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JP2819569B2 - 排気浄化用フイルタ装置 - Google Patents

排気浄化用フイルタ装置

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JP2819569B2
JP2819569B2 JP27473688A JP27473688A JP2819569B2 JP 2819569 B2 JP2819569 B2 JP 2819569B2 JP 27473688 A JP27473688 A JP 27473688A JP 27473688 A JP27473688 A JP 27473688A JP 2819569 B2 JP2819569 B2 JP 2819569B2
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JP
Japan
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temperature
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heater
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実 新井
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Isuzu Motors Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

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  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、ディーゼル機関における、排気中のカーボ
ン粒子等の未燃焼物であるパテイキュレートを除去する
ための、排気浄化用フィルタ装置に関するものである。
[従来の技術] 従来、ディーゼル機関における排気中のカーボン粒子
等の未燃焼物であるパティキュレートを除去するため、
セラミック製フィルタ部材1を、第7図の如きディーゼ
ル機関2の排気管系3の途中に設けたハウジング4に内
装して排気浄化用フィルタとし、これによりパティキュ
レートを捕集して、これをバーナ5または電気ヒータ等
の燃焼装置で加熱し、燃焼せしめることは公知である。
この場合、従来のセラミック製フィルタ部材1は第7
図に示すように、多孔質薄壁6により仕切られた多数の
通路7、7′、…を互いに平行に形成するとともに、相
隣接するガス通路7、7′、…の入口側と出口側とを交
互に、いずれも同一厚さの目封じ材8により閉塞したも
のである。
内燃機関2を運転したとき、排気は入口側の開いたガ
ス通路7から入って多孔質薄壁6を通過して(このとき
前記薄壁6によってあるパティキュレートが捕集され
る)隣接するガス通路7′に進入し、その開いている出
口側から排出される。
そして、捕集されたパティキュレートが前記ガス通路
7,7′の多孔質薄壁6の全面に付着し、セラミック製フ
ィルタ部材1のパティキュレート捕集能力が低下したと
きは、バーナ5により前記フィルタ部材1の前面を高温
で加熱して前記多孔質薄壁6に付着したパティキュレー
トを燃焼させ、前記フィルタ部材1の捕集能力の再生を
行うのである。
[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、前記バーナ5によりセラミック製のフ
ィルタ部材1の前面を加熱した場合、バーナ5の火焔が
大きく広がらないため、前記フィルタ部材1の前面中心
部では強く加熱されるが、周縁部では加熱が弱いことか
ら、前記フィルタ部材1の中心部が高温となり、周縁部
が低温となる。
また、ガス流が図示例の場合、フィルタ部材1の左か
ら右に流れることから、前記フィルタ部材1の入口側か
ら出口側に向かって順次温度が上昇する。
さらに、ガス流の前記の如き流れは、前記ハウジング
4の前後端が絞られていることから、第8図に示すよう
に、中心部で早く周縁部で遅くなり、これによって、前
記フィルタ部材1の内部における燃焼も中心部が周縁部
より早く進行し、中心部の温度を高める。
また、周縁部では、ハウジング4を通じて外気に熱が
放散され易いことも、中心部と周縁部との温度差、即ち
温度勾配をより大ならしめる要因となっている。以上の
点から、前記フィルタ部材1内の軸方向の温度分布は、
入口側から出口側に向かって順次温度が上昇すると同時
に、前記フィルタ部材1の中心部と周縁部との温度差
(温度勾配)が拡大し、このため前記出口側付近のフイ
ルタ部材1には、中心部と周縁部との間に大きな熱勾配
によって、第9図に示す如き熱応力が生じ、その熱応力
によってサーマルクラックを発生し、パティキュレート
の捕集能力を低下させ、また耐久性の面でも問題とな
る。
この問題に対応するため、たとえば実開昭60−3222号
公報に開示された考案のように、パティキュレートを燃
焼除去させる電気ヒータの熱の及び難いフィルタ部材上
流端部所定領域に、触媒をコーテイングすることも考え
られるが、単に触媒をコーティングするのみでは、フィ
ルタ部材の中心部と周縁部との温度差、即ち温度勾配を
充分に小さくできないおそれがある。
本発明は、上記従来例の排気浄化用フィルタ装置の問
題点を解決しようと考案したもので、パテイキュレート
捕集能力を減少させることなく、フィルタ部材の中心部
と周縁部との温度差、即ち温度勾配を小さくして、温度
勾配に起因する熱応力の発生および熱応力によってもた
らされるサーマルクラックの発生を防止して耐久性、信
頼性のある排気浄化用フィルタ装置を提供することを目
的とする。
[問題点を解決するための手段] 上記目的を達成するために、本発明の排気浄化用フィ
ルタ装置は、ディーゼル機関の排気管系に排気中のパテ
イキュレートを捕集するフィルタ部材を設け、該フィル
タ部材の上流端付近に、前記フィルタ部材に捕集された
パティキュレートを燃焼除去する燃焼装置を設けるとと
もに、前記フィルタ部材周縁部に、フィルタ中心部の温
度に追従して前記周縁部温度を調整し得るフィルタ周縁
部温度調整用ヒータを設けたことを特徴とする。
[作用] 本発明の排気浄化用フィルタ装置は、上記構成を有し
ており、次のように作用する。
即ち、本発明の排気浄化用フィルタ装置を排気管系3
に備えたディーゼル機関2を運転した時には、排気は第
1図のガス通路12、12′、…の入口側12a、12′a、…
の開いた通路、例えば12aから入って多孔質薄壁11を通
過して隣接するガス通路12′に進入し、このとき前記多
孔質薄壁11によってパティキュレートが捕集され、開い
ている出口側12′bから排出されている。
セラミック製フィルタ部材10内の多孔質薄壁11にパテ
ィキュレートが付着してきて、フィルタ部材10が目詰ま
りを生じたときは、第6図に示すフローチャートに従っ
て制御される。
即ち、圧力センサ23からの検出信号を受けたコントロ
ーラ17が再燃焼時期設定間K0に対してK≧a・K0を満足
した状態において出力し、燃焼装置としての再燃焼用加
熱ヒータ16およびフィルタ周縁部温度調整用ヒータ19が
オンとなる。
フィルタ周縁部温度調整用ヒータ19のオンによりフィ
ルタ部材10の周縁部が加熱され、その部位の温度が上昇
する。
このときのフィルタ部材10の内部における温度分布
は、第1図のようになり、フィルタ部材10内部の横断面
上の温度分布は略均一化される。
したがって、フィルタ部材10の中心部と周縁部と温度
勾配は小さくなり、温度勾配に起因する熱応力の発生お
よび熱応力によってもたらされるサーマルクラックの発
生が防止される。
また、フィルタ周縁部温度調整用ヒータ19は、再燃焼
用加熱ヒータ16の加熱によるフィルタ部材10の中心部の
温度状況に追従して、その加熱温度を調整できるように
なっているので、オン状態にあっては常に前記の温度分
布の均一化が保持される。
そして、コントローラ17より再燃焼終了の信号を受け
れば、再燃焼用加熱ヒータ16およびフィルタ周縁部温度
調整用ヒータ19はオフとなり、パティキュレートの再燃
焼は終了する。
[実施例] 以下、本発明の排気浄化用フィルタ装置の第1および
第2実施例を図について説明する。
まず、本発明の第1実施例の排気浄化用フィルタ装置
について説明すると、セラミック製フィルタ部材10は、
基本的には従来のものと同様、第1図に示すように、多
孔質薄壁11により仕切られた多数の通路12、12′、…を
互いに平行に形成するとともに、相隣接するガス通路1
2、12′、…の入口側12a、12′a、…と出口側12b、1
2′b、…とを交互に目封じ材13により閉塞している。
14は、フィルタ部材10の入口部に回動自在に設けられ
たフィルタ入口バルブであり、15は、フィルタ部材10を
バイパスするバイパス路3aの入口部に回動自在に設けら
れたバイパスバルブである。
16は、パティキュレートを燃焼除去するための燃焼装
置として、フィルタ部材10の上流側端面付近に設けられ
た再燃焼用電気ヒータであり、コントローラ17の出力信
号に基づいて作動する再燃焼用電気ヒータのリレー18に
接続されている。
19は、フィルタ部材10の周縁部に設けられたフィルタ
周縁部温度調整用電気ヒータであり、コントローラ17の
出力信号に基づいて作動するフィルタ周縁部温度調整用
電気ヒータのリレー20に接続されている。
21および22は、フィルタ部材10の中心部付近の内部温
度を検出する再燃焼コントロール用温度計で、それぞれ
コントローラ17に入力されるようになっている。
23は、フィルタ部材10の目詰まり状況を検出する手段
として、フイルタ部材10の入口近傍に設けられた圧力セ
ンサで、コントローラ17に接続され、その検出信号がコ
ントローラ17に入力されるようになっている。
このように構成された本発明の排気浄化用フィルタ装
置を排気管系3に備えたディーゼル機関2を運転した時
には、排気は第1図のガス通路12、12′、…の入口側12
a、12′a、…の開いた通路、例えば12aから入って多孔
質薄壁11を通過して隣接するガス通路12′に進入し、こ
のとき前記多孔質薄壁11によってパティキュレートが捕
集され、開いている出口側12′bから排出される。
セラミック製フィルタ部材10内の多孔質薄壁11にパテ
ィキュレートが付着してきて、フィルタ部材10が目詰ま
りを生じたときは、第6図に示すフローチャートに従っ
て制御される。
即ち、圧力センサ23からの検出信号を受けたコントロ
ーラ17が、再燃焼時期設定値K0に対してK≧a・K0を満
足した状態において出力し、再燃焼用電気ヒータ16およ
びフィルタ周縁部温度調整用電気ヒータ19がオンとな
る。
ここで、aは再燃焼時期設定値K0の係数で、0.9<a
<1に設定しておくのが好ましい。
フィルタ周縁部温度調整用電気ヒータ19のオンにより
フィルタ部材10の周縁部が加熱され、その部位の温度が
上昇する。
このときのフィルタ部材10の内部における温度分布
は、第1図のようになり、フィルタ部材10内部の横断面
上の温度分布は略均一化される。
したがって、フィルタ部材10の中心部と周縁部との温
度勾配は小さくなり、温度勾配に起因する熱応力の発生
および熱応力によってもたらされるサーマルクラックの
発生が防止される。
また、フィルタ周縁部温度調整用電気ヒータ19は、前
記再燃焼コントロール用温度計21、22からの出力信号に
基づき、再燃焼用電気ヒータ16の加熱によるフィルタ部
材10の中心部の温度状況に追従して、その加熱温度を調
整できるようになっているので、オン状態にあっては常
に前記の温度分布の均一化が保持される。
そして、コントローラ17より再燃焼終了の信号を受け
れば、再燃焼用電気ヒータ16およびフィルタ周縁部温度
調整用電気ヒータ19はオフとなり、パティキュレートの
再燃焼は終了する。
次に、本発明の排気浄化用フィルタ装置の第2実施例
を、第3図、第4図および第5図について説明する。
第3図に示す排気浄化用フィルタ装置では、フィルタ
部材10の排気の流れ方向、即ち軸方向に沿って、複数の
フィルタ周縁部温度調整用電気ヒータ31、32、33、34を
それぞれ隣接して設けたものである。
そして、前記各ヒータ31、32、33、34はそれぞれリレ
ー35、36、37、38を介してコントローラ30に接続されて
いる。
上述のフィルタ装置において、もっとも上流に設けた
ヒータ31は、第5図に示すように、再燃焼用電気ヒータ
16の再燃焼開始時T1よりも先にオンして加熱を始める
が、これは再燃焼開始時T1において、フィルタ部材10の
ヒータ31の配設部位における温度を、直ちに再燃焼に必
要な温度にするためである。
ヒータ31のオンより再燃焼開始時T1までの所要時間
は、フィルタ部材10の大きさ、電気ヒータ31の容量等に
よって適宜設定されるものである。
このように、フィルタ部材10の排気ガス流方向に沿っ
て複数のヒータ31、32、33、34を設けることによって、
第5図に示すように、フィルタ部材10の排気カス流方向
における各部位毎に順次温度調節する制御が可能とな
り、よりキメ細かい温度制御を行うことができる。
[発明の効果] 以上のように、本発明の排気浄化用フィルルタ装置
は、ディーゼル機関の排気管系に排気中のパティキュレ
ートを捕集するフィルタ部材を設け、該フィルタ部材の
上流端付近に、前記フィルタ部材に捕集されたパティキ
ュレートを燃焼除去する燃焼装置を設けるとともに、前
記フィルタ部材周縁部に、フィルタ中心部の温度に追従
して前記周縁部温度を調整し得るフィルタ周縁部温度調
整用ヒータを設けてなるので、パティキュレート捕集能
力を減少させることなく、フィルタ部材の中心部と周縁
部との温度差、即ち温度勾配を小さくして、温度勾配に
起因する熱応力の発生および熱応力によってもたらされ
るサーマルクラックの発生を防止して耐久性、信頼性の
ある排気浄化用フィルタ装置を提供することができる。
また、前記フィルタ周縁部温度調整用ヒータは、前記
フィルタ部材の上流端付近に設けられた燃焼装置の加熱
による前記フィルタ部材の中心部の温度状況に追従し
て、その加熱温度を調整し得るので、オン状態にあって
は常に前記フィルタ部材の横断面上の温度分布の均一化
が保持される効果もある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の第1実施例に係る排気浄化用フィル
タ装置の縦断面図、第2図は、本発明フィルタ装置を装
着した内燃機関の排気管系の一部切断概略図、第3図
は、本発明の第2実施例に係る排気浄化用フィルタ装置
の縦断面図、第4図は、同第2実施例のコントロール装
置を示すブロック図、第5図は、同第2実施例の各ヒー
タの加熱時間を示す特性図、第6図は、ヒータのパティ
キュレート再燃焼制御を示すフローチャート、第7図
は、従来フィルタ装置を装着した内燃機関の排気管系の
一部切断概略図、第8図および第9図は、従来フィルタ
装置におけるフィルタ部材の温度分布特性図である。 2…ディーゼル機関、3…排気管系、4…ハウジング、
10…フィルタ部材、11…多孔質薄壁、12、12′…ガス通
路、16…再燃焼用加熱ヒータ、17、30…コントローラ、
19、31、32、33、34…フィルタ周縁部温度調整用ヒー
タ、21、22…再燃焼コントロール用温度計、23…圧力セ
ンサ。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ディーゼル機関の排気管系に排気中のパテ
    イキュレートを捕集するフィルタ部材を設け、該フィル
    タ部材の上流端付近に、前記フィルタ部材に捕集された
    パティキュレートを燃焼除去する燃焼装置を設けるとと
    もに、前記フィルタ部材周縁部に、フィルタ中心部の温
    度に追従して前記周縁部温度を調整し得るフィルタ周縁
    部温度調整用ヒータを設けたことを特徴とする排気浄化
    用フィルタ装置。
  2. 【請求項2】前記フィルタ周縁部温度調整用ヒータが、
    前記フィルタ部材の軸方向に沿って複数個設けられたこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の排気浄化用
    フィルタ装置。
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