JPS62206213A - 排気微粒子捕集装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はディーゼルエンジンなどの排気系に設置され、
排気ガス中に含まれる微粒子（パティキュレート）を捕
集するフィルタを有し、かつこのフィルタに捕獲された
微粒子を加熱燃焼させて該フィルタを再生するヒータを
備えた排気微粒子捕集装置に関する。

〔従来の技術〕

ディーゼルエンジンなどで排気を浄化するため、排気ガ
ス中に含まれる炭素等の微粒子を捕集する排気微粒子捕
集装置を備えたものがあり、このものは、排ガス通路を
形成するハウジング内に発泡セラミックスなどからなる
フィルタを設け、このフィルタにて微粒子を捕獲するよ
うになっている。

フィルタに捕獲された微粒子はこれが堆積するとフィル
タに目詰まりを起して捕集機能が低下するので、フィル
タの上流側にヒータを設け、このヒータにより微粒子を
燃焼させ、いわゆるフィルタの再生を行なっている。

上記ヒータで微粒子を燃焼させる場合、フィルタの上流
側全面を同時に加熱しようとすると、消費電力が大きく
なり、燃焼効率もよくない。

このため、「特開昭５７−１７１０１５号」に開示され
ているように、フィルタの上流側に該フィルタの排ガス
導入部における周方向の一部を覆ってこの覆い部分だけ
を加熱するヒータを設け、このヒータを間欠回動させる
ことにより上記フィルタの上流側を順次加熱し、これに
よりフィルタに捕集された微粒子を燃焼させてフィルタ
を再生するようにした排気微粒子捕集装置が提案されて
いる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記公報に示されたものは、ヒータを保
持する保持部材が常時フィルタの上流側の面に接触して
おり、したがってヒータの回動時には保持部材がフィル
タと摺接する構造になっている。このため、ヒータを回
動するのに保持部材とフィルタの摺接抵抗に打ち勝つ駆
動力が必要となり、大きな力を要求される。

また、保持部材が常にフィルタの上流側の面に接触して
いると、この接触部のフィルタの捕集機能が損われるも
しくは低下し、全体的に捕集能力の低下を招く。

さらには、ヒータを間欠回動させるにはその回動角度を
制御しなければならず、この制御手段が複雑になる傾向
がある。

このようなことから、上記公報のものは、消費電力の低
減および燃焼効率の向上が可能になっても、駆動系やそ
の制御系でのデメリットを残しており、総合的に有利と
は言えないものである。

本発明は、ヒータの間欠回動駆動系を改良し、駆動力が
小さくて済み、フィルタの捕集機能を損うことがないと
ともに、間欠回動角度を規制するための格別複雑な制御
手段を必要としない排気微粒子捕集装置を提供しようと
するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、ヒータをシャフトを介して流体圧アクチュエ
ータに連結するとともに、このシャフトに上記ヒータが
フィルタの上流側の面から離間する方向に付勢するスプ
リングを設け、かつ上記シャフトおよびこのシャフトを
摺動自在に支持する部材のいづれか一方にカムおよび他
方にカムフォロアを設け、上記アクチュエータの作動に
よりシャフトを軸方向に移動させて上記ヒータを前記フ
ィルタに接離させるとともに、上記シャフトの軸方向移
動に伴い上記カムとカムフォロアによりこのシャフトお
よび前記ヒータを間欠回動させることを特徴とする。

〔作用〕

本発明によれば、アクチュエータの作動によりシャフト
をスプリングの付勢力に抗して軸方向に移動させ、ると
上記ヒータがフィルタに接近され、しかもこの際上記シ
ャフトの軸方向移動に伴い上記カムとカムフォロアによ
りこのシャフトおよび前記ヒータが間欠回動されるので
、ヒータにてフィルタの微粒子を燃焼させるときだけヒ
ータがフィルタに接触する。したがって、ヒータを間欠
回動させる場合にヒータがフィルタから離れているから
間欠回動の駆動力を大きく必要とせず、しかも微粒子を
燃焼させるとき以外はヒータがフィルタから離れている
のでフィルタの微粒子捕集面積つ（大きくなって捕集能
力が大きくなる。さらに、シャフトの軸方、自移動に伴
い上記カムとカムフォロアによりこのシャフトおよび前
記ヒータが間欠回動されるので、カムの形状によって回
動角を設定することができ、格別複雑な制御手段を必要
とせず、かつヒータの接離駆動と回動駆動が単一のアク
チュエータによって行なえるから構成が簡単になる。

【発明の実施例〕

以下本発明について、第１図ないし第４図に示す一実施
例にもとづき説明する。

本実施例はディーゼルエンジンに使用される排気微粒子
捕集装置につき説明するもので、まず第３図および第４
図により全体の構成を説明する。

図においてｌは排ガス通路を構成するハウジングであり
、このハウジングｌは図示しないエンジンの排気管に接
続される排ガス導入ケース２と、フィルタケース３とを
連結して構成しである。フィルタケース３は下流端に排
ガス導出管４を一体に備えており、内部にはフィルタ５
を収容している。

フィルタ５はセラミック製であり、例えば発泡セラミッ
クスまたはハニカム構造のセラミックスよりなり、上流
端側の排ガス導入部と下流端側の排ガス導出部とが図示
しない内部で導通されて排ガスの通過が可能になってい
る。このフィルタ５は、全体として円柱形に形成され、
上記フィルタケース３に断熱クッション材６および断熱
シール材７を介して嵌挿されている。

このようなフ斗ルタ５の上流端側排ガス導入部に対向し
て前記排ガス導入ケース２内にはヒータ８が設けられて
いる。このヒータ８はヒータ保持プレート９に取付けら
れており、フィルタ５の上流端側端面に対向されている
。上記ヒータ保持プレート９は上記フィルタ５のほぼ半
径に相当する長さを有しており、ヒータ８のフィルタ５
対向面とは背向する面側を覆っている。なお、ヒータ自
身はセラミックヒータまたはニクロム線ヒータやコイル
ヒータ等の電熱性のものであれば、どのようなものであ
ってもよい。

上記ヒータ保持プレート９は第１図および第２図に詳し
く示す、駆動系により作動されるようになっており、以
下これについて説明する。

前記排ガス導入ケース２には、上記フィルタ５の軸線上
に位置して、本発明のシャフト支持部材に相当するスプ
リングケースｌＯが連結されており、このスプリングケ
ース１０にはシャフト１１が同軸状に挿通されている。

なお、スプリングケース１０の外周面には放熱フィン１
２・・・が形成されている。

このスプリングケース１０にはベローズケース１３が連
結されており、このベローズケース１３はケース本体１
４とカバー１５とで構成されている。ベローズケース１
３には、流体圧アクチュエータを構成する円筒形ベロー
ズ１８．１７が同心をなして収容されている。円筒形ベ
ローズ１８．１７の図示下端は上記ケース本体１４の底
面に気密に連結されているとともに、上端は閉塞プレー
ト１８に気密に連結されている。したがって、円筒形ベ
ローズ１Ｂ、　１７とケース本体１４の底面および閉塞
プレート１８にて囲まれた空間は作動室１９をなし、こ
の作動室１９には詳図しないが負圧が導入されるように
なっており、この負圧の導入によってベローズ１８．１
７が縮み、閉塞プレート１８が軸方向に作動される。

閉塞プレート１８には絶縁ワッシャ２０．２０を介して
電極金具２１が固定されており、この電極金具２１の上
端には給電端子２２が連結されている。なお、給電端子
２２はコード２３により電源に接続される。

また、電極金具２１は絶縁管２４ａで覆われ、給電端子
２２も絶縁チューブ２４ｂで覆われている。そして、こ
れら電極金具２１．給電端子２２、絶縁管２４ａよび絶
縁チューブ２４ｂは、ベローズケース１３のカバー１５
を遊貫しており、閉塞プレート１８と一体的に軸方向へ
作動される。

電極金具２１の下端には導電材料よりなるボール２５を
介して導電材料よりなる連結金具２Ｂの上端が押し当て
られており、この連結金具２Ｂの下端はシャフト１１の
上端に連結されている。

シャフト１１は、円筒軸２７と、この円筒軸２フ内に同
軸上に挿通された導電軸２８とで２重軸構造をなしてお
り、導電軸２８は円筒軸２７に対して間隙を保つことに
より絶縁されている。

導電軸２Ｂの上端は上記連結金具２Ｂに連結されている
とともに、円筒軸２７の上端も、後述するカム３０およ
び絶縁スペーサ２９を介して上記連結金具２Ｂに連結さ
れている。

導電軸２８の下端は絶縁ホルダー３１を介して円筒軸２
７の下端に支持されているとともに、この導電軸２８の
他端は前記ヒータ８に電気的に接続されている。また円
筒軸２７の下端はヒータ保持プレート９の一端に連結さ
れている。

上記円筒軸２７の一端と絶縁スペーサ２９の間に設けら
れたカム３０は円筒形をなし、その外周面には第２図に
示すようなカム溝３２を備えている。カム溝３２の両内
壁面にはそれぞれ波形、つまり複数の凹と凸を周方向に
交互に形成したカム面３２ａ。

３２ｂが形成されている。それぞれのカム面３２ａ。

３２ｂにおける凹凸は周方向に同等ピ・ソチで形成され
ているが、一方のカム面３２ａと他方のカム面３２ｂと
では、そのピッチが互いに半分より若干多めにずれてい
る。

このような円筒カム３０のカム溝３２にはカムフォロア
３３．３３が摺動可能に挿入されている。これらカムフ
ォロア３３．８３は支持軸３４．３４およびナツト３５
、３５により前記スプリングケースｌＯに固定されてい
る。

スプリングケースｌＯにはスプリング３６が収容されて
おり、このスプリング３６の上端はスラスト軸受３７を
介して円筒カム３０に当接しており、下端はスプリング
ケースＩＯの底面に当たっている。そしてこのスプリン
グ３Ｂは、円筒カム３０を上向きに押圧付勢しており、
よってシャフト１１も上向きに押圧されている。このた
め、ヒータ８はフィルタ５から離れる方向に付勢されて
いる。

このような構成による実施例の作用を説明する。

例えばエンジンの一定積算回転数の後、または車両の一
定走行距離の後あるいは排ガ圧力が一定値以上になった
時などを検出して、円筒形ベロ一ズ１８．１７で囲まれ
た作動室１９に負圧を導入する。

すると、ベローズ１６．１７が縮むから、閉塞プレート
１８が第１図の下方向に作動され、電極金具２１下向き
に移動する。この電極金具２１はボール２５を介して連
結金具２Ｇを押し下げ、よってシャフト１１がスプリン
グ３Ｂの押圧力に抗して押し下げられる。

シャフト１１を構成している円筒軸２７および導電軸２
８の下降により、ヒータ保持プレート９およびヒータ８
が下向きに移動され、これは第３図においてフィルタ５
の上流端側排ガス導入部に接近することになるから、こ
れらヒータ８およびヒータ保持プレート９はフィルタ５
の排ガス導入部に接し、よってここを覆う。

この時、電源よりコード２３に通電がなされ、給電端子
２２、電極金具２１、ボール２５、連結金具２Ｇおよび
導電軸２８を通じてヒータ８への通電が開始される。よ
ってヒータ８が発熱し、このヒータ８で覆った上記フィ
ルタ５の排ガス導入部を加熱し、ここに捕集されている
微粒子を燃焼させる。フィルタ５の排ガス導入部で微粒
子の燃焼が始まると、この燃焼は微粒子自身の燃焼熱に
よってフィルタ５の排ガス導出部まで進行し、したがっ
て上記ヒータ８で覆われた領域の軸方向部分の微粒子の
浄化がなされる。　ところで、上記シャフト１１が第１
図で下向きに移動する時、円筒軸２７の一端と絶縁スペ
ーサ２９の間に設けられたカム３０も一体に下降される
。この下降の際、第２図（Ｂ）に示すように、円筒カム
３０に形成したカム溝３２の上面側カム面３２ｂがカム
フォロア３３．３３に摺接し、この上面側カム面３２ｂ
の波形形状に応じて円筒カム３０とカムフォロアＨ，３
３が軸方向および周方向に相対的に変位する。カムフォ
ロア３３．３３はスプリングケース１０に固定されてい
るので、円筒カム３０が軸方向および周方向に変位する
ことになり、したがってシャフト１０は前記下降と同時
に周方向へ回動し、ヒータ８およびヒータ保持プレート
９もフィルタ５に接近つつ周方向へ回動されることにな
る。

第２図（Ｃ）に示すように、円筒カム３０の上面側カム
面３２ｂにおける凹部にカムフォロア３３．３３が達す
ると、円筒カム３０は回動を停止し、この状態で軸方向
に移動され、ヒータ８およびヒータ保持プレート９もフ
ィルタ５に接触させる。

前記ヒータ８によるフィルタ５の微粒子燃焼が終わると
、通電が停止されるとともに、作動室１９の負圧が大気
に開放される。すると、シャフト１１、がスプリング３
６の押圧力を受けて上昇復帰し、これにより連結金具２
Ｂが押し上げられ、ボール２５を介して電極金具２１お
よび閉塞プレート１８も押し上げられるのでベローズ１
８．１７が伸長復帰する。

また、同時にヒータ保持プレート９およびヒータ８が上
向きに移動され、これは第３図においてヒータ保持プレ
ート９およびヒータ８がフィルタ５の上流端側排ガス導
入部から離れることになる。

しかして、−り記シャフト１１が第１図で上向きに復帰
する時、カム３０も一体に上昇し、この際、第２図（Ｄ
）に示すように、円筒カム３０に形成したカム溝３２の
下面側カム面３２ａがカムフォロア３３゜３３に摺接す
る。したがって、この下面側カム面３２ａの波形形状に
応じて円筒カム３０とカムフォロア３３、３３が軸方向
および周方向に相対的に変位し、結局円筒カム３０が軸
方向および周方向に変位することになり、したがってシ
ャフトＩＯは上昇と同時に周方向へ回動し、ヒータ８お
よびヒータ保持プレート９もフィルタ５から遠ざかりつ
つ回動されることになる。

第２図（Ｅ）に示すように、円筒カム３０の下面側カム
面３２ａにおける凹部にカムフォロア３１．３３が達す
ると、円筒カム３０は回動を停止し、この状態で軸方向
に移動され、ヒータ８およびヒータ保持プレート９もフ
ィルタ５から離間する。

そして、一方のカム面３２ａと他方のカム面３２ｂとで
は、そのピッチが互いに半分より若干多めにずれている
ため、シャフト１１が下降する際の回動運動と、上昇復
帰する時の回動運動は同方向となり、したがってシャフ
ト１１が１回往復動さ゛れる毎にヒータ８およびヒータ
保持部材９は同方向への所定角の間欠回動、つまり上記
下降時の回動角と上昇復帰時の回動角の和に相当する分
だけ回動されることになる。

このような作用によりヒータ８およびヒータ保持部材９
は間欠回動されるから、フィルタ５の排ガス導入部を順
次加熱することになり、軸方向へ所定回数を往復すれば
排ガス導入部を１巡して加熱し、微粒子の燃焼を行うこ
とになる。

したがって上記の実施例によれば、ヒータ８にてフィル
タ５の微粒子を燃焼させるときだけヒータ８がフィルタ
５に接触し、ヒータ８を間欠回動させる場合にヒータ８
はフィルタ５から離れているので間欠回動の駆動力を大
きく必要としない。

しかも微粒子を燃焼させるとき以外はヒータ８がフィル
タ５から離れていることにより、フィルタ５の排ガス導
入部を塞がないからフィルタ５の微粒子捕集面積が大き
くなって捕集能力が大きくなる。

また、シャフト１１の軸方向移動に伴いカム３０とカム
フォロア３３によりこのシャフト１１およびヒータ８が
間欠回動されるので、カム面３２ａ　、　３２ｂの形状
によって回動角を設定することができ、格別複雑な制御
手段を必要とせず、かつヒータ８の接離駆動と回動駆動
が単一のベローズ型アクチュエータによって行なえるか
ら構成が簡単になる。

なお、ヒータ８のフィルタ５に対する背向面をヒータ保
持プレート９で覆っであるので、微粒子を燃焼させると
きヒータ８および燃焼される微粒子に排ガスが当たらず
、加熱温度の上昇が早くなる。

また、シャフトｌｌの回動停止は、カムフォロア３３、
３３が円筒カム３０の上面側カム面３２ｂにおける山部
および下面側カム面３２ａにおける凹部に達した時にな
されるから、停止位置が高精度に定まり、途中で止まる
ことがない。

上記第１の実施例では流体圧アクチュエータとしてベロ
ーズｔｅ、　ｔ’ｒを用いた場合について説明したが、
本発明はこれに制約されるものではない。

すなわち、第５図は本発明の第２の実施例を示すもので
、このものは流体圧アクチュエータとしてエアーシリン
ダを用いた場合を示す。図において５０は、本発明のシ
ャフト支持部材に該当するカムケース、５１は同じくシ
ャフト支持部材に該当するシリンダである。シリンダ５
１内にはピストン５２が摺動自在に収容されており、こ
のピストン５２はスラスト軸受３７．ばね受は座５３を
介してスプリング３Ｂにより図示上向きに押圧付勢され
ている。

ピストン５２に連結された中空ロッド５４、この中空ロ
ッド５４と連結された円筒軸２７およびこれら中空ロッ
ド５４と円筒軸２フ内を挿通された導電軸２８がシャフ
ト１１を構成しており、カムケース５０内を貫通する上
記円筒軸２７に円筒カム３０が固定されている。この円
筒カム３０は前記第１実施例と同様な構造であってよく
、カム溝３２には、カムケース５０に固定されたカムフ
ォロア３３・・・が摺動自在に嵌挿されている。

ピストン５２よりも上部に位置するシリンダ５１内は圧
力室５５と成っており、図示しないコンプレッサーから
供給される圧力エアーがバイブにより導入孔５６を通じ
て供給される。

導電軸２８の上端には絶縁体５７を介してターミナル５
８が取付けられており、このターミナル５Ｂには、電源
に接続されたブラシ５９が摺接されている。

導電軸２８の下端は、円筒軸２７の下端にヒータ保持プ
レート９を介して支持されたヒータ８に接続されている
。

このような構成のものは、圧力室５５に高圧エアーを導
入すると、ピストン５２がスプリング３Ｂの付勢力に抗
して下降され、中空ロッド５４、円筒軸２７および導電
軸２８で構成されたシャフトｌｌ全体が下降するからヒ
ータ８をフィルタ５に接近させることができ、このとき
円筒カム３０とカムフォロア３３・・・に作用によりシ
ャフト１１全体を回動させるのでヒータ８も回動される
。以下、前記第１実施例と同様の作動をなす。

なお、第５図に示した第２の実施例で、圧力室５５に高
圧エアーを導入する代わりにスプリング３Ｂを収容した
部屋に負圧を導入するようにしてもよい。

また、各実施例ではシャフトｌｌ側に円筒カム３０を取
着し、非移動部材としてのスプリングケース１０やカム
ケース５０にカムフォロア３３を取着するようにしたが
、本発明は、逆に、シャフト１１側にカムフォロア３３
を取着するとともに、非移動部材側に内面カムなどを取
付けるようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、アクチュエータの
作動によりシャフトをスプリングの付勢力に抗して軸方
向に移動させるとヒータがフィルタに接近され、しかも
この際上記シャフトの軸方向移動に伴いカムとカムフォ
ロアによりこのシャフトおよびヒータが間欠回動される
ので、ヒータにてフィルタの微粒子を燃焼させるときだ
けヒータがフィルタに接触する。したがって、ヒータを
間欠′回動させる場合にヒータがフィルタから離れてい
るから間欠回動の駆動力を大きく必要とせず、しかも微
粒子を燃焼させるとき以外はヒータがフィルタから離れ
ているのでフィルタの微粒子捕集面積が大きくなって捕
集能力が大きくなる。さらに、シャフトの軸方向移動に
伴い上記カムとカムフォロアによりこのシャフトおよび
前記ヒータが間欠回動されるので、カムの形状によって
回動角を設定することができ、格別複雑な制御手段を必
要とせず、かつヒータの接離駆動と回動駆動が単一のア
クチュエータによって行なえるから構成が簡単になる。

このようなことから、ヒータを間欠回動させることによ
り生じる本来のメリット、すなわち消費電力の低減およ
び燃焼効率の向上の有利さを保ちつつ、間欠回動駆動系
が簡素化し、実用段階での効果が大きくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の第１の実施例を示し、第
１図は第３図における要部の拡大断面図、第２図（Ａ）
ないしくＥ）はカムとカムフォロアとの作動を説明する
ための図、第３図は微粒子捕集装置全体の断面図、第４
図は第３図中ＩＶ−ＩＶ線の矢視図である。第５図は本
発明の第２の実施例を示す断面図である。 ｌ・・・ハウジング、２・・・排ガス導入ケース、３・
・・フィルタケース、５・・・フィルタ、８・・・ヒー
タ、９・・・ヒータ保持プレート、ｌＯ・・・スプリン
グケース（シャフト支持部材）　、１１・・・シャフト
、１７．１８・・・ベローズ（流体圧アクチュエータ）
、２７・・・円筒軸（シャフト）、２８・・・導電軸（
シャフト）、３０・・・円筒カム、３２・・・カム溝、
３２ａ　、　３２ｂ・・・カム面、３３・・・カムフォ
ロア、３Ｇ・・・スプリング、５０・・・カムケース（
シャフト支持部材）、５１・・・シリンダ（流体圧アク
チェエータ）、５２・・・ピストン（流体圧アクチュエ
ータ）、５４・・・ピストンロッド（シャフト）。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 （Ａ）　　　　　　　　　　　　　　（Ｂ）器 （Ｃ） ｍ　ｌ　ム 纂　４　因

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 排ガス通路を形成するハウジング内に、排ガス中の微粒
   子を捕集するフィルタを設置し、このフィルタの上流側
   に、該フィルタの排ガス導入部における周方向の一部を
   覆ってこの部分を加熱するヒータを設け、このヒータを
   間欠回動させることにより上記フィルタの上流側を順次
   加熱しこのフィルタに捕集された微粒子を燃焼させて該
   フィルタを再生する排気微粒子捕集装置において、上記
   ヒータをシャフトを介して流体圧アクチュエータに連結
   するとともに、このシャフトに上記ヒータが前記フィル
   タから離間する方向に付勢するスプリングを設け、かつ
   上記シャフトおよびこのシャフトを摺動自在に支持する
   部材のいづれか一方にカムおよび他方にカムフォロアを
   設け、上記アクチュエータの作動によりシャフトを軸方
   向に移動させて上記ヒータを前記フィルタに接離させる
   とともに、上記シャフトの軸方向移動に伴い上記カムと
   カムフォロアによりこのシャフトおよび前記ヒータを間
   欠回動させることを特徴とする排気微粒子捕集装置。