JPS58210310A - 内燃機関のカ−ボン微粒子浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関の排気ガス中に含まれるカーボン微粒
子を捕集するとともに、捕集し九轍粒子を燃焼除去する
内燃機関のカーボン微粒子浄化装置に関する４のである
。

近年、燃費性能が良いことから、ディーゼル機関が車両
用機関として使用されるようになっテキたが、ガソリン
機関に比べて多量のカーボン微粒子、いわゆるス毛−り
を徘串するため、このスモークの排出量を低減するに有
効な微粒子浄化装置が要求されている。

従来、この種の装置としては機関の排気ガス通路に設置
された耐熱性を有するフィルタ部材、例えば多孔性のセ
フミックあるいはメタルファイバーよりなるフィルタ部
材と、このフイμり部材の排気ガス流入１１４１Ｉ端面
またはその近傍に設置され、フィルタ部材で捕集された
カーボン童　゛粒子を加熱着火せしめると同時にフィル
タ部材を再生する電気ヒータを具備する装置が知られて
いる。

上記１気ヒータは、フィルタ部材の流入側端面部に捕集
された微粒子に着火する作用をなし、火炎が後流へ伝播
されることによ抄、フイ〃り部材全体に捕集されたカー
ボン微粒子が燃焼除去されるのであるが、排気ガスの温
度がカーボン微粒子の着火温度よシ低く、かつ排気ガス
流量が多い場合には、電気ヒータの発熱体の発生する熱
が排気ガスに奪われて、微粒子への着火が不帷実になる
という問題があった。

そこで、フイμり部材の外生時には排気ガスをバイパス
路に流したり、あるいは上記微粒子浄化装置を並列に２
組設けて、一方の再生時は他方を倣粒子捕集のだめに使
用するといった手段がとられている。しかしながら、前
者の場合にはフィルタ弓生中に未浄化の排気ガスがバイ
パス路より放出されることになり、また後者の場合には
コストアップおよびＮ電アップとなる。

また両者共に排気ガス分岐用パルプが必要となる等構成
が複雑となる。

本発明は上記の如きバイパス路を設けたシ、浄化装置を
並設することなく、少ない電力消費で確実にフィルタ部
材に捕集された微粒子を着火せしめるとともに、フィル
タ部材全体の微粒子を燃焼除去することができるカーボ
ン微粒子浄化装置を提供することを目的とするものであ
る。

すなわち、本発明の浄化装置は耐熱性のフィルタ部材と
、フィルタ部材の排気ガス流入側の端面に設けたフィル
タ再生用ヒータと、該ヒータに自室するための通電手段
を有する。ヒータは、電力密度が異なる少くとも２種類
の１１Ｌ気抵抗発熱体を、フイＶり部材の上記端面全面
に、はぼ均一に分イｔＪするように設置しである。そし
て、通電手段はフィルタ再生時、発熱体のうちのト起電
力密度最大のものからｊｌ！ｉ電を開始するように設定
しである。

本発明によれば、まず電力密度最大の発熱体に接するフ
ィルタ端面部の捕集カーボン微粒子が先ず着火されて、
その後流側へ火炎が伝播して後流抑１のフィルタ部が丹
生される。

従って再生部に排気ガスの多くが流通して、他の部分の
流量が少くなる。次に他の発熱体に通電がなされるが、
排気ガス流量が少ないことにより、排気ガスによる冷却
作用が少なく、補集微粒子は容易に着火燃焼し、フィル
タ部材全体の微粒子が燃焼除去され、フィルタ部材の再
生がなされるのである。

以下、図示の実施例によって本発明を説明する。

第１図において、ｌは内燃機関、２は排気管、３は本発
明になるフィルタ再生用ヒータを具備した微粒子浄化装
置であって、装ｇ１３は排気管２の途中に介設される。

装置３は容ｉ４、その中に収納したフィルタ部材５およ
び該部材５の排気ガス流入側端面に設けたフィルタ再生
用電気ヒータ６を具備する。上記フイμり部材５はコー
ジェライト、アルミナ等の耐熱性セラミックでできてお
り、排気ガスが流通する多数の通気孔を有する発泡体あ
るいはハニカム構造体である。

容器番には、フィルタ部材５の排気ガス上流側および下
流側の差圧を検知するための差圧センサ１０が設けであ
る。センサ１ｏは制御装置９を介してリレー７に接続さ
れている。電気ヒータ６はリレー７を介してバッテリ８
に接続されている。

微粒子を含む排気ガスがフィルタ部材５を通過するに伴
ない、これ等に微粒子が捕集される。

捕集が進むにつれて、フィルタ部材５０通気抵抗が次第
に上昇し、フィルタ部材５の前後の差圧が増す。差止が
所定値に達して差圧センサ１０に検知されると、制御装
置９からの慣号でリレー７がオンとなり、電気ヒータ６
にバッテリ８から通電される。そして、電気ヒータ６の
発熱により、フィルタ部材５の上流側端面近くに捕集さ
れた微粒子が加熱され、燃焼を開始する。

そして納焼熱がフィルタ部材５に捕集されている下流側
の微粒子に伝播して捕集微粒子全体が燃焼浄化される。

なお、旧記差圧はエンジンの回転似により変動するので
、回転数センサ１１を制御装ｒｉ９に接続して、回転数
の影豐を消去した１６号をリレー７に送るようにすれば
、より正確に倣粒子椎積度に応じて電気ヒータ６を作用
させることができる。

第２図は本発明の第１の実施例を示すもので、フィルタ
部材５の排気ガス流入側端間には、電気ヒータ６が設け
である。電気ヒータ６はニクロム線の６個の電気抵抗発
熱体６１ａ、６１ｂ。

６１（，１６１（１１６１ｅ、６１ｆで栴成されており
、端面全体にほぼ均一に分布している。上記発熱体６１
ａ〜６１ｆは無＠接着剤にてフィルタ部材５０端而に固
着しである。各発熱体６１ａ〜６１ｆは同一線径、同一
線長であって、波形に形成されており、発熱体６　’１
　ｂ〜６１ｆはその波の高さ、間隔が同一にしである。

発熱体６１ａは発熱体ａｘｂ〜６１ｆに比べると、波の
高さは同じで、その間隔ははるかに暫に形成しである。

したがって、発熱体６１ａがフィルタ部材５の端面で占
有する圓積は、発熱体６１ｂ〜６１ｆに比べると、はる
かに小さくなっている。これらの発熱体６Ｘａ〜６１ｆ
は、リレー７（第１図）を介して、並列にバッテリ８（
第１図）に接続されている。

すなわち、リレーマは６個の接点（図示せず）を有し、
各接点の一端は上記バッテリ８に、他端はそれぞれ上記
発熱体に接続されている。これらの接点は制御装置９か
らの信号で順次、１定時間オンするようになっており、
最初にオンになる接点には発熱体６１ａが接続され、順
次発熱体６１ｂ〜６１ｆが他の接点にそれぞれ接続され
ている。

内Ｐ機関１（第１図）からの排気ガスがフィルタ部材５
を流通して、微粒子が堆積すると、フィルタ部材５の前
後の差圧が増す。差圧が所定値に通して差圧センサ１０
に検知されると、制御装置９からの信号で、リレー７の
発熱体６１ａｌＣ接続された接点がオンになり、発熱体
ａｉａが発熱する。この発熱体６１ａは密に配設されて
いるから、フィルタ部材５への投入電力密度が大きく、
したがって排気ガスのＩＭＬ度が低くかつ流量が多い場
合でも、フィルタ部材５の流入側端面に捕集され九微粒
子に谷酷に肩入できる。火炎は排気ガス流によって後流
側へ伝播し、この結果、発熱体６１ａの後流側のフィル
タ部材には、後流側はど径が大きくなったは。

ぼ円すい台状の再生部ができる。この再生部は流通抵抗
が小さいから、排気ガスはほとんどこの部分を流れ、他
の未再生部の流１ｉは小さくなる。

リレー７により順次、電力密度の小さな発熱体ａｌｂ〜
ａｘｆに通電されるが、これらを通過する排気ガス流量
は小さいから、発熱体６１ｂ〜６１ｆの発生する熱はほ
とんど奪われることなく、有効に捕集機粒子に作用して
、確実に着火せしめる。火炎は後流へと燃え広がって、
捕集された微粒子は燃焼浄化され、フィルり部材全体が
再生される。

以上の如く、本発明においてはフイｙり部材の排気ガス
流入側端面に設けた複数の発熱体のうち、フィルタ部材
端面に投入される電力密度が最も大きくなるように形成
した発熱体によって、低温かつ大流量の排気ガスが通過
するフィルタ部材をまず部分的に再生するようにしたの
で、他の電力密度の小さい発熱体によっても、残る未再
生部の再生が容易に行なえるようになった。したがって
フィルタの再生に必要な電力が少なくて済む。さらに切
替パルプ、バイパスパルプ、バイパス管等を不要とした
ので、構造も極めて簡単である。

第３図は本発明の第２の実施例を示すもので、フィルタ
部材６の端面に形成された６個の発熱体６１ａ〜６１ｆ
は全て同一線径、同一形状であるが、発熱体６１ａのみ
抵抗の小さい白金でできており、他の発熱体６１ｂ〜６
１ｆは全てニクロム線である。発熱体６１ａは抵抗が小
さいため、発生電力が大きく、フィルタ部材への投入電
力密度が大きい。したがって、発熱体６１ａ〜６１ｆに
順次通電すれば第１の実施例と同一の効果を生む。

第４図は本発明の第３の実施例を示すものである。フィ
ルタ部材５の端面に形成された６個の発熱体６１ａ〜６
１ｆは全て同一形状のニクロム線であるが、発熱体６１
ａのみ線径を太くしである。線径の太い発熱体６１ａは
抵抗が小さいため、発生電力が大きく、投入電力密度が
大きい。し九がって発熱体６１ａ〜６１ｆに順次通電す
れば第１の実施例と同一の効果を生む。

第５図は本発明の第４の実施例を示すもので、フイμり
部材５の端面に形成された６個の発熱体６ｍａ〜６１ｆ
は全て同一′線径のニクロム線であるが、発熱体ｅ１ｅ
−のみ波形の山の数が少なく、線長が短かい。したがっ
て、発熱体６１ａの抵抗は小さいから、投入電力密度が
大きく、発熱体６１ａ〜ａｘｆに順次通電すれば＠ｌの
実施例と同一の効果を生む。

第６図は本弁明の第５の実施例を示すもので、フィルタ
部材５の端面に形成された６個の発熱体６１ａ〜ｅ１ｆ
は全て同−Ｍ径、同一形状のニクロム線であるが、発熱
体６１ａを除く他の発熱体６１ｂ〜６１ｆには直列に抵
抗６２が接続してあり、発熱体６１ｂ〜６１ｆへの印加
電圧が低くしである。したがって、抵抗６２による電圧
低トのない発熱体６１ａが鯉も電力密度が大きいから、
発熱体６１ａ〜６１　ｆＫ顯次通電すれば第１の実施例
と同一の効果を生む。

第９図は本発明の第６の実施例を示すもので、フィルタ
部材５の排気ガス流入＠端面には、同一幅の薄膜状の抵
抗発熱体６１ａ、　６１　ｂ１６１０．６１ａ′％　６
１ｂ’、６１　Ｑ’カ同同量間隔平行に形成され、各発
熱体６．１ａ〜６１０．６１ａ′〜６１０の両端部には
、通電用端子６３が設けである。周辺部の発熱体６１ａ
、６１ａは短かいため、抵抗が小さく、したがって、発
生電力が大きいため、投入電力密度本大きい。フィルタ
部材５の再生時には電力密度の大きい発熱体６１ａ、６
１ａから通電し、順次発熱体６１ｂ。

６１ｂ、発熱体６１０，６１０の頓に通電すれば、第１
の実施例と同一の効果を生む。

采発明は以とのような構成であるので、電力密度最大の
発熱体にまず通電して、フィルタ部材の、この発熱体に
続く部分を燃焼再生し、排気ガスの大部分をこの再生部
に流す。これによ妙、他の未再生部の流量は小さくなる
から、電力密度の小さいに熱揮で九分丹生ができ、総じ
て少ない電力で、ニア・ｆルタ品材の完全な再生ができ
る。また切替バルブ、バイパスバルブ、バイパス管等を
不要としたので、構造も極めて簡単となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる再生用ヒータを具備した微粒子浄
化装置を排気管に介設した内燃機関の排気系の構成図、
第２図ないし第７因はそれぞね本発明の第１ないし第６
の実施例を示す発熱体の配置図である。 ｌ・・・・・・内炉機関 ２・・・・・・排９Ｋｆ ３・・・・・・微粒子浄化装置 ５　・・・フイ〜り部材 ６・・・・・・フィルタ再生用ｗＬ或φ−タロ１ａ、６
１１）、６１０！、６１ｄ、６１ｅ、６１ｆ、６１ａ１
６’ｌｂ、６１０・・・・・電気抵抗発熱体７・・・・
リレー ８・・・・バツテリ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 排気ガス中のカーボン微粒子を捕集するために内燃機関
   の排気ガス通路に設置したフィルタ部材と、該フイｐり
   部材に捕集された像粒子會燃焼除去してフィルり部材を
   再生するためにフィルタ部材にイ・」設したフィルり再
   生用ヒータと、該書生用ヒータに通電するための通電手
   段とを具備する内燃機関の力〜ポン像粒子浄化装置にお
   いて、フィルタ再生用ヒータとして、フィルタ部材の排
   気ガス流入側端面に、電力密度が異なる少くとも２櫨類
   の電気抵抗発熱体を、端面全面にほぼ均一に分布するよ
   うに設置するとともに上記通電手段による各発熱体への
   通電開始順序を、投入電力密度最大の発熱体を最先に設
   定したことを特徴とする、内燃機関のカーボン微粒子浄
   化装置。