JP3067365B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
Exhaust gas purification device for internal combustion engineInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、排気を通過させるこ
とによって排気中の排気微粒子を捕集する捕集部材が設
けられたディーゼル機関の排気浄化装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exhaust gas purifying apparatus for a diesel engine provided with a collecting member for collecting exhaust fine particles in exhaust gas by passing the exhaust gas.
【0002】[0002]
【従来の技術】ディーゼル機関は、燃焼室内における燃
料の燃焼によって排気中にカーボンなどの排気微粒子を
含んでおり、これをそのまま大気中に放出すると、環境
汚染を招いて好ましくない。これを防ぐため、排気通路
に多孔質のセラミックなどからなるフィルタを設け、こ
のフィルタを排気が通過することによって排気微粒子を
捕集する方法が、従来からよく知られている。2. Description of the Related Art Diesel engines contain exhaust particulates such as carbon in the exhaust gas due to the combustion of fuel in a combustion chamber, and if discharged directly into the atmosphere undesirably causes environmental pollution. In order to prevent this, a method of providing a filter made of a porous ceramic or the like in an exhaust passage and collecting exhaust particulates by passing exhaust gas through the filter has been well known.
【0003】フィルタ材としては、例えば特開昭56−
124417号公報のように、排気入口側が開口して排
気出口側が閉塞している第1通路と、これとは逆に排気
入口側が閉塞して排気出口側が開口している第2通路と
が相互に隣接して複数設けられ、第1通路と第2通路と
の多孔質の隔壁を排気が通過することで、排気中の排気
微粒子を捕集する、ハニカム構造のいわゆる目封じトラ
ップや、特開昭62−45309号公報のように、多孔
質のフォームフィルタタイプが一般的である。As a filter material, for example, Japanese Patent Application Laid-Open
As disclosed in JP-A-124417, the first passage having the exhaust inlet side open and the exhaust outlet side closed, and the second passage having the exhaust inlet side closed and the exhaust outlet side open, on the contrary, are mutually reciprocal. A so-called plugging trap having a honeycomb structure, in which exhaust gas passes through a porous partition wall provided between a plurality of first passages and a second passage to trap exhaust fine particles in the exhaust, As in JP-A-62-45309, a porous foam filter type is generally used.
【0004】このようなフィルタを用いた場合、捕集し
た排気微粒子の堆積量が増大すると、排気圧力が増大し
て機関性能に悪影響を及ぼすので、捕集した排気微粒子
を定期的に、例えばヒータなどの再生装置により燃焼除
去してフィルタの再生作業を行う必要がある。When such a filter is used, an increase in the amount of trapped exhaust particulates increases the exhaust pressure and adversely affects the engine performance. Therefore, the collected exhaust particulates are periodically removed by, for example, a heater. It is necessary to perform a regeneration operation of the filter by burning and removing by a regeneration device such as the above.
【0005】ところが、目封じトラップは、多孔質の隔
壁によって濾過捕集するため、高い捕集効率が得られる
一方、オイル添加物などの堆積が問題となるとともに、
捕集した排気微粒子を確実に燃焼除去する必要がある。
このため、再生時期の検出や再生作業を失敗した場合に
は、フィルタ温度が過度に上昇して破損に至る可能性が
ある。[0005] However, the plugging trap is filtered and collected by the porous partition walls, so that a high trapping efficiency can be obtained. On the other hand, accumulation of oil additives and the like becomes a problem.
It is necessary to reliably burn and remove the collected exhaust particulates.
For this reason, if the detection of the regeneration time or the regeneration operation fails, the filter temperature may rise excessively, possibly leading to breakage.
【0006】これに対し、フォームフィルタタイプは、
付着捕集により排気微粒子を捕集するため、オイル添加
物などによる堆積などの問題はないが、捕集が排気流れ
に対して入口面に集中するため、捕集の進行とともに圧
力損失が大幅に増加するばかりでなく、目封じタイプに
比べて捕集有効面積が少ないため、面積を大きくする工
夫が必要であり、フィルタ自体の大型化を招く。また、
このフォームフィルタは、捕集が進行した状態で排気圧
力の急上昇があると、捕集した排気微粒子が急激に離脱
する、いわゆるブローオフが発生するという問題があ
り、これはフィルタ自体の大型化を防止するために排気
流れ方向の厚さを薄くした場合には、より顕著なものと
なる。このため、フォームフィルタについても、ブロー
オフが発生する以前に、排気微粒子を確実に燃焼除去す
る必要がある。On the other hand, the form filter type is
There is no problem such as sedimentation due to oil additives, etc., because exhaust particulates are collected by adhesion collection.However, since the collection concentrates on the inlet surface against the exhaust flow, the pressure loss increases significantly as the collection proceeds. In addition to the increase, the effective collecting area is smaller than that of the sealed type, so that it is necessary to devise a larger area, resulting in an increase in the size of the filter itself. Also,
This foam filter has a problem in that if the exhaust pressure rises sharply in a state where the collection has progressed, the collected exhaust fine particles suddenly separate, that is, a so-called blow-off occurs, which prevents the filter itself from becoming large. When the thickness in the exhaust gas flow direction is reduced in order to achieve this, it becomes more remarkable. For this reason, it is necessary to reliably burn and remove the exhaust particulates even before the blow-off occurs in the foam filter.
【0007】フィルタの再生装置としては、特開昭60
−135612号公報に示されるバーナを用いたもの
や、特開昭59−90713号公報,特開昭58−16
2711号公報,特公平3−27732号公報,実開平
2−3011号公報に示されるフィルタ前面にヒータを
配置したもの、特開昭56−130545号公報,特開
昭61−112716号公報,特開昭59−16231
6号公報に示される燃料の酸化熱によってフィルタを加
熱するもの、あるいは特開昭60−153413号公報
に示される燃料系あるいは排気系に再生温度を下げる添
加剤を供給するものなどがある。Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 60
Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 59-90713 and 58-16
No. 2711, Japanese Patent Publication No. Hei 3-27732, Japanese Utility Model Application Laid-Open Publication No. 2-30111, in which a heater is arranged on the front surface of a filter, JP-A-56-130545, JP-A-61-112716, Kaisho 59-16231
Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-153413 discloses a method in which a filter is heated by heat of oxidation of a fuel, and a method in which an additive for lowering a regeneration temperature is supplied to a fuel system or an exhaust system.
【0008】[0008]
【0009】[0009]
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】このうち、ヒータを用
いた前記特公平3−27732号公報のものは、フィル
タの排気入口側のほぼ全域に、8本のヒータ線を近接さ
せて配置したものであるため、これらのヒータ線がフィ
ルタの捕集動作を妨げ、ヒータ線とフィルタとの隙間に
排気微粒子が入り込んで堆積し、この状態でヒータに通
電すると、熱によりカーボンの剥離が生じ、効率よく排
気微粒子を燃焼させることができず、フィルタでの良好
な火炎伝播が形成できないという問題がある。Among these, the heater disclosed in Japanese Patent Publication No. Hei 3-27732 has a heater in which eight heater wires are arranged close to each other in almost the entire area on the exhaust inlet side of the filter. Therefore, these heater wires hinder the filter collecting operation, and the exhaust particulates enter the gap between the heater wire and the filter and accumulate. When the heater is energized in this state, the carbon is separated by heat, and the efficiency is reduced. There is a problem that exhaust particulates cannot be burned well and good flame propagation cannot be formed in the filter.
【0011】また、ヒータを用いた実開平2−3011
号公報では、フィルタの排気入口側に設けたヒータとの
間のフィルタ前面に、熱容量の小さい金属製の多孔体を
接触して配置している。これは、ヒータに通電すること
で金属製の多孔体の温度が短時間に上昇し、これにより
金属製の多孔体が着火源となってフィルタに堆積する排
気微粒子に着火しその燃焼が順次進行して行くものであ
る。[0011] Further, Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 2-30111 using a heater.
In the publication, a metal porous body having a small heat capacity is arranged in contact with a front surface of the filter between the heater and the heater provided on the exhaust inlet side of the filter. This is because when the heater is energized, the temperature of the metal porous body rises in a short time, whereby the metal porous body becomes an ignition source and ignites the exhaust fine particles deposited on the filter, and the combustion is sequentially performed. It is something that goes on.
【0012】しかしながら、この金属製の多孔体は、温
度上昇しやすいものとすることを前提としており、排気
微粒子を積極的に捕集するものではないため、着火源と
するには、ある程度多量に排気微粒子を捕集する必要が
あることからかなりの時間を要し、着火源となるころに
はフィルタ自体の捕集量が多量となって燃焼時には過度
な高温となりフィルタ寿命を低下させ、また許容量を超
えることによって、ブローオフを招く虞もある。[0012] However, this metal porous body is premised on the fact that the temperature is likely to rise, and it does not actively collect the exhaust fine particles. It takes a considerable amount of time because it is necessary to collect exhaust particulates at the time.At the time of the ignition source, the amount of collection of the filter itself becomes large, and during combustion, the temperature becomes excessively high and the filter life is shortened. If the amount exceeds the allowable amount, blow-off may be caused.
【0013】そこで、この発明は、捕集した排気微粒子
の燃焼を効率よく行うことができて信頼性のある排気浄
化装置を提供することを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a reliable exhaust gas purifying apparatus capable of efficiently burning captured exhaust particulates.
【0014】[0014]
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は、機関に接続される排気通路に排気中の
排気微粒子を捕集する主捕集部材を設け、この主捕集部
材より排気微粒子の捕集効率が高く、かつ通電されるこ
とでそれ自体が発熱し、捕集した排気微粒子を燃焼させ
る加熱手段を兼ねた導電性の金属からなる副捕集部材
を、前記主捕集部材の排気上流側に、副捕集部材の変形
を吸収する耐熱繊維材からなるクッション材を介して配
置した構成としてある。In order to achieve the above object, according to the present invention, a main collecting member for collecting exhaust fine particles in exhaust gas is provided in an exhaust passage connected to an engine, and the main collecting member is provided. The sub-collecting member made of a conductive metal, which has a higher collection efficiency of exhaust particulates and generates heat by being energized by itself and burns the collected exhaust particulates, is used as the main capture member. It is configured such that a cushion member made of a heat-resistant fiber material that absorbs deformation of the sub-collection member is interposed on the exhaust upstream side of the collection member.
【0016】また、この発明は、機関に接続される排気
通路に排気中の排気微粒子を捕集する主捕集部材を設
け、この主捕集部材より排気微粒子の捕集効率が高く、
捕集される排気微粒子を燃焼させる加熱手段を備えた副
捕集部材を、主捕集部材の排気上流側に隣接して配置
し、前記副捕集部材を、耐熱繊維材で構成する一方、加
熱手段をヒータ板で構成し、前記ヒータ板を耐熱繊維材
で覆ってヒータユニットを形成し、このヒータユニット
を渦巻状に形成する構成としてある。Further, according to the present invention, a main collection member for collecting exhaust particulates in exhaust gas is provided in an exhaust passage connected to the engine, and the collection efficiency of the exhaust particulates is higher than the main collection member.
A sub-collecting member provided with a heating means for burning the collected exhaust fine particles is arranged adjacent to the exhaust upstream side of the main collecting member, and the sub-collecting member is made of a heat-resistant fiber material. The heating means is constituted by a heater plate, the heater plate is covered with a heat-resistant fiber material to form a heater unit, and the heater unit is formed in a spiral shape.
【0017】[0017]
【0018】[0018]
【作用】このような構成の内燃機関の排気浄化装置によ
れば、機関から排出される排気が排気通路を流れ副捕集
部材に達すると、ここで排気微粒子は効率よく捕集さ
れ、ここでの捕集量が飽和状態となると、排気微粒子は
その後流の主捕集部材に達して捕集される。ここで、排
気微粒子を捕集した状態の導電性の金属からなる副捕集
部材が通電されると、この副捕集部材はそれ自体が発熱
し、高捕集された副捕集部材での排気微粒子が着火源と
なって、副捕集部材の全域で着火燃焼し、その燃焼は、
耐熱繊維材を介して後流の主捕集部材に移行して順次進
行する。そして、副捕集部材に排気微粒子が大量に堆積
して排気圧力が増大し、この圧力増大によって金属製の
副捕集部材が弾性変形したり、あるいは同副捕集部材が
熱膨張により変形しても、主捕集部材と副捕集部材との
間に介装した耐熱繊維材が、クッション材となって前記
弾性変形や熱膨張変形を吸収する。According to the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine having such a configuration, when exhaust gas discharged from the engine flows through the exhaust passage and reaches the sub-collection member, the exhaust fine particles are efficiently collected here. When the trapping amount of the exhaust gas reaches a saturated state, the exhaust fine particles reach the main catching member in the downstream stream and are collected. Here, when the sub-collection member made of a conductive metal in a state of collecting the exhaust particulates is energized, the sub-collection member itself generates heat, and the sub-collection member in the high-collection sub-collection member generates heat. Exhaust particulates serve as an ignition source and ignite and combust throughout the sub-collection member.
The heat is transferred to the downstream main collection member via the heat-resistant fiber material, and sequentially proceeds. Then, a large amount of exhaust particulates accumulates on the sub-collecting member and the exhaust pressure increases, and the increased pressure deforms the metal sub-collecting member elastically or deforms the sub-collecting member due to thermal expansion. However, the heat-resistant fiber material interposed between the main collection member and the sub-collection member serves as a cushion material to absorb the elastic deformation and the thermal expansion deformation.
【0019】さらに、ヒータ板を耐熱繊維材で覆ったヒ
ータユニットを渦巻状に形成することで、ヒータ板に供
給される電流は渦巻き状に流れるので、ヒータ板は均一
に発熱する。Further, by forming the heater unit in which the heater plate is covered with the heat-resistant fiber material in a spiral shape, the current supplied to the heater plate flows in a spiral shape, so that the heater plate uniformly generates heat.
【0020】[0020]
【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づき説明
する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0021】図1は、この発明の第1実施例に係わる排
気浄化装置を示し、図2は図1の要部の拡大図である。
この排気浄化装置は、ディーゼル機関に適用したもの
で、機関の排気管に接続されるフロントチューブ1と、
図示しないマフラが設けられるリヤチューブ3との間に
介装されている。フロントチューブ1及びリヤチューブ
3を含む排気通路は、第1排気通路5と第2排気通路7
とに分岐構成されている。分岐構成するために、フロン
トチューブ1側には上流側分岐管9が、リヤチューブ3
側には下流側分岐管11がそれぞれ設けられ、これら各
分岐管9,11間には、各分岐管9,11相互を接続す
る筒状ケース13が設けられている。FIG. 1 shows an exhaust gas purifying apparatus according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of a main part of FIG.
This exhaust gas purification device is applied to a diesel engine, and includes a front tube 1 connected to an exhaust pipe of the engine,
It is interposed between a rear tube 3 provided with a muffler (not shown). An exhaust passage including the front tube 1 and the rear tube 3 includes a first exhaust passage 5 and a second exhaust passage 7.
And a branch configuration. In order to form a branch, an upstream branch pipe 9 is provided on the front tube 1 side,
Downstream branch pipes 11 are provided on the sides, respectively, and a cylindrical case 13 connecting the respective branch pipes 9 and 11 to each other is provided between the branch pipes 9 and 11.
【0022】筒状ケース13は、2つの筒状部15,1
7を有し、各筒状部15,17内には、主捕集部材とし
ての例えばオープンハニカムタイプのセラミック製のフ
ィルタ19,21が、緩衝材となるワイヤメッシュ2
3,25を介して収納されている。各フィルタ19,2
1の排気上流側には、約1mmの隙間をおいて、排気微
粒子の捕集効率が高い副捕集部材としての、ヒータ機能
を備えた加熱手段を兼ねる発泡金属フィルタ27,29
が、筒状部15,17の内壁にそれぞれ保持されてい
る。発泡金属フィルタ27,29は、導電性の金属から
なり、図2に示すように、金属部27a(29a)の隙
間に空間部30が形成され、この空間部30にカーボン
Cなどの排気微粒子が捕集される。そして、上記約1m
mの隙間には、約1mm厚の耐熱繊維材であるセラミッ
クファイバ製の布を介装している。The cylindrical case 13 has two cylindrical portions 15, 1
In each of the tubular portions 15 and 17, for example, an open honeycomb type ceramic filter 19 or 21 as a main trapping member is provided with a wire mesh 2 serving as a buffer material.
It is housed via 3, 25. Each filter 19, 2
1, a foam metal filter 27, 29 serving as a heating means having a heater function as a sub-collecting member having a high efficiency of collecting fine particles of exhaust gas with a gap of about 1 mm.
Are held on the inner walls of the tubular portions 15 and 17, respectively. The foamed metal filters 27 and 29 are made of a conductive metal. As shown in FIG. 2, a space 30 is formed in a gap between the metal portions 27a (29a), and exhaust particles such as carbon C are formed in the space 30. Collected. And about 1m above
In the gap of m, a cloth made of ceramic fiber which is a heat-resistant fiber material having a thickness of about 1 mm is interposed.
【0023】発泡金属フィルタ27,29の排気上流側
に近接した位置には、発泡金属フィルタ27,29に通
電するための電極31,33がそれぞれ設けられてい
る。電極31,33は、筒状部15,17に形成した平
面部35の孔37に内側から挿入され、筒状部15,1
7の内側に位置するフランジ部39と平面部35との
間、及び平面部35の外側にそれぞれ配したセラミック
製のワッシャ41,43を介してナット45により筒状
部15,17に固定される。電極31,33の先端部
は、発泡金属フィルタ27,29の中心部に位置し、こ
の先端部に貫通孔47が形成されている。一方、発泡金
属フィルタ27,29の中心部には、めねじ49が形成
され、発泡金属フィルタ27,29先端の貫通孔47に
挿入したボルト51を、ワッシャ53,54を介してめ
ねじ49にねじ込むことで、電極31,33の先端側が
発泡金属フィルタ27,29に固定され、かつ電極3
1,33と発泡金属フィルタ27,29とは、ボルト5
1及びワッシャ53,54を介して電気的に導通状態と
なる。発泡金属フィルタ27,29は、電極31,33
を介して通電されることで発熱し、捕集した排気微粒子
を燃焼させる。Electrodes 31, 33 for supplying electricity to the metal foam filters 27, 29 are provided at positions close to the exhaust gas upstream side of the metal foam filters 27, 29, respectively. The electrodes 31 and 33 are inserted from the inside into the holes 37 of the flat portion 35 formed in the cylindrical portions 15 and 17, and are inserted into the cylindrical portions 15 and 1.
7 is fixed to the cylindrical portions 15 and 17 by nuts 45 via ceramic washers 41 and 43 disposed between the flange portion 39 located inside the flat portion 7 and the flat portion 35 and outside the flat portion 35, respectively. . The tips of the electrodes 31 and 33 are located at the center of the foamed metal filters 27 and 29, and a through hole 47 is formed at the tip. On the other hand, a female screw 49 is formed at the center of the metal foam filters 27 and 29. By screwing, the distal ends of the electrodes 31, 33 are fixed to the foamed metal filters 27, 29, and the electrodes 3
1, 33 and the metal foam filters 27, 29
1 and the electric conduction state via the washers 53 and 54. The metal foam filters 27 and 29 are
Heat is generated by being energized through the, and the collected exhaust fine particles are burned.
【0024】上流側分岐管9の第1排気通路5及び第2
排気通路7を構成するそれぞれの部位には、第1及び第
2の各排気通路5及び7への排気の流れを制御する第1
制御弁55及び第2制御弁56がそれぞれ設けられてい
る。第1制御弁55及び第2制御弁56には、上流側分
岐管9の外部に設けられる回動部材57及び59が接続
されている。回動部材57,59の切欠57a,59a
には図示しないワイヤの一端が固定され、他端はアクチ
ュエータ61に接続されている。アクチュエータ61の
作動により第1制御弁55及び第2制御弁56が開弁
し、作動が停止すると、図示しないリターンスプリング
により閉弁状態となる。このアクチュエータ61の作動
及び、電極31,33への通電制御は、マイクロコンピ
ュータなどから構成される制御手段としてのコントロー
ルユニット63により行われる。65,67はヒータ制
御回路であり、電極31,33には図示しないバッテリ
から電力が供給される。The first exhaust passage 5 and the second exhaust passage 5 of the upstream branch pipe 9
A first part for controlling the flow of exhaust gas to the first and second exhaust paths 5 and 7 is provided at each part constituting the exhaust path 7.
A control valve 55 and a second control valve 56 are provided, respectively. Rotating members 57 and 59 provided outside the upstream branch pipe 9 are connected to the first control valve 55 and the second control valve 56. Notches 57a, 59a of rotating members 57, 59
, One end of a wire (not shown) is fixed, and the other end is connected to the actuator 61. When the first control valve 55 and the second control valve 56 are opened by the operation of the actuator 61 and the operation is stopped, the valve is closed by a return spring (not shown). The operation of the actuator 61 and the control of energization of the electrodes 31 and 33 are performed by a control unit 63 as a control means including a microcomputer or the like. Reference numerals 65 and 67 denote heater control circuits, and power is supplied to the electrodes 31 and 33 from a battery (not shown).
【0025】コントロールユニット63は、一方の例え
ば第1排気通路5側の電極31に通電するときは第1制
御弁55を閉じ(再生動作)、このとき他方の第2制御
弁56を開弁させて排気を第2排気通路7に導く(捕集
動作)よう制御する。逆に、第2排気通路7側の電極3
3に通電するときは第2制御弁56を閉じ(再生動
作)、このとき他方の第1制御弁55を開弁させて排気
を第1排気通路5に導く(捕集動作)ようにする。The control unit 63 closes the first control valve 55 (regeneration operation) when energizing one of the electrodes 31 on the first exhaust passage 5, for example, and opens the other second control valve 56 at this time. Control to guide the exhaust gas to the second exhaust passage 7 (collection operation). Conversely, the electrode 3 on the second exhaust passage 7 side
When power is supplied to 3, the second control valve 56 is closed (regeneration operation), and at this time, the other first control valve 55 is opened to guide exhaust gas to the first exhaust passage 5 (collection operation).
【0026】このように構成された内燃機関の排気浄化
装置においては、機関の運転が開始されると、第1,第
2排気通路5,7のうち一方の、例えば第1排気通路5
側の第1制御弁55を全開させる。このとき、他方の第
2排気通路7の第2制御弁56は全閉となっている。こ
の状態で機関から排出されてフロントチューブ1を流れ
る排気は、ほとんどが開弁状態の第1制御弁55を有す
る第1排気通路5に流入する。In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine thus configured, when the operation of the engine is started, one of the first and second exhaust passages 5 and 7, for example, the first exhaust passage 5
Side first control valve 55 is fully opened. At this time, the second control valve 56 of the other second exhaust passage 7 is fully closed. In this state, exhaust gas discharged from the engine and flowing through the front tube 1 mostly flows into the first exhaust passage 5 having the first control valve 55 in an open state.
【0027】第1排気通路5に流入した排気は、まず高
捕集効率の発泡金属フィルタ27に導入されることで、
カーボンなどの排気微粒子が空間部30内に入り込んで
効率よく付着捕集される。発泡金属フィルタ27での排
気微粒子の捕集量が飽和状態になると、排気微粒子はそ
の後流のフィルタ19の表面に付着し始め、徐々に下流
側に向けて捕集が進行する。そして、この捕集量が所定
量以上となってフィルタ19の再生時期になったこと
を、コントロールユニット63が、例えばフィルタ19
の排気流入側及び流出側相互の排気圧力差や、機関への
燃料噴射に基づく機関の運転履歴などにより判断する
と、コントロールユニット63は、今まで全開となって
いた第1制御弁55を全閉にすると同時に、全閉となっ
ていた第2制御弁56を全開にし、電極31に通電す
る。The exhaust gas that has flowed into the first exhaust passage 5 is first introduced into the foamed metal filter 27 having a high collection efficiency.
Exhaust fine particles such as carbon enter the space 30 and are efficiently attached and collected. When the trapped amount of the exhaust particulates in the metal foam filter 27 becomes saturated, the exhaust particulates start to adhere to the surface of the downstream filter 19, and the collection proceeds gradually toward the downstream side. Then, the control unit 63, for example, notifies the filter 19 that the trapping amount is equal to or more than the predetermined amount and the filter 19 is to be regenerated.
The control unit 63 fully closes the first control valve 55, which has been fully opened until now, based on the exhaust gas pressure difference between the exhaust inflow side and the outflow side of the engine and the operation history of the engine based on fuel injection into the engine. At the same time, the second control valve 56 that has been fully closed is fully opened, and the electrode 31 is energized.
【0028】これにより、フロントチューブ1を流れる
排気は開弁状態の第2制御弁56を備えた第2排気通路
7に流れ、前記第1排気通路5側と同様にして発泡金属
フィルタ29及びフィルタ21にて排気微粒子が捕集さ
れる。一方、電極31が通電されることで、発泡金属フ
ィルタ27はその全体にわたって均一に発熱し、密度高
く捕集されている排気微粒子は周囲から加熱されて、こ
れが着火源となって確実に燃焼する。発泡金属フィルタ
27での排気微粒子の燃焼により、フィルタ19の排気
流入側に付着している排気微粒子が、第1制御弁55の
隙間から僅かに洩れる排気により、セラミックファイバ
製の布69を介して着火し、その火炎は下流側に向けて
徐々に伝播し、フィルタ19の再生が効率よく行われ
る。再生終了時期は、あらかじめ設定した適当な時間に
達したときとすればよい。As a result, the exhaust gas flowing through the front tube 1 flows into the second exhaust passage 7 having the second control valve 56 in an open state, and the foam metal filter 29 and the filter At 21, exhaust particulates are collected. On the other hand, when the electrode 31 is energized, the foamed metal filter 27 generates heat uniformly over the entire area, and the exhaust fine particles collected at high density are heated from the surroundings, and this becomes an ignition source and reliably burns. I do. The exhaust particulates adhering to the exhaust inflow side of the filter 19 due to the combustion of the exhaust particulates in the foamed metal filter 27 are discharged through the ceramic fiber cloth 69 by the exhaust slightly leaking from the gap of the first control valve 55. The flame is ignited, the flame gradually propagates toward the downstream side, and the regeneration of the filter 19 is efficiently performed. The reproduction end time may be a time when an appropriate time set in advance is reached.
【0029】フィルタ19の再生が終了したら、今度は
第2制御弁56を全閉にすると同時に第1制御弁55を
全開にしてフィルタ19側で捕集を行い、電極33に通
電することで今まで捕集していた発泡金属フィルタ29
及びフィルタ21の再生を行う。When the regeneration of the filter 19 is completed, the second control valve 56 is fully closed, and simultaneously the first control valve 55 is fully opened to perform collection on the filter 19 side. Foam metal filter 29
And the regeneration of the filter 21 is performed.
【0030】このように、上記実施例では、第1排気通
路5側と第2排気通路7側とで、捕集動作と再生動作と
を交互に繰り返すので、一方のフィルタ19(21)で
再生動作を行っているときには、他方のフィルタ21
(19)では必ず捕集動作を行うことになり、このため
浄化されていない排気がそのまま大気中に放出されるこ
とはない。As described above, in the above embodiment, the collecting operation and the regenerating operation are alternately repeated on the first exhaust passage 5 side and the second exhaust passage 7 side. During operation, the other filter 21
In (19), the trapping operation is always performed, so that the unpurified exhaust gas is not released to the atmosphere as it is.
【0031】また、発泡金属フィルタ27(29)に排
気微粒子が大量に堆積して排気圧力が増大し、この排気
圧力に押されて発泡金属フィルタ27(29)が弾性変
形したり、あるいは熱膨張により変形した場合には、こ
れらの変形をセラミックファイバ製の布69がクッショ
ン材として機能して吸収する。これにより、発泡金属フ
ィルタ27(29)の弾性変形や熱膨張変形が、特に破
損しやすいセラミック製のフィルタ19(21)に直接
作用せず、フィルタ19(21)の破損が回避されて耐
久性が向上する。Further, a large amount of exhaust fine particles accumulate on the foamed metal filter 27 (29) and the exhaust pressure increases, and the foamed metal filter 27 (29) is elastically deformed or pushed by the exhaust pressure. , The ceramic fiber cloth 69 functions as a cushion material and absorbs these deformations. As a result, the elastic deformation and the thermal expansion deformation of the foamed metal filter 27 (29) do not directly act on the ceramic filter 19 (21), which is particularly susceptible to breakage. Is improved.
【0032】図3は、この発明の第2実施例に係わる排
気浄化装置を示している。この実施例は、前記第1実施
例における発泡金属フィルタ27,29に代えて、高捕
集効率の副捕集部材としてステンレス製の波板と平板と
からなるステンレスフィルタ71,73を用いている。
ステンレスフィルタ71,73は、ボルト51が捩じ込
まれるめねじを備えたパイプ75,77の外周に、ステ
ンレス製の波板と平板とを巻き付けて形成したもので、
各ステンレス板は電気絶縁及び、酸化触媒を担持するた
めのウォッシュコート処理を施している。FIG. 3 shows an exhaust gas purifying apparatus according to a second embodiment of the present invention. In this embodiment, stainless steel filters 71 and 73 each composed of a stainless steel corrugated plate and a flat plate are used as a sub-collecting member having high collection efficiency, instead of the foamed metal filters 27 and 29 in the first embodiment. .
The stainless steel filters 71 and 73 are formed by winding a stainless steel corrugated plate and a flat plate around pipes 75 and 77 having female threads into which the bolts 51 are screwed.
Each stainless plate has been subjected to electrical insulation and wash coat treatment for supporting an oxidation catalyst.
【0033】このような構成の排気浄化装置において
は、前記第1実施例と同様な作用効果を有するほか、ス
テンレスフィルタ71,73に担持された触媒により、
SOF(可溶性有機物質)や、CO,HCを酸化除去す
ることができる。このような酸化除去作用は、排気が触
媒の活性化温度(約300℃)に達しない機関低負荷時
でも、電極31,33に通電してステンレスフィルタ7
1,73を発熱させることで、可能となる。In the exhaust gas purifying apparatus having such a structure, in addition to having the same operation and effects as those of the first embodiment, the catalyst supported on the stainless steel filters 71 and 73 is used.
It can oxidize and remove SOF (soluble organic substances), CO, and HC. Such an oxidizing and removing action is achieved by energizing the electrodes 31 and 33 even when the exhaust gas does not reach the catalyst activation temperature (about 300 ° C.) even when the engine is under a low load.
This is made possible by causing 1,73 to generate heat.
【0034】[0034]
【0035】[0035]
【0036】図4は、この発明の第3実施例に係わる副
捕集部材ユニットの分解斜視図である。この実施例は、
加熱手段であるヒータ板101をニッケルクロム鋼など
で帯状に成形し、ヒータ板101の外側をその両端部1
01a及び101bを残して、セラミックファイバなど
の耐熱繊維材を袋状に編んだ高捕集効率の副捕集部材で
あるカバー103で被覆してヒータユニット104を形
成する。円柱状のベース105には、半円カット部10
5aを形成し、半円カット部105aには二つのめねじ
孔105bが形成されるとともに、電極31(33)を
固定するためのめねじ105cが形成されている。一
方、ヒータ板101には、二つのねじ挿入孔101cが
形成され、半円カット部105a上に、端部101a及
び、二つのねじ孔107aを有するリテーナ107を順
に重ね、2本の皿ねじ109で、これらを固定する。FIG. 4 is an exploded perspective view of a sub-collecting member unit according to a third embodiment of the present invention. This example is
A heater plate 101 as a heating means is formed in a strip shape from nickel chrome steel or the like, and the outside of the heater plate 101 is formed at both ends 1.
The heater unit 104 is formed by covering a heat-resistant fiber material such as a ceramic fiber with a cover 103 which is a high-collection-efficiency sub-collection member except for 01a and 101b. The semicircular cut portion 10 is provided on the cylindrical base 105.
5a is formed, and two female screw holes 105b are formed in the semicircular cut portion 105a, and a female screw 105c for fixing the electrode 31 (33) is formed. On the other hand, two screw insertion holes 101c are formed in the heater plate 101, and an end portion 101a and a retainer 107 having two screw holes 107a are sequentially stacked on the semicircular cut portion 105a, and two countersunk screws 109c are formed. Then, fix these.
【0037】そして、ヒータユニット104をベース1
05に巻き付けて渦巻状に形成し、これを図5に示すよ
うな円筒状のケース111内に収納する。図5は、フィ
ルタ19(21)とは反対側の排気流入側から見た図
で、図6は図5のA−A断面図である。円筒状のケース
111の外周には孔111aが形成され、この孔111
aから露出したヒータ板101の端部101bを溶接に
てケース111に固定する。The heater unit 104 is connected to the base 1
05 and formed into a spiral shape, which is housed in a cylindrical case 111 as shown in FIG. FIG. 5 is a view seen from the exhaust gas inflow side opposite to the filter 19 (21), and FIG. 6 is a sectional view taken along line AA of FIG. A hole 111a is formed on the outer periphery of the cylindrical case 111.
The end 101b of the heater plate 101 exposed from a is fixed to the case 111 by welding.
【0038】副捕集部材ユニットを上記のように構成す
ることで、ヒータユニット104に供給される電流は渦
巻き状に流れるので、ヒータユニット104は均一に発
熱し、このためカバー103を構成するセラミックファ
イバに捕集した排気微粒子に少ない電力で着火させるこ
とができる。また、ヒータ板101を渦巻状に形成する
と、ヒータ長が大きくとれ、電気抵抗が大きくなるた
め、目標のヒータ発熱量に設定できる。By configuring the sub-collecting member unit as described above, the electric current supplied to the heater unit 104 flows in a spiral shape, so that the heater unit 104 generates heat evenly. It is possible to ignite the exhaust fine particles collected by the fiber with a small electric power. Further, when the heater plate 101 is formed in a spiral shape, the heater length can be increased and the electric resistance increases, so that the target heater heat generation can be set.
【0039】[0039]
【0040】[0040]
【発明の効果】以上説明してきたようにこの発明によれ
ば、主捕集部材の排気上流側に設けられた副捕集部材
は、排気微粒子の捕集効率が高いので、排気微粒子が密
度高く捕集され、この捕集された排気微粒子は、通電さ
れることで導電性金属の副捕集部材自体が発熱し、これ
により副捕集部材全域にて確実に着火し、これが着火源
となって耐熱繊維材を介して主捕集部材の排気微粒子に
着火して燃焼し、この燃焼伝播は下流側に向けて順次進
行し、捕集部材の再生が効率よく行われる。また、主捕
集部材と副捕集部材との間に耐熱繊維材を介装すること
で、副捕集部材に排気微粒子が大量に堆積して排気圧力
が増大し、この排気圧力によって金属製の副捕集部材が
弾性変形したり、あるいは熱膨張により変形しても、こ
れらの変形は、耐熱繊維材がクッション材となって吸収
するので、副捕集部材の前記変形による主捕集部材への
影響が回避され、主捕集部材の耐久性が向上する。As described above, according to the present invention, the sub-collection member provided on the exhaust gas upstream side of the main collection member has a high efficiency of collecting the exhaust particles, so that the exhaust particles have a high density. The collected exhaust fine particles are heated, and the conductive metal sub-collecting member itself generates heat by being energized, whereby the entire sub-collecting member is securely ignited, and this is used as an ignition source. As a result, the exhaust fine particles of the main collection member are ignited and burned through the heat-resistant fiber material, and the combustion propagates sequentially toward the downstream side, so that the collection member is efficiently regenerated. In addition, by interposing a heat-resistant fiber material between the main collection member and the sub-collection member, a large amount of exhaust fine particles accumulate on the sub-collection member and the exhaust pressure increases. Even if the sub-collecting member is elastically deformed or deformed due to thermal expansion, these deformations are absorbed by the heat-resistant fiber material as a cushion material, so that the main collecting member due to the deformation of the sub-collecting member Of the main trapping member is improved.
【0041】さらに、ヒータ板を耐熱繊維材で覆ってヒ
ータユニットを形成し、このヒータユニットを渦巻状に
形成することで、ヒータ板に供給される電流は渦巻き状
に流れるので、ヒータ板は均一に発熱し、このため耐熱
繊維材に捕集した排気微粒子に少ない電力で着火させる
ことができる。また、ヒータ板を渦巻状に形成すると、
ヒータ長が大きくとれ、電気抵抗が大きくなるため、目
標のヒータ発熱量に設定できる。Further, by forming a heater unit by covering the heater plate with a heat-resistant fiber material and forming the heater unit in a spiral shape, the current supplied to the heater plate flows in a spiral shape. Then, the exhaust fine particles collected by the heat resistant fiber material can be ignited with little electric power. When the heater plate is formed in a spiral shape,
Since the heater length can be increased and the electric resistance increases, it is possible to set the target heater heat value.
【図1】この発明の第1実施例を示す排気浄化装置の全
体構成図である。FIG. 1 is an overall configuration diagram of an exhaust gas purifying apparatus showing a first embodiment of the present invention.
【図2】図1の要部の拡大された断面図である。FIG. 2 is an enlarged sectional view of a main part of FIG.
【図3】この発明の第2実施例を示す排気浄化装置の全
体構成図である。FIG. 3 is an overall configuration diagram of an exhaust gas purifying apparatus showing a second embodiment of the present invention.
【図4】この発明の第3実施例を示す副捕集部材の分解
斜視図である。FIG. 4 is an exploded perspective view of a sub-collecting member according to a third embodiment of the present invention.
【図5】図4の副捕集部材の排気流入側からの正面図で
ある。FIG. 5 is a front view of the sub-collecting member of FIG. 4 as viewed from the exhaust gas inflow side.
【図6】図5のA−A断面図である。6 is a sectional view taken along line AA of FIG.
1 排気通路 19,21 フィルタ(主捕集部材) 27,29 発泡金属フィルタ(副捕集部材,加熱手
段) 69 布(クッション材) 71,73 ステンレスフィルタ(副捕集部材,加熱手
段) 101 ヒータ板(加熱手段) 103 カバー(副捕集部材) 104 ヒータユニット1 Exhaust passage 19, 21 Filter (main collection member) 27, 29 Foam metal filter (sub collection member, heating means) 69 Cloth (cushion material) 71, 73 Stainless steel filter (sub collection member, heating means) 101 Heater Plate (heating means) 103 Cover (sub-collecting member) 104 Heater unit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−104322(JP,A) 実開 昭60−1909(JP,U) 実開 昭61−152716(JP,U) 実開 平3−118214(JP,U) 特公 昭62−49453(JP,B2) 実公 平1−15854(JP,Y2) 実公 平3−22503(JP,Y2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F01N 3/02 301 - 341 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-1-104322 (JP, A) JP-A-60-1909 (JP, U) JP-A-61-152716 (JP, U) JP-A-3-152716 118214 (JP, U) Japanese Patent Publication No. 62-49453 (JP, B2) Jiko 1-15854 (JP, Y2) Jiko 3-22503 (JP, Y2) (58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) F01N 3/02 301-341
Claims (2)
気微粒子を捕集する主捕集部材を設け、この主捕集部材
より排気微粒子の捕集効率が高く、かつ通電されること
でそれ自体が発熱し、捕集した排気微粒子を燃焼させる
加熱手段を兼ねた導電性の金属からなる副捕集部材を、
前記主捕集部材の排気上流側に、副捕集部材の変形を吸
収する耐熱繊維材からなるクッション材を介して配置し
たことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。An exhaust passage connected to an engine is provided with a main trapping member for trapping exhaust particulates in the exhaust gas, and the exhaust trapping efficiency is higher than the main trapping member, and the main trapping member is energized. A sub-collection member made of a conductive metal that also generates heat by itself and also serves as a heating means for burning the collected exhaust fine particles,
An exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, wherein the exhaust gas purifying apparatus is disposed on the exhaust upstream side of the main trapping member via a cushion member made of a heat-resistant fiber material that absorbs deformation of the sub trapping member.
気微粒子を捕集する主捕集部材を設け、この主捕集部材
より排気微粒子の捕集効率が高く、捕集される排気微粒
子を燃焼させる加熱手段を備えた副捕集部材を、主捕集
部材の排気上流側に隣接して配置し、前記副捕集部材
を、耐熱繊維材で構成する一方、加熱手段をヒータ板で
構成し、前記ヒータ板を耐熱繊維材で覆ってヒータユニ
ットを形成し、このヒータユニットを渦巻状に形成した
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。2. An exhaust passage connected to an engine is provided with a main trapping member for trapping exhaust particulates in the exhaust, the exhaust particulates having a higher collection efficiency than the main trapping member, and the collected exhaust particulates. A sub-collecting member provided with a heating means for burning is disposed adjacent to the exhaust upstream side of the main collecting member, and the sub-collecting member is made of a heat-resistant fiber material, while the heating means is a heater plate. An exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, comprising: a heater unit formed by covering the heater plate with a heat-resistant fiber material; and forming the heater unit in a spiral shape.
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