JPH0618028Y2 - 逆流再生方式のディーゼルパティキュレート浄化装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案はディーゼルエンジンのパティキュレート浄化装
置に関する。

〔従来の技術〕

ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれるカーボン粒
子等の排気微粒子（ディーゼルパティキュレート）を大
気に放出するのを防止するため、排気通路にセラミック
からなるハニカム状のフィルタを配置して排気微粒子を
捕集することは公知である。このフィルタは長い使用の
間に目詰まりを起こすので、再生を図らなければならな
い。このために、フィルタの排気上流側にヒータを設
け、所定の期間毎に電気ヒータに通電してフィルタに捕
集されたカーボン粒子等の可燃性のパティキュレートを
燃焼させ、よってフィルタを再生することができる。し
かしながら、この再生フィルタ再生時にはこのヒータに
通電してパティキュレートを燃焼するようにしている。
この場合、ヒータは、フィルタの端面近傍に、排気の流
れに直交するように配置される。このヒータはニクロム
線等によって作られるが、消費電力が大きいことから、
ヒータを複数の碍子を介して複数に分割し、分割された
各ヒータが、これに対向してフィルタ長手軸方向に延び
るフィルタ部分に捕集されたパティキュレートを着火燃
焼させるようにしている（分割再生）（例えば実開昭60
-78918号公報参照）。

〔考案が解決しようとする課題〕

ところで、特開昭61-22325号公報の逆流再生方式のパテ
ィキュレート浄化装置においては、パティキュレート捕
集時の排気流れ方向と、再生時の排気流れ方向とが正反
対となるように、５個の切換弁を使用しており、各々の
切換弁はそれぞれにアクチュエータを必要とする。従っ
て、このように多数の切換弁を使用すれば、構成が複雑
になり、車両への搭載性も悪くなり、重量も増加すると
いう問題点があった。

また、フィルタにおいては、パティキュレートを多く堆
積する傾向にあるフィルタセル（入口通路）内部へのヒ
ータ熱伝達は、そのフィルタセルのヒータ側端部は栓部
材によって封止されているためにセル間にある隔壁を介
して行なわれなければならず、特に上記碍子に対向して
フィルタ長手軸方向に延びるフィルタ部分は、その端面
近傍にヒータを配していないため、その部分に堆積され
ているパティキュレートへの着火燃焼は困難であった。
本考案は従来装置の上記問題点を鑑み、提供されるもの
である。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題に対し、本考案によれば、ディーゼルエンジン
の排気パティキュレートを捕集するハニカム状フィルタ
と、該フィルタの排気下流側の端面近傍に分割配置され
対向するフィルタ部分に捕集されたパティキュレートを
着火せしめる複数のヒータと、該ヒータ間に配置されて
これを支持し上記ヒータのフィルタ端面近傍分割配置を
可能ならしめる複数の碍子とを有し、該パティキュレー
トフィルタの上流側の位置及び該ヒータの下流側の位置
で該排気通路に連結されるバイパス通路を設け、該上流
側の連結位置と該パティキュレートフィルタとの間の該
排気通路に第１の開閉弁を配置し、該下流側の連結位置
に、該バイパス通路を閉じ且つ該排気通路を開く第１の
作動位置と、該バイパス通路を該下流側の連結位置より
上流側の該排気通路及び該下流側の連結位置より下流側
の該排気通路と連通するとともに、該排気通路の通路面
積を小とする第２の作動位置とを占める第２の開閉弁を
配置し、さらに、該第１の開閉弁と該パティキュレート
フィルタとの間の該排気通路と、該第２の開閉弁の該第
２の作動位置において上記下流側の連結位置より下流側
の排気通路に連通するバイパス通路部分とを連通する逆
流通路を設け、以てパティキュレート捕集時排気がフィ
ルタよりヒータへと流れ、パティキュレート焼却のフィ
ルタ再生時、排気がバイパス通路を介してヒータよりフ
ィルタへと流れるようにした逆流再生方式のディーゼル
パティキュレート浄化装置であって、上記ヒータとフィ
ルタとの間に、多数の細孔を有する伝熱板を介挿し、さ
らに該伝熱板の上記碍子近傍に位置する細孔を、その軸
線が碍子に対向するフィルタ部分を指向するべく傾斜形
成したことを特徴とするディーゼルパティキュレート浄
化装置が提供される。

〔作用〕

フィルタより下流側の連結位置に、バイパス通路と逆流
通路の開閉を兼ねる第２の開閉弁を設けたため、従来各
通路開閉のために夫々設けていた弁が１つで済む。又、
この第２の開閉弁は、バイパス通路と排気通路の連通
時、排気通路の通路面積を小とするため、これだけで排
気ガスをフィルタ側と下流側とに分岐させることがで
き、従来この排気分岐に要していた２つの弁を単体化で
きる。

又、フィルタにおいては、伝熱板をヒータとフィルタと
の間に介挿することによりヒータからの熱エネルギーは
均一化される。また、伝熱板に形成した細孔の一部を、
その軸線が碍子に対向するフィルタ部分を指向するよう
に傾けて形成することにより、伝熱板を通過する再生ガ
スが上記フィルタ部分方向へと偏向され、ヒータからの
熱エネルギーがフィルタ内のパティキュレートに伝達さ
れ着火燃焼が容易となる。

〔実施例〕

本考案の実施例を図面を参照して説明する。第１図は本
考案による逆流再生方式のディーゼルパティキュレート
浄化装置を備えたディーゼルエンジンの排気系部分を示
したものであって、排気管１０はディーゼルエンジン
（図示せず）から排気ガスを矢印で示す方向に流すよう
に延びるものである。排気管１０は排気本管（排気通
路）１２とバイパス管（バイパス通路）１４に分岐され
る。排気本管１２には、パティキュレートを捕集するた
めの例えばセラミック材料から成るハニカム状フィルタ
１６と、後述する伝熱板１７と、フィルタ１６を分割再
生するための複数の碍子１８によって分割支持されたヒ
ータ１９とを順に収容したトラップ容器２０が組み付け
られている。バイパス管１４は、トラップ容器２０の上
流側の連結位置２２及びヒータ１９の下流側の連結位置
２４で排気本管２に連結される。

バタフライ弁からなる第１の開閉弁２６が、上流側の連
結位置２２とパティキュレートフィルタ１６との間の排
気本管１２に配置される。また、第２の開閉弁２８が下
流側の連結位置２４に配置される。

第１の開閉弁２６及び第２の開閉弁２８は図で見て紙面
に垂直な弁軸２７、及び２９の回りを回転可能であり、
図示されるようにほぼ水平な第１の作動位置と、点線で
示されるような第２の作動位置を占めることができる。
第１の作動位置においては、第１の開閉弁２６は排気本
管１２を開き、一方第２の開閉弁２８はバイパス管１４
を閉じ、かつ排気本管１２を開く。この状態は、フィル
タ１６によって排気ガス中のパティキュレートが捕集さ
れる状態を示しており、排気ガスは図中実線矢印の示し
た方向に流れている。

第２の作動位置においては、第２の開閉弁２８はその下
半部がバイパス管１４の下半部を閉じることができる
が、バイパス管１４の他部は排気本管１２に連通する。
従って、バイパス管１４は、下流側の連結位置２４より
上流側の排気本管１２（トラップ容器２０側）及び下流
側の連結位置２４より下流側の排気本管１２（第２の開
閉弁２８の後流側）と連通する。このとき、第２の開閉
弁２８は排気本管１２内に突出し、第２の開閉弁２８の
後流側に向かう排気本管１２の通路面積を小として、ト
ラップ容器２０に向かう排気ガスの流れに背圧を与え、
排気ガスが所望の速度でフィルタ１６を通過できるよう
にする。排気本管１２の通路面積を小として、フィルタ
１６を通る排気ガスの流れを制御するために、第２の開
閉弁２８の角度並びに遮蔽板３０の形状が定められる。
好ましくは、遮蔽板３０の形状は、トラップ容器２０に
向かう排気ガスの流量が排気ガス排出量の十分の一位に
なるように設定され、残りの排気ガスは再生処理中には
直接に排出される。

さらに、逆流通路管３２（逆流通路）が、第１の開閉弁
２６とパティキュレートフィルタ１６との間の排気本管
１２と第２の開閉弁２８により閉じられた前記他部を連
通して設けられる。即ち、点線で示した第１の開閉弁２
６の作動位置は、排気本管１２を閉じ、エンジンからの
排気ガスをバイパス管１４へと流し、第２の開閉弁２８
によって分岐されフィルタ１６を経由してきた排気ガス
の一部を逆流通路管３２に流入させている。この状態は
ヒータ１９が加熱されてフィルタ１６内のパティキュレ
ートを焼却する。所謂再生処理状態を示しており、排気
ガスは図中点線矢印の方向に流れる。尚、逆流通路管３
２の下流側開口部３２ｂは第２の開閉弁２８によって制
御されており、第２の作動位置においては、通路管３２
を経由してきた再生排気ガスはそのまま下流側へと流れ
る。

また、第１の開閉弁２６及び第２の開閉弁２８をそれぞ
れ駆動するために、負圧作動型アクチュエータ３４，３
６及び電磁弁３８，４０が設けられる。

電磁弁３８，４０エンジンコントロールコンピュータ４
２からの出力に応じてアクチュエータ３４，３６に作動
負圧又は大気を選択的に供給することができ、例えばア
クチュエータ３４，３６に作動負圧を供給したときに第
１の開閉弁２６及び第２の開閉弁２８を第２の作動位置
へと回動させることができる。加えて、電気ヒータ１８
もコンピュータ４２によって制御されるリレー４４を介
して通電されることができる。尚、４６はバッテリであ
る。

このように本実施例によれば、バイパス通路１４の上流
側の連結位置２２とパティキュレートフィルタ１との間
の排気通路１２に第１の開閉弁２６を配置し、下流側の
連結位置２４に、バイパス通路１４を閉じ且該排気通路
１２を開く第１の作動位置（実線）と、バイパス通路１
４を下流側の連結位置２４より上流側の排気通路１２及
び下流側の連結位置２４より下流側の排気通路１２と連
通するとともに、排気通路１２の通路面積を小とする第
２の作動位置（点線）とを占める第２の開閉弁２８を配
置し、さらに、第１の開閉弁２６とパティキュレートフ
ィルタ１との間の排気通路１２と、第２の開閉弁２８の
該第２の作動位置における、連結位置２４より下流側の
排気通路１２に連通するバイパス通路部分とを連通する
逆流通路３２を設けたので、２個の開閉弁２６，２８の
みでパティキュレートフィルタの逆流再生処理を行うこ
とができ、全体としての構成を簡単にして車両への搭載
性を向上させることができる。また、逆流通路３２はバ
イパス通路１４に開口するので、第２の開閉弁２８はバ
イパス通路１４を閉じれば逆流通路３２を同時に閉じる
ことになり、第２の開閉弁２８を小型のもので構成する
ことができるようになる。

第２図は上述したトラップ容器２０をヒータ配置側より
見た外観図である。

本実施例によればヒータ１９は排気流れに直交する面に
おいて角度方向に６等分して成る扇状の領域に配置され
る６つのヒータ線１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ，１
９ｅ，１９ｆより成る。このヒータ線１９ａ，ｂ，ｃ，
ｄ，ｅ，ｆは夫々、中央部から放射状に配置されたヒー
タ保持体としての６つの碍子１８によって蛇行配置さ
れ、各ヒータ線１９の一端は前記リレー４４（第１
図）、他端は中央部に集められアース電極４８に接続さ
れる。フィルタ再生時、このヒータ線１９ａ，ｂ，ｃ，
ｄ，ｅ，ｆはリレー４４によって次々と通電されて発熱
し、ヒータ１９を通過する排気を介して、このヒータ線
後方に位置するフィルタ部分に堆積されたパティキュレ
ートを焼却することになる。従って前述したように従
来、このヒータ１９によって覆われていないフィルタ部
分、即ち本実施例では６つの碍子１８に対向するフィル
タ部分にはヒータ１９からの熱エネルギの伝達が良くな
く、再生不良となる可能性が大であった。

第３図は第２図III−III線に沿ったトラップ容器２０の
ヒータ配置側部分断面図であって、本実施例によれば上
記不具合を解決する手段としてヒータ１９とフィルタ１
６との間には、多数の細孔４９を全面に亘って配した伝
熱板１７が介挿される。この伝熱板１７は、ヒータ１９
からの熱エネルギが出来るだけ多くのフィルタ１６へと
伝達されるように熱容量が小さく（薄板状）、かつ熱伝
導性の良好な材料から成り、その外形は、不必要な部分
に熱エネルギが分散するのを防止すべく、ヒータ配置に
対応して分割され、扇状に形成される。従って本実施例
では伝熱板１７は６枚構成とし、各伝熱板１７は不必要
な部分、即ちフィルタ以外の部分への熱伝達を最小限に
留めるべく熱伝導度の小さい、例えばセラミック等によ
り保持されることが好ましく、図示した実施例において
は各伝熱板１７は、碍子１８上に設けられた複数の突起
１８ａとフィルタ１６の端面に設けられた複数の突起１
６ａによって保持されている。この伝熱板保持に関して
はこれ以外に各フィルタセルを封止する栓５０の一部を
フィルタ端面より延長して形成し、その部分で伝熱板１
７を保持するようにしても良い（図示せず）。

第４図及び第５図は、上述した伝熱板１７のみをヒータ
側より見た外観図、及び伝熱板１７の細孔４９を通る第
４図Ｖ−Ｖ線に沿った断面を有するフィルタ断面図であ
る。

前述したように、夫々の伝熱板１７は扇形に形成され、
その全面に亘り多数の細孔４９が設けられるが、細孔４
９の断面は、図示するように碍子１８近傍に配置される
細孔４９を、その軸線４９ａが碍子１８に対向するフィ
ルタ部分１６′（図中斜線部分）を指向するように傾斜
して形成する。しかしてその作用は図中矢印で示したよ
うにフィルタ再生時、ヒータ１９を経由した排気ガスが
この細孔４９を通り抜ける際、その一部が細孔４９の向
きによって偏向され、ヒータ１９によって覆われていな
いフィルタ部分１６′にも高温の再生排気ガスが導かれ
ることによりこの部分に堆積されたパティキュレートを
容易に着火燃焼することが可能になる。

尚、この細孔４９の傾斜形成は図示した断面に限定され
ず碍子１８の近傍に位置する全ての細孔４９がその適用
対象であり、また、当然のことなからフィルタ端面に配
置される全ての伝熱板１７に適用されるものである。

以上のようにしてフィルタ１６全体に亘って良好なるフ
ィルタ再生が達成されることになる。

〔効果〕

本考案によれば、第１の開閉弁と第２の開閉弁のみでパ
ティキュレートフィルタの逆流再生処理を行うことがで
き、全体としての構成を簡単にして車両への搭載性を向
上させることができる。また、逆流通路はバイパス通路
に開口するので、第２の開閉弁はバイパス通路を閉じれ
ば逆流通路を同時に閉じることになり、第２の開閉弁を
小型のもので構成することができるようになる。加え
て、フィルタにおいてこれまで再生不良傾向にあった碍
子対向フィルタ部分にも高温の再生ガスが供給されるこ
とにより、フィルタの再生が確実に実行され、（パティ
キュレートの燃え残りが減少し）次回のフィルタ再生時
においてパティキュレート燃焼熱が増加することは無く
なり、オーバーヒートに伴うフィルタ溶損等の問題等が
無くなる。加えて本考案によれば、多数の細孔を有した
伝熱板は、パティキュレート捕集時、フィルタを通過す
る排気ガスの整流板として作用するためフィルタ内の圧
力分布が均一化して、排気ガスが均一にフィルタに流入
することになるため、パティキュレートはフィルタ全体
に亘って均一に堆積され、その結果、フィルタ再生時、
局部的に過昇温するようなことはなくなり、前記効果同
様、溶損等の問題は無くなる（耐久性の向上）。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による逆流再生方式のディーゼルパティ
キュレート浄化装置を備えたエンジン排気系を示す図；
第２図はパティキュレートトラップ容器をヒータ配置側
より見た外観図；第３図は第２図III−III線に沿ったト
ラップ容器の部分的断面図；第４図は本考案による伝熱
板の配置外観図；第５図は第４図Ｖ−Ｖ線に沿った伝熱
板断面を含むフィルタ断面図。 １６…フィルタ、１７…伝熱板、 １８…碍子、１９…ヒータ、 ４９…細孔。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ディーゼルエンジンの排気パティキュレー
   トを捕集するハニカム状フィルタと、該フィルタの排気
   下流側端面近傍に分割配置され対向するフィルタ部分に
   捕集されたパティキュレートを着火せしめる複数のヒー
   タと、該ヒータ間に配置されてこれを支持し上記ヒータ
   のフィルタ端面近傍分割配置を可能ならしめる複数の碍
   子とを有し、該パティキュレートフィルタの上流側の位
   置及び該ヒータの下流側の位置で該排気通路に連結され
   るバイパス通路を設け、該上流側の連結位置と該パティ
   キュレートフィルタとの間の該排気通路に第１の開閉弁
   を配置し、該下流側の連結位置に、該バイパス通路を閉
   じ且つ該排気通路を開く第１の作動位置と、該バイパス
   通路を該下流側の連結位置より上流側の該排気通路及び
   該下流側の連結位置より下流側の該排気通路と連通する
   とともに、該排気通路の通路面積を小とする第２の作動
   位置とを占める第２の開閉弁を配置し、さらに、該第１
   の開閉弁と該パティキュレートフィルタとの間の該排気
   通路と、該第２の開閉弁の該第２の作動位置において上
   記下流側の連結位置より下流側の排気通路に連通するバ
   イパス通路部分とを連通する逆流通路を設け、以てパテ
   ィキュレート捕集時排気がフィルタよりヒータへと流
   れ、パティキュレート焼却のフィルタ再生時、排気がバ
   イパス通路を介してヒータよりフィルタへと流れるよう
   にした逆流再生方式のディーゼルパティキュレート浄化
   装置であって、上記ヒータとフィルタとの間に、多数の
   細孔を有する伝熱板を介挿し、さらに該伝熱板の上記碍
   子近傍に位置する細孔を、その軸線が碍子に対向するフ
   ィルタ部分を指向するべく傾斜形成したことを特徴とす
   るディーゼルパティキュレート浄化装置。