection can be avoided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】この発明の排気フィルタに用いられる格子状金
属板を積層状態で示す要部平面図。FIG. 1 is a plan view of an essential part showing a lattice-like metal plate used for an exhaust filter of the present invention in a stacked state.

【図２】同じく格子状金属板を積層状態で示す要部の斜
視図。FIG. 2 is a perspective view of a main part, similarly showing a lattice-like metal plate in a stacked state.

【図３】上記格子状金属板を用いたフィルタエレメント
の斜視図。FIG. 3 is a perspective view of a filter element using the grid-like metal plate.

【図４】この発明に係る排気フィルタの全体的構成を示
す断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view showing the overall configuration of an exhaust filter according to the present invention.

【図５】格子状金属板の形成方法の一例を示す説明図。FIG. 5 is an explanatory view showing an example of a method for forming a grid-like metal plate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１…ケーシング ５…フィルタエレメント ６…格子状金属板 ７…フレーム １０…開口部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Casing 5 ... Filter element 6 ... Grid-shaped metal plate 7 ... Frame 10 ... Opening

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 線部で区切られた略矩形の開口部が多数
形成されてなる格子状金属板を、上記開口部の対角線方
向に交互にずらして多数枚積層し、かつ上記開口部の対
角線方向に略沿って排気が通流するように、この格子状
金属板の積層体を筒状のフレーム内に収容したことを特
徴とする内燃機関の排気フィルタ。1. A plurality of lattice-like metal plates each having a large number of substantially rectangular openings separated by line portions are alternately shifted in a diagonal direction of the openings, and a plurality of lattice-like metal plates are laminated. An exhaust filter for an internal combustion engine, wherein the laminated body of the lattice-shaped metal plates is accommodated in a cylindrical frame so that exhaust gas flows substantially along a direction.