JPH0544432A - 内燃機関の排気フイルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 格子状金属板８を円筒状に巻回し、その内周
から外周へ排気を通流させる付着捕集形式の排気フィル
タにおいて、多層に亙る格子の重なりを回避し、粗密状
態を周方向各部で均一化する。 【構成】 円筒状フィルタエレメント６を構成する格子
状金属板８は、一枚の連続した帯状をなし、かつ一定形
状の格子を有している。格子状金属板８の板厚をｔ、周
方向に沿った格子間距離をｘとしたときに、２πｔ／ｘ
が整数でない値となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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
の一例としては、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や、実
開昭５１−２３６１５号公報に見られるように、触媒を
担持した薄い耐熱性繊維板を多数積層してフィルタエレ
メントとしたものなどが知られている。この付着捕集形
式のものでは、フィルタエレメント内に生じる複雑な流
路を排気ガスが通流する際に、その流路表面に排気微粒
子が付着して捕集されるのである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記特開昭６２−４５
３０９号公報や実開昭５１−２３６１５号公報では、付
着捕集形式のフィルタエレメントを円筒状に形成し、そ
の内周側から外周側へ排気を通流させるようにした構成
のものが示されているが、このような円筒状フィルタエ
レメントにおいて周方向の各部で粗密状態の片寄りがあ
ると、粗の部分を排気が吹き抜けてしまうため、捕集効
率が低下し、かつ一旦捕集した微粒子のブローオフが生
じやすくなる。特に、格子状金属板を多数積層してフィ
ルタエレメントとする場合に、周方向のある部分で多数
の層の格子が同一位置に重なってしまうと部分的に粗く
なり、フィルタの効率が著しく低下する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、この発明は、一
定形状の格子を有する連続した一枚の格子状金属板を円
筒状に順次積層してフィルタエレメントを構成し、この
フィルタエレメントを、その半径方向に排気が通流する
ようにケーシング内に収容してなる内燃機関の排気フィ
ルタにおいて、上記格子状金属板の板厚をｔ、周方向に
沿った格子間距離をｘとしたときに、２πｔ／ｘが整数
でない値となるように各寸法を設定したことを特徴とし
ている。

【０００８】

【作用】上記構成では、一枚の連続した格子状金属板が
円筒状に巻回されてフィルタエレメントが構成されてい
るが、あるｎ層目の１周に含まれる格子数は、その巻き
半径をｒ_nとすれば、２πｒ_n／ｘで示され、これに重な
る（ｎ＋１）層目の１周に含まれる格子数は同様に２π
ｒ_n+1／ｘで示される。そして、両者の巻き半径の差
（ｒ_n+1−ｒ_n）は、板厚ｔに等しいから、両層の格子数
の差は、２πｔ／ｘで示される。この格子数の差が整数
であると、周方向の特定の箇所で常に格子が完全に重な
り合った状態となる。逆に、この２πｔ／ｘが、整数以
外の値であれば、各層の格子の重なり合いは、周方向の
各部でランダムに生じ、特定箇所が粗となることがな
い。

【０００９】

【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。

【００１０】図２は、この発明に係る排気フィルタの全
体的構成を示す一部切欠の斜視図であり、円筒状をなす
ケーシング１の一端に円錐形をなす入口部１ａが設けら
れ、かつ排気入口管２が接続されている。また他端に円
錐形をなす出口部１ｂが設けられ、フランジ３ａを有す
る排気出口管３が接続されている。そして、ケーシング
１内部に、第１隔壁４および第２隔壁５が固定されてお
り、両者間に円筒状をなすフィルタエレメント６が挟持
されているとともに、該フィルタエレメント６外周面と
ケーシング１内周面との間には、排気流路となる適宜な
空間７が確保されている。入口部１ａ側に位置する第１
隔壁４は、中心部が開口した円環状をなし、円筒状フィ
ルタエレメント６の端面および上記空間７の一端を閉塞
している。出口部１ｂ側に位置する第２隔壁５は、フィ
ルタエレメント６の他方の端面全体を中心部を含めて閉
塞しており、かつ上記空間７と出口部１ｂとの連通を確
保するように周囲が切り欠かれている。

【００１１】従って、排気の概略的な流れとしては、矢
印で示すように、排気入口管２からフィルタエレメント
６の中心部に流入し、かつフィルタエレメント６を内周
側から外周側へ半径方向に流れた後に、空間７を経て排
気出口管３へと流れ出るようになっている。

【００１２】上記フィルタエレメント６は、図３に示す
ように、触媒を担持した薄い格子状金属板８を主体とす
るもので、比較的剛性の高い網目状の金属製内筒９が上
記第１，第２隔壁４，５に予め固定されており、この金
属製内筒９を中心として、格子状金属板８が複数層円筒
状に積層されている。詳しくは、格子状金属板８が一枚
の連続した帯状をなしており、これを順次連続的に巻回
した上で、例えばスポット溶接等により固定してある。

【００１３】上記格子状金属板８は、図４に示すよう
に、薄い金属板からなる母材８Ａに多数のスリット１０
を交互に形成し、これをスリット１０と直交する矢印Ａ
−Ａ方向へ引き伸ばして、図５に詳示するような菱形の
格子状としたものであり、円筒状に組み立てた状態にお
いて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。そして、この格子状金属板８の
格子形状は、全長に亙って一定であり、つまり各層で同
一寸法の格子を有している。

【００１４】ここで、格子状金属板８の板厚をｔ、周方
向に沿った格子間距離をｘ（図５参照）、下層つまり中
心側から数えた各層の層番号をｎ、その層ｎの巻き半径
をｒ_nとすると、 ２πｔ／ｘ が整数でない値となるように各部の寸法が設定されてい
る。

【００１５】尚、一例を挙げると、格子状金属板８の板
厚ｔは例えば０．２ｍｍ程度、格子間距離ｘは２〜３ｍ
ｍ程度に設定されており、このものを５０回以上巻回し
てある。

【００１６】図１は、上記のように構成された円筒状フ
ィルタエレメント６の格子交点１１（図５参照）の周方
向の重なり具合を模式的に示した説明図であって、同図
に明らかなように、あるｎ層目の１周に含まれる格子数
は、２πｒ_n／ｘで示され、これに重なる（ｎ＋１）層
目の１周に含まれる格子数は同様に２πｒ_n+1／ｘで示
される。図１には、２層目および３層目を例示してある
が、このように互いに重なる２層の格子数の差は、 （２πｒ_n+1−２πｒ_n）／ｘ となり、かつ両者の巻き半径の差（ｒ_n+1−ｒ_n）は板厚
ｔに等しいから、上記の格子数の差は、２πｔ／ｘとし
て示される。

【００１７】従って、仮にこの２πｔ／ｘが整数であっ
たとすると、（ｎ−１）層目とｎ層目とで格子交点１１
が一致している箇所では、次の（ｎ＋１）層目に対して
も必ず格子交点１１が一致することになる。この関係は
総ての層について成立するので、結局、フィルタエレメ
ント６内周部から外周部までの全層に亙って、ある特定
箇所で格子交点１１が一致した状態となってしまう。図
６は、一例として、２πｔ／ｘ＝２の場合を示している
が、図示するように、１８０°離れた２箇所（Ｃ部およ
びＤ部）において格子交点１１が全層に亙って一致した
状態となる。つまり、格子内の微細流路が直線状に連続
したものとなり、排気の素通りを許容するようになる。
尚、図６にはＣ部およびＤ部を代表する１個の格子の重
なりのみを示しているが、この近傍では格子交点１１の
各層のずれが極微小量であり、実質的に格子が全層に亙
って重なった状態となってしまう。そのため、Ｃ部およ
びＤ部の２箇所で局部的に粗くなり、排気がそのまま吹
き抜けてしまうのである。

【００１８】これに対し、上記実施例のように、格子数
差を示す２πｔ／ｘが整数とならないようにすれば、
（ｎ−１）層目とｎ層目とでたまたま格子交点１１が一
致している箇所があったとしても、その上に重なる（ｎ
＋１）層目では、図１に示すように格子交点１１が必ず
ずれた状態となる。つまり、格子交点１１の重なりが周
方向の各部でランダムに生じるようになり、局部的に粗
い部分が発生することがない。尚、２πｔ／ｘが整数に
近似した値であると、上述した（ｎ＋１）層目で生じる
格子交点１１のずれ量が小さくなるので、その値、特に
小数点以下の部分が０．２５〜０．７５程度の範囲にあ
ることが望ましく、更に好ましくは０．５付近が良い。

【００１９】このように、上記構成では、円周方向の各
部で均一な流路が形成され、局部的な排気の吹き抜けや
捕集効率のばらつきが防止される。そして、格子の重な
りが最小限のものとなるので、実質的な付着捕集面積が
大きく確保され、格子各部を付着捕集に有効に利用でき
るようになる。同様に、触媒との接触効率も良好とな
り、触媒作用による再生能力や排気浄化作用が向上す
る。

【００２０】また上記構成では、捕集そのものは付着捕
集の形で行われるため、濾過捕集のような過剰捕集が防
止され、かつＡｓｈ成分による目詰まりも生じにくい。
そしてフィルタエレメント６全体が金属製であるため、
熱容量が非常に小さく、機関始動後の昇温特性に優れた
ものとなる。

【００２１】

【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、多層に亙る
格子の重なりが回避され、円筒状フィルタエレメントの
周方向の各部で流路の粗密状態を略均一に得ることがで
きる。従って、局部的な捕集効率の低下や排気の吹き抜
けを防止でき、かつ格子各部を有効に利用した形で効率
の良い捕集を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る排気フィルタのフィルタエレメ
ントの格子交点位置を示す説明図。

【図２】この発明に係る排気フイルタの一実施例を示す
一部切欠の斜視図。

【図３】この実施例のフィルタエレメントを示す斜視
図。

【図４】格子状金属板の形成方法を示す説明図。

【図５】格子状金属板を２枚積層した状態で示す要部拡
大図。

【図６】２πｔ／ｘ＝２とした場合の格子交点位置を示
す説明図。

【符号の説明】

１…ハウジング ２…排気入口管 ３…排気出口管 ６…フィルタエレメント ８…格子状金属板 １１…格子交点

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一定形状の格子を有する連続した一枚の
   格子状金属板を円筒状に順次積層してフィルタエレメン
   トを構成し、このフィルタエレメントを、その半径方向
   に排気が通流するようにケーシング内に収容してなる内
   燃機関の排気フィルタにおいて、上記格子状金属板の板
   厚をｔ、周方向に沿った格子間距離をｘとしたときに、
   ２πｔ／ｘが整数でない値となるように各寸法を設定し
   たことを特徴とする内燃機関の排気フィルタ。