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JP3391160B2 - Exhaust particulate processing equipment for internal combustion engines - Google Patents

Exhaust particulate processing equipment for internal combustion engines

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Publication number
JP3391160B2
JP3391160B2 JP23165595A JP23165595A JP3391160B2 JP 3391160 B2 JP3391160 B2 JP 3391160B2 JP 23165595 A JP23165595 A JP 23165595A JP 23165595 A JP23165595 A JP 23165595A JP 3391160 B2 JP3391160 B2 JP 3391160B2
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JP
Japan
Prior art keywords
exhaust
filter
filter elements
internal combustion
combustion engine
Prior art date
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Application number
JP23165595A
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Japanese (ja)
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JPH0979025A (en
Inventor
靖久 北原
元啓 新沢
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
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  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気中
に含まれる排気微粒子を捕集し、捕集した排気微粒子を
処理する装置に関し、特に、排気微粒子の捕集部材の耐
久性を向上する技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for collecting exhaust particulates contained in exhaust gas of an internal combustion engine and treating the collected exhaust particulates, and more particularly, to improving durability of an exhaust particulate collecting member. Technology.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、環境保護の観点から、内燃機関の
排気中に含まれる排気微粒子〔パーティキュレート(以
下、PM)〕が大気中に排出されるのを防止するため、
排気系に設けたセラミック等からなるフィルタエレメン
ト(以下、フィルタ)によりPMを捕集除去するように
した排気微粒子処理装置が種々提案されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, from the viewpoint of environmental protection, in order to prevent exhaust particulate matter (particulate (hereinafter referred to as PM)) contained in exhaust gas of an internal combustion engine from being discharged into the atmosphere,
Various exhaust particulate processing apparatuses have been proposed in which PM is collected and removed by a filter element (hereinafter referred to as a filter) made of ceramic or the like provided in an exhaust system.

【0003】しかし、捕集されたPMがフィルタに堆積
すると、フィルタが目詰まり状態となり、フィルタが大
きな通路抵抗となって排気圧力の増大を来し、機関性能
の低下、燃費の悪化等を招く。このため、従来では、ヒ
ータやバーナ等の加熱手段を設け、この加熱手段にて捕
集されたPMを燃焼させて、フィルタの再生を行うよう
にしている。
However, when the collected PM accumulates on the filter, the filter becomes clogged, and the filter becomes a large passage resistance to increase exhaust pressure, resulting in deterioration of engine performance and deterioration of fuel consumption. . Therefore, conventionally, heating means such as a heater or a burner is provided, and PM collected by the heating means is burned to regenerate the filter.

【0004】このような従来の排気微粒子処理装置にあ
ては、再生時に再生用空気が不足することから、再生効
率の低下を来す。そこで、本出願人は、再生時に、エア
ポンプを介して再生用2次空気を供給して、再生用空気
不足を解消する技術を先に提案した(特願平6−639
94号参照)。
In such a conventional exhaust particulate treatment apparatus, the regeneration air is insufficient at the time of regeneration, resulting in a reduction in regeneration efficiency. Therefore, the present applicant has previously proposed a technique of supplying secondary air for regeneration through an air pump during regeneration to eliminate the shortage of the air for regeneration (Japanese Patent Application No. 6-639).
94).

【0005】しかし、かかる装置にあっては、再生用2
次空気を供給するための高価なエアポンプを設ける必要
があり、システム複雑化を来すと共に、再生の進行度合
いによって、エアポンプの吐出量が変動するため、再生
用2次空気がフィルタを通過するときの再生熱が持ち去
り量等が変動して、再生が安定しない。このため、本出
願人は、フィルタを内装するフィルタケースに外気連通
部を複数設け、再生時にフィルタケース内に自然対流を
発生させて、エアポンプ等を備えずとも、再生用空気を
良好にPMの燃焼に供することができるようにした技術
を次に提案した(特願平6−251785号参照)。
However, in such a device, the playback device 2
It is necessary to provide an expensive air pump for supplying the secondary air, which complicates the system and changes the discharge rate of the air pump depending on the progress of regeneration, so when the secondary air for regeneration passes through the filter. The amount of heat that is taken away from the product fluctuates and the reproduction is not stable. Therefore, the applicant of the present invention provides a plurality of outside air communicating portions in a filter case that incorporates a filter to generate natural convection in the filter case at the time of regeneration so that the regeneration air can be satisfactorily treated with PM even without an air pump or the like. Next, a technology that enables combustion was proposed (see Japanese Patent Application No. 6-251785).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな排気微粒子処理装置にあっては、同一の捕集量・圧
力損失特性を持つフィルタを組み合わせた場合、排気入
口が偏って配置されていると、図5に示すように排気入
口近傍のフィルタにPMが多く堆積してしまう。このた
め、図11に示すように、フィルタの再生時に排気入口
近傍のフィルタの温度が上がり過ぎてしまう。又、これ
を解消するには、再生間隔を短くしなければならない。
However, in such an exhaust particulate treatment apparatus, when the filters having the same trapping amount and pressure loss characteristics are combined, the exhaust inlets are arranged unevenly. As shown in FIG. 5, a large amount of PM is deposited on the filter near the exhaust inlet. For this reason, as shown in FIG. 11, the temperature of the filter near the exhaust inlet rises too much when the filter is regenerated. In order to solve this, the reproduction interval must be shortened.

【0007】そこで、本発明は、以上のような従来の実
情に鑑み、排気入口近傍のフィルタエレメントと他のフ
ィルタエレメントの捕集量・圧力損失特性を独特の関係
に特定して、フィルタエレメントへの排気微粒子の堆積
量の均一化を図ることを目的とする。
In view of the above-mentioned conventional circumstances, the present invention specifies the collection amount and pressure loss characteristics of the filter element near the exhaust inlet and other filter elements in a unique relationship, and The purpose of this is to make the amount of exhaust particulates deposited uniform.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】このため、請求項1に係
る発明は、内燃機関の排気通路に、排気中の排気微粒子
を捕集する複数のフィルタエレメントを内装するフィル
タケースを介装接続し、捕集した排気微粒子を加熱して
燃焼除去させることにより、フィルタエレメントを再生
する再生手段を備える一方、前記排気通路とフィルタケ
ースとの接続部であって、排気通路からフィルタケース
への排気導入口が、前記複数のフィルタエレメントの何
れかの近傍に偏って設けられてなる内燃機関の排気微粒
子処理装置において、前記複数のフィルタエレメントの
うち排気導入口近傍のフィルタエレメントを、その排気
微粒子捕集容量が他のフィルタエレメントのそれよりも
小さく、かつ同一排気微粒子捕集時の圧力損失が他のフ
ィルタエレメントのそれよりも大となるように設定し
た。
Therefore, in the invention according to claim 1, a filter case having a plurality of filter elements for collecting exhaust particulates in exhaust gas is installed in the exhaust passage of the internal combustion engine. The exhaust gas is introduced into the filter case from the exhaust passage while connecting the exhaust passage to the filter case while providing a regenerating means for regenerating the filter element by heating and removing the collected exhaust particulate by burning. In an exhaust particulate treatment device for an internal combustion engine, the opening of which is biased near any of the plurality of filter elements, a filter element near the exhaust introduction port of the plurality of filter elements is provided with the exhaust particulate collection. The capacity is smaller than that of other filter elements, and the pressure loss when collecting the same exhaust particulates is different from other filter elements. It was set to be larger than.

【0009】かかる請求項1に係る発明において、捕集
能力が低いが、圧力損失の大きいフィルタエレメント
を、排気入口近傍のフィルタエレメントとして設定する
ことにより、流入する排気微粒子量に差があっても、各
フィルタエレメント夫々の排気微粒子堆積量が同等にな
り、ヒータ等による再生間隔を短縮することなく、再生
時のフィルタ温度が両フィルタエレメントとも目標温度
以下に抑えられる。
In the invention according to the first aspect, by setting the filter element having a low trapping ability but a large pressure loss as the filter element near the exhaust inlet, even if there is a difference in the amount of exhaust particulates flowing in. The exhaust particulate deposition amounts of the respective filter elements become equal, and the filter temperature during regeneration can be suppressed to the target temperature or less for both filter elements without shortening the regeneration interval by the heater or the like.

【0010】そして、フィルタエレメントは、一般に排
気流通方向の肉厚が厚いほど排気微粒子捕集容量が大き
く、フィルタエレメント素材の密度が大きいほど、又、
フィルタエレメントを発泡体から構成した場合、その空
孔径が小さいほど、フィルタエレメントの圧力損失が大
きいという特性を有している。請求項2に係る発明は、
前記複数のフィルタエレメントのうち排気導入口近傍の
フィルタエレメントを、その排気流通方向の肉厚が他の
それよりも薄く、かつフィルタ素材の密度が他のフィル
タエレメントのそれよりも大となるように設定した。
The filter element generally has a larger exhaust particulate collection capacity as the wall thickness in the exhaust flow direction is larger, and as the filter element material density is larger,
When the filter element is made of foam, the smaller the pore diameter, the larger the pressure loss of the filter element. The invention according to claim 2 is
Among the plurality of filter elements, the filter element in the vicinity of the exhaust introduction port has a wall thickness in the exhaust flow direction smaller than that of the other filter element, and the density of the filter material is larger than that of the other filter elements. Set.

【0011】請求項3に係る発明は、前記複数のフィル
タエレメントを、発泡体から形成し、該複数のフィルタ
エレメントのうち排気導入口近傍のフィルタエレメント
は、その排気流通方向の肉厚が他のそれよりも薄く、か
つ発泡体の空孔径が他のフィルタエレメントのそれより
も小さく設定した。
According to a third aspect of the present invention, the plurality of filter elements are formed of foam, and the filter element near the exhaust introduction port among the plurality of filter elements has a different wall thickness in the exhaust flow direction. It was thinner than that and the pore size of the foam was set smaller than that of the other filter elements.

【0012】かかる請求項2又は3に係る発明において
は、前記特性を利用して、具体的に、複数のフィルタエ
レメントのうち排気導入口近傍のフィルタエレメント
を、その排気流通方向の肉厚が他のそれよりも薄く、か
つフィルタエレメント素材の密度を他のフィルタエレメ
ントのそれよりも大となるように設定し、又は、発泡体
の空孔径を他のフィルタエレメントのそれよりも小さく
設定することによって、請求項1に係る発明の作用をよ
り効果的に奏することができる。
[0012] In the invention according to claim 2 or 3, by utilizing the above characteristics, the filter element near the exhaust introduction port among the plurality of filter elements has a different wall thickness in the exhaust flow direction. By setting the density of the filter element material to be larger than that of other filter elements, or by setting the pore size of the foam to be smaller than that of other filter elements. The effects of the invention according to claim 1 can be more effectively exhibited.

【0013】請求項4に係る発明は、前記複数のフィル
タエレメントを、中空円筒形状に形成した。かかる請求
項4に係る発明において、フィルタエレメントを、中空
円筒形状に形成した場合、円筒の肉厚が適宜設定され
る。請求項5に係る発明は、前記複数のフィルタエレメ
ントは、繊維を芯材に巻いて中空円筒形状に形成され、
該複数のフィルタエレメントのうち排気導入口近傍のフ
ィルタエレメントは、半径方向繊維の巻き数を少なくし
て肉厚が他のフィルタエレメントのそれよりも薄く、か
つ軸方向の繊維の巻きピッチが小さく設定した。
In the invention according to claim 4, the plurality of filter elements are formed in a hollow cylindrical shape. In the invention according to claim 4, when the filter element is formed in a hollow cylindrical shape, the wall thickness of the cylinder is appropriately set. In the invention according to claim 5, the plurality of filter elements are formed into a hollow cylindrical shape by winding a fiber around a core material,
Of the plurality of filter elements, the filter element in the vicinity of the exhaust introduction port is set to have a smaller number of radial fiber windings, a thinner wall thickness than other filter elements, and a smaller axial fiber winding pitch. did.

【0014】かかる請求項5に係る発明においては、フ
ィルタエレメントを繊維を芯材に巻いて中空円筒形状に
形成した場合、フィルタエレメント素材の巻きピッチが
小さいほど、通気抵抗が大きく、フィルタエレメントの
圧力損失が大きいという特性を利用して、具体的に、複
数のフィルタエレメントのうち排気導入口近傍のフィル
タエレメントは、半径方向繊維の巻き数を少なくして肉
厚が他のフィルタエレメントのそれよりも薄く、かつ軸
方向の繊維の巻きピッチが小さく設定することにより、
請求項1に係る発明の作用をより効果的に奏することが
できる。
In the invention according to the fifth aspect, when the filter element is wound into a hollow cylindrical shape by winding a fiber around the core material, the smaller the winding pitch of the filter element material, the greater the ventilation resistance and the pressure of the filter element. By utilizing the characteristic that the loss is large, specifically, the filter element in the vicinity of the exhaust introduction port among the plurality of filter elements has a smaller number of windings of the radial fiber and has a wall thickness larger than that of other filter elements. By setting a thin and small axial winding pitch,
The effect of the invention according to claim 1 can be more effectively exhibited.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、添付された図面を参照して
本発明を詳述する。図1において、図示しない内燃機関
のエキゾーストマニホールドに接続される排気通路には
フィルタケース1が介装される。このフィルタケース1
の一端部下側には、排気通路からの排気の導入口2が形
成され、他端部上側には、主排気口3が形成されてい
る。又、フィルタケース1の排気導入口2側の端部の下
側と主排気口3側の端部の上側には、夫々連通口4,5
が開設されている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In FIG. 1, a filter case 1 is provided in an exhaust passage connected to an exhaust manifold of an internal combustion engine (not shown). This filter case 1
An inlet 2 for the exhaust gas from the exhaust passage is formed on the lower side of one end, and a main exhaust port 3 is formed on the upper side of the other end. Further, the communication ports 4 and 5 are provided below the end of the filter case 1 on the exhaust introduction port 2 side and on the upper side of the end on the main exhaust port 3 side, respectively.
Has been established.

【0016】かかるフィルタケース1内には、上側と下
側の2つの中空円筒状の多孔質性のフィルタ6,7が並
列して配設されている。各フィルタ6,7の内周面側に
は、夫々フィルタ再生手段としてのヒータ8,9が装着
されている。このヒータ8,9は、PMを燃焼させるた
めのものであり、SUS系統或いはFe−Cr−Al系
統、又はNi−Cr−Fe系統の電気発熱体を用いて形
成され、多数の排気通気孔を有している。
In the filter case 1, two hollow cylindrical porous filters 6 and 7 on the upper side and the lower side are arranged in parallel. Heaters 8 and 9 as filter regenerating means are mounted on the inner peripheral surfaces of the filters 6 and 7, respectively. The heaters 8 and 9 are for burning PM and are formed by using an electric heating element of SUS system, Fe-Cr-Al system, or Ni-Cr-Fe system, and have a large number of exhaust ventilation holes. Have

【0017】又、前記両フィルタ6,7の排気導入口2
側の端部は開放され、主排気口3側の端部は閉塞されて
いる。かかる各フィルタ6,7は、中空円筒状遮熱用鞘
10,11内に収納されており、各遮熱用鞘10,11
の周壁には2つの連通口10A,10Bと11A,11
Bが開設されている。
Further, the exhaust gas introduction port 2 of both the filters 6 and 7
The end on the side of the main exhaust port 3 is open, and the end on the side of the main exhaust port 3 is closed. The filters 6 and 7 are housed in hollow cylindrical heat shield sheaths 10 and 11, respectively.
There are two communication ports 10A, 10B and 11A, 11 on the peripheral wall of the
B is opened.

【0018】そして、フィルタ6,7において、内燃機
関からの排気がその開放端から内側へと導入され、この
導入された排気が、外周側へと通過するようになってお
り、内側から外側に排気が通過する間に、PMが捕集さ
れるようになっている。上記の構成においては、排気通
路とフィルタケース1との接続部であって、排気通路か
らフィルタケース1への排気導入口2が、前記下側のフ
ィルタ7に偏って設けられている。
Then, in the filters 6 and 7, the exhaust gas from the internal combustion engine is introduced from its open end to the inside, and the introduced exhaust gas is passed to the outer peripheral side, from the inside to the outside. PM is trapped while the exhaust gas passes through. In the above structure, the exhaust gas inlet 2 from the exhaust passage to the filter case 1 at the connecting portion between the exhaust passage and the filter case 1 is provided unevenly on the lower filter 7.

【0019】即ち、下側のフィルタ7は排気導入口2側
に設けられている。一方、各フィルタ6,7の閉塞端部
には、前記ヒータ8,9に通電するための電極12,1
3が設けられ、該電極12,13はフィルタケース1と
は電気的に絶縁されて外部に導出されるようになってい
る。各フィルタ6,7の開放端部は、フィルタケース1
によって接地されている。
That is, the lower filter 7 is provided on the exhaust introduction port 2 side. On the other hand, electrodes 12 and 1 for energizing the heaters 8 and 9 are provided at closed ends of the filters 6 and 7, respectively.
3 is provided, and the electrodes 12 and 13 are electrically insulated from the filter case 1 and led out to the outside. The open ends of the filters 6 and 7 are the filter case 1
Grounded by.

【0020】前記電極12,13は、再生スイッチ1
4、再生用タイマ・リレー15、再生警告ランプ16等
からなるヒータ駆動回路17を介してバッテリ18に接
続され、後述するように所定条件の下、内燃機関の運転
停止時にバッテリ18を介して所定時間、例えば10分
間通電加熱さるようになっている。尚、フィルタケース
1内のフィルタ6,7の上流側の通路には、フィルタ
6,7の再生時期を検出する排気圧力センサ19が設け
られており、該排気圧力センサ19等でフィルタ再生時
期検出手段が構成される。
The electrodes 12 and 13 are the reproduction switch 1
4, a timer / relay 15 for regeneration, a regeneration warning lamp 16 and the like, which is connected to a battery 18 via a heater drive circuit 17, and under a predetermined condition as described later, a predetermined amount is determined via the battery 18 when the internal combustion engine is stopped. It is adapted to be electrically heated for a time, for example, 10 minutes. An exhaust pressure sensor 19 for detecting the regeneration timing of the filters 6, 7 is provided in the passage on the upstream side of the filters 6, 7 in the filter case 1. The exhaust pressure sensor 19 or the like detects the filter regeneration timing. Means are configured.

【0021】かかる構成の排気微粒子処理装置の作用を
説明すると、フィルタ6,7でPMを捕集する場合は、
フィルタ6,7に排気を通過させる。又、フィルタ6,
7が再生時期の場合、機関を停止し、ヒータ駆動回路1
7を機関の停止後に駆動して、ヒータ8,9に通電を行
って、フィルタ6,7の再生を開始する。ヒータ8,9
への通電によって、フィルタ6,7が加熱され、該フィ
ルタ6,7に捕集堆積したPMが燃焼除去される。
The operation of the exhaust particulate treatment apparatus having the above-mentioned structure will be described. When the PM is collected by the filters 6 and 7,
The exhaust gas is passed through the filters 6 and 7. In addition, the filter 6,
When 7 is the regeneration time, the engine is stopped and the heater drive circuit 1
7 is driven after the engine is stopped, the heaters 8 and 9 are energized, and the regeneration of the filters 6 and 7 is started. Heaters 8 and 9
By energizing, the filters 6 and 7 are heated, and the PM collected and accumulated on the filters 6 and 7 is burned and removed.

【0022】ここで、請求項1に係る発明の実施形態に
おいては、前述したように、排気通路からフィルタケー
ス1への排気導入口2が、前記下側のフィルタ7に偏っ
て設けられている構成を前提として、2つのフィルタ
6,7のうち排気導入口2近傍のフィルタ7を、そのP
M捕集容量が他のフィルタ6のそれよりも小さく、かつ
同一PM捕集時の圧力損失(以下、圧損と言う)が他の
フィルタ6のそれよりも大となるように設定してある。
Here, in the embodiment of the invention according to claim 1, as described above, the exhaust introduction port 2 from the exhaust passage to the filter case 1 is provided so as to be biased to the lower filter 7. Assuming the configuration, the filter 7 in the vicinity of the exhaust introduction port 2 of the two filters 6 and 7 is
The M trapping capacity is set to be smaller than that of the other filters 6, and the pressure loss (hereinafter referred to as pressure loss) at the same PM trapping time is set to be larger than that of the other filters 6.

【0023】フィルタは、一般に排気流通方向の肉厚が
厚いほどPM捕集容量が大きく、フィルタ素材の密度が
大きいほどフィルタの圧損が大きいという特性を有して
いる(図4(A),(B)参照)。従って、請求項2に
係る発明の実施形態においては、図2に示すように、下
側フィルタ7の厚みtをt1 とすると共に、密度γをγ
1 とし、図3に示すように、上側フィルタ6の厚みtを
2 とすると共に、密度γをγ2 としたとき、t1<t
2 ,γ1 <γ2 の関係に設定してある。
Generally, the filter has the characteristics that the thicker the wall thickness in the exhaust flow direction is, the larger the PM trapping capacity is, and the higher the density of the filter material is, the larger the pressure loss of the filter is (FIG. 4 (A), ( See B)). Therefore, in the embodiment of the invention according to claim 2, as shown in FIG. 2, the thickness t of the lower filter 7 is t 1 and the density γ is γ.
As shown in FIG. 3, when the thickness t of the upper filter 6 is t 2 and the density γ is γ 2 , t 1 <t
2 and γ 12 are set.

【0024】図5(A),(B)は、従来例におけるフ
ィルタケースへの流入PM量と、PM堆積量及びフィル
タ圧損との関係を示す図であり、かかる図からも明らか
なように、再生時期をフィルタ2本平均の圧損で検出し
ているため、排気導入口が各フィルタに対して偏って配
置されている場合、各フィルタへの流入PM量に差が生
じ、同じ捕集量・圧損特性を有するフィルタを組み合わ
せると、PM堆積量にアンバランスが生じ、一方のフィ
ルタは、目標とするPM堆積量を著しく越える。
FIGS. 5 (A) and 5 (B) are diagrams showing the relationship between the amount of PM flowing into the filter case, the amount of PM accumulation and the filter pressure loss in the conventional example. Since the regeneration time is detected by the average pressure loss of the two filters, if the exhaust inlets are arranged in a biased manner with respect to each filter, there will be a difference in the amount of PM flowing into each filter, and the same trapping amount The combination of filters having pressure drop characteristics causes an imbalance in the PM deposition amount, and one of the filters significantly exceeds the target PM deposition amount.

【0025】これに対して、図6(A),(B)は、上
記実施形態におけるフィルタケースへの流入PM量と、
PM堆積量及びフィルタ圧損との関係を示す図であり、
かかる図からも明らかなように、排気流通方向の肉厚が
厚いほどPM捕集容量が大きく、フィルタ素材の密度が
大きいほどフィルタの圧損が大きいという特性を利用し
て、捕集能力が低いが、圧損の大きいフィルタを、排気
入口近傍の下側フィルタ7にすることにより、流入する
PM量に差があっても(下側フィルタ7の方が上側フィ
ルタ6よりもPM流入量が多い)、上側フィルタ6と下
側フィルタ7夫々のPM堆積量を同等にすることがで
き、ヒータによる再生間隔を短縮することなく、再生時
のフィルタ温度を両フィルタ6,7とも目標温度以下に
抑えることができる。
On the other hand, FIGS. 6A and 6B show the amount of PM flowing into the filter case in the above embodiment,
It is a figure which shows the relationship with PM accumulation amount and filter pressure loss,
As is clear from this figure, the trapping ability is low by utilizing the characteristics that the thicker the wall in the exhaust flow direction is, the larger the PM trapping capacity is, and the higher the density of the filter material is, the larger the pressure loss of the filter is. By using a filter with a large pressure loss as the lower filter 7 near the exhaust inlet, even if there is a difference in the inflowing PM amount (the lower filter 7 has a larger PM inflow amount than the upper filter 6), The PM accumulation amounts of the upper filter 6 and the lower filter 7 can be equalized, and the filter temperature during regeneration can be suppressed to the target temperature or less for both filters 6 and 7 without shortening the regeneration interval by the heater. it can.

【0026】次に、請求項3に係る発明の実施形態にお
いては、前記2つのフィルタ6,7を、夫々発泡体から
形成し、2つのフィルタ6,7のうち排気導入口2近傍
の下側フィルタ7を、その排気流通方向の肉厚が他のそ
れよりも薄く、かつ発泡体の空孔径が上側フィルタ6の
それよりも小さく設定するようにしている。即ち、前記
発泡体としては、素材に空孔を有し、空孔の大きさ、密
度が自由に変えられるものを適用し、例えば、セラミッ
ク、焼結金属、発泡金属、Sic等を用いる。
Next, in the embodiment of the invention according to claim 3, the two filters 6 and 7 are each formed of foam, and the lower side of the two filters 6 and 7 in the vicinity of the exhaust introduction port 2 is formed. The thickness of the filter 7 in the exhaust flow direction is set to be smaller than that of the other filters, and the pore diameter of the foam is set to be smaller than that of the upper filter 6. That is, as the foamed material, a material having pores in which the size and density of the pores can be freely changed is applied, and for example, ceramic, sintered metal, foamed metal, Sic, or the like is used.

【0027】フィルタ6,7の保持は、金属素材の場合
は、溶接により行い、非金属は両端部をガスケット等を
介してケース内に保持する構造とする。従って、図7に
示すように、下側フィルタ7の厚みtをt1 とすると共
に、その空孔径dをd1 とし、図8に示すように、上側
フィルタ6の厚みtをt2 とすると共に、その空孔径d
をd2 としたとき、t1 <t2 ,d1 <d2 の関係に設
定してある。
In the case of a metal material, the filters 6 and 7 are held by welding, and the non-metal has a structure in which both ends are held in the case via gaskets or the like. Therefore, as shown in FIG. 7, the thickness t of the lower filter 7 is set to t 1 , the pore diameter d is set to d 1, and the thickness t of the upper filter 6 is set to t 2 as shown in FIG. Together with the pore diameter d
The when the d 2, is set to the relationship of t 1 <t 2, d 1 <d 2.

【0028】かかる実施形態の構成においては、排気流
通方向の肉厚が厚いほどPM捕集容量が大きく、フィル
タ素材の空孔径が小さいほどフィルタの圧損が大きいと
いう特性を利用して、捕集能力が低いが、圧損の大きい
フィルタを、排気入口近傍の下側フィルタ7にすること
により、再生時のフィルタ温度を両フィルタ6,7とも
目標温度以下に抑えることができる。
In the structure of this embodiment, the trapping capacity is utilized by utilizing the characteristics that the thicker the wall in the exhaust flow direction, the larger the PM trapping capacity, and the smaller the pore diameter of the filter material, the larger the pressure loss of the filter. However, the filter temperature at the time of regeneration of both filters 6 and 7 can be suppressed to the target temperature or less by using the lower filter 7 near the exhaust inlet as the filter having a large pressure loss.

【0029】次に、請求項5に係る発明の実施形態にお
いては、2つのフィルタ6,7を、耐熱・耐酸化性に優
れた繊維、例えば、セラミック、ガラスファイバー等を
芯材に巻いて中空円筒形状に形成し、該2つのフィルタ
6,7のうち排気導入口2近傍の下側フィルタ7を、半
径方向繊維の巻き数を少なくして肉厚が上側フィルタ6
のそれよりも薄く、かつ軸方向の繊維の巻きピッチが小
さく設定してある。
Next, in the embodiment of the invention according to claim 5, the two filters 6 and 7 are hollow by winding a fiber excellent in heat resistance and oxidation resistance, for example, ceramic or glass fiber around a core material. Of the two filters 6 and 7, the lower filter 7 in the vicinity of the exhaust introduction port 2 is formed into a cylindrical shape, and the wall thickness of the lower filter 7 is reduced by reducing the number of windings of radial fibers.
It is thinner than that and the winding pitch of the fiber in the axial direction is set smaller.

【0030】即ち、図9に示すように、下側フィルタ7
の厚みtをt1 とすると共に、その巻きピッチpをp1
とし、図9に示すように、上側フィルタ6の厚みtをt
2 とすると共に、その巻きピッチpをp2 としたとき、
1 <t2 ,p1 <p2 の関係に設定してある。かかる
実施形態の構成においても、上述したように、排気流通
方向の肉厚が厚いほどPM捕集容量が大きく、フィルタ
素材の巻きピッチが小さいほど、通気抵抗が大きく、フ
ィルタの圧損が大きいという特性を利用して、捕集能力
が低いが、圧損の大きいフィルタを、排気導入口2近傍
の下側フィルタ7にすることにより、再生時のフィルタ
温度を両フィルタとも目標温度以下に抑えることができ
る。
That is, as shown in FIG. 9, the lower filter 7
The thickness t with the t 1 of, p 1 the winding pitch p
Then, as shown in FIG. 9, the thickness t of the upper filter 6 is t
2 and the winding pitch p is p 2 ,
The relations of t 1 <t 2 and p 1 <p 2 are set. Also in the configuration of this embodiment, as described above, the larger the wall thickness in the exhaust flow direction, the larger the PM collection capacity, and the smaller the winding pitch of the filter material, the larger the ventilation resistance and the larger the pressure loss of the filter. By using a filter having a low trapping ability but a large pressure loss as the lower filter 7 in the vicinity of the exhaust gas introduction port 2, the filter temperature at the time of regeneration can be suppressed to the target temperature or less for both filters. .

【0031】[0031]

【発明の効果】以上説明したように、請求項1に係る発
明によれば、流入する排気微粒子量に差があっても、各
フィルタエレメント夫々の排気微粒子堆積量が同等にな
り、再生間隔を短縮することなく、再生時のフィルタエ
レメント温度が両エレメントフィルタとも目標温度以下
に抑えることができる。
As described above, according to the invention of claim 1, even if there is a difference in the amount of exhaust particulate matter that flows in, the exhaust particulate matter deposition amounts of the respective filter elements become equal, and the regeneration interval is set. Without shortening, the filter element temperature during regeneration can be suppressed below the target temperature for both element filters.

【0032】請求項2又は3に係る発明によれば、具体
的に、複数のフィルタエレメントのうち排気導入口近傍
のフィルタエレメントを、その排気流通方向の肉厚が他
のそれよりも薄く、かつフィルタ素材の密度を他のフィ
ルタエレメントのそれよりも大となるように設定し、又
は、発泡体の空孔径を他のフィルタエレメントのそれよ
りも小さく設定することによって、請求項1に係る発明
の作用をより効果的に奏することができる。
According to the second or third aspect of the invention, specifically, among the plurality of filter elements, the filter element in the vicinity of the exhaust introduction port has a smaller wall thickness in the exhaust flow direction than the other filter elements, and The density of the filter material is set to be larger than that of the other filter element, or the pore diameter of the foam is set to be smaller than that of the other filter element. The effect can be exhibited more effectively.

【0033】請求項4に係る発明によれば、フィルタエ
レメントを、中空円筒形状に形成した場合、円筒の肉厚
が適宜設定することにより、排気微粒子捕集容量を変更
できる。請求項5に係る発明によれば、フィルタエレメ
ントを繊維を芯材に巻いて中空円筒形状に形成した場
合、フィルタエレメント素材の巻きピッチが小さいほ
ど、通気抵抗が大きく、フィルタエレメントの圧力損失
が大きいという特性を利用して、具体的に、複数のフィ
ルタエレメントのうち排気導入口近傍のフィルタエレメ
ントは、半径方向繊維の巻き数を少なくして肉厚が他の
フィルタエレメントのそれよりも薄く、かつ軸方向の繊
維の巻きピッチが小さく設定することにより、請求項1
に係る発明の作用をより効果的に奏することができる。
According to the invention of claim 4, when the filter element is formed in a hollow cylindrical shape, the exhaust particulate collection capacity can be changed by appropriately setting the wall thickness of the cylinder. According to the invention of claim 5, when the filter element is formed by winding a fiber around a core material to form a hollow cylindrical shape, the smaller the winding pitch of the filter element material, the greater the ventilation resistance and the greater the pressure loss of the filter element. Specifically, the filter element in the vicinity of the exhaust introduction port among the plurality of filter elements has a wall thickness smaller than that of other filter elements by reducing the number of radial fibers wound, and The method according to claim 1, wherein the winding pitch of the fibers in the axial direction is set small.
The effects of the invention according to can be more effectively exhibited.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 請求項1に係る発明の一実施形態の概略図FIG. 1 is a schematic view of an embodiment of the invention according to claim 1.

【図2】 請求項2に係る発明の一実施形態における下
側フィルタの構成を示す図で、(A)は平面図、(B)
は側面断面図
2A and 2B are diagrams showing a configuration of a lower filter in one embodiment of the invention according to claim 2, wherein FIG. 2A is a plan view and FIG.
Is a side sectional view

【図3】 請求項2に係る発明の一実施形態における上
側フィルタの構成を示す側面断面図
FIG. 3 is a side sectional view showing a configuration of an upper filter in one embodiment of the invention according to claim 2;

【図4】 フィルタへの流入PM量と、PM堆積量とフ
ィルタ圧損の関係を示す特性図
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the amount of PM flowing into the filter, the amount of PM accumulation, and the pressure loss of the filter.

【図5】 従来例におけるフィルタケースへの流入PM
量と、PM堆積量及びフィルタ圧損との関係を示す特性
FIG. 5: Inflow PM into the filter case in the conventional example
Diagram showing the relationship between the amount of PM, the amount of PM accumulated and the pressure loss of the filter

【図6】 請求項2に係る発明の実施形態におけるフィ
ルタケースへの流入PM量と、PM堆積量及びフィルタ
圧損との関係を示す特性図
FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the amount of PM flowing into the filter case, the amount of PM accumulation, and the filter pressure loss in the embodiment of the invention according to claim 2;

【図7】 請求項3に係る発明の一実施形態における下
側フィルタの構成を示す図で、(A)は平面図、(B)
は側面断面図
7A and 7B are diagrams showing a configuration of a lower filter in one embodiment of the invention according to claim 3, wherein FIG. 7A is a plan view and FIG.
Is a side sectional view

【図8】 請求項3に係る発明の一実施形態における上
側フィルタの構成を示す側面断面図
FIG. 8 is a side sectional view showing a configuration of an upper filter in an embodiment of the invention according to claim 3;

【図9】 請求項5に係る発明の一実施形態における下
側フィルタの構成を示す図で、(A)は平面図、(B)
は側面断面図
9A and 9B are diagrams showing a configuration of a lower filter in one embodiment of the invention according to claim 5, wherein FIG. 9A is a plan view and FIG.
Is a side sectional view

【図10】 請求項5に係る発明の一実施形態における上
側フィルタの構成を示す図で、(A)は平面図、(B)
は側面断面図
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of an upper filter in one embodiment of the invention according to claim 5, (A) is a plan view, and (B) is a diagram.
Is a side sectional view

【図11】 従来の問題点を説明する特性図FIG. 11 is a characteristic diagram illustrating conventional problems.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 フィルタケース 2 排気導入口 6 上側フィルタ 7 下側フィルタ 8,9 ヒータ 1 filter case 2 Exhaust inlet 6 Upper filter 7 Lower filter 8,9 heater

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−28505(JP,A) 特開 平1−143618(JP,A) 特開 平4−231614(JP,A) 特開 平6−264711(JP,A) 特開 平6−264721(JP,A) 特開 平7−34855(JP,A) 特開 平7−54636(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F01N 3/02 ─────────────────────────────────────────────────── --- Continuation of the front page (56) Reference JP-A-58-28505 (JP, A) JP-A-1-143618 (JP, A) JP-A-4-231614 (JP, A) JP-A-6- 264711 (JP, A) JP-A-6-264721 (JP, A) JP-A-7-34855 (JP, A) JP-A-7-54636 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) F01N 3/02

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】内燃機関の排気通路に、排気中の排気微粒
子を捕集する複数のフィルタエレメントを内装するフィ
ルタケースを介装接続し、捕集した排気微粒子を加熱し
て燃焼除去させることにより、フィルタエレメントを再
生する再生手段を備える一方、前記排気通路とフィルタ
ケースとの接続部であって、排気通路からフィルタケー
スへの排気導入口が、前記複数のフィルタエレメントの
何れかの近傍に偏って設けられてなる内燃機関の排気微
粒子処理装置において、 前記複数のフィルタエレメントのうち排気導入口近傍の
フィルタエレメントを、その排気微粒子捕集容量が他の
フィルタエレメントのそれよりも小さく、かつ同一排気
微粒子捕集時の圧力損失が他のフィルタエレメントのそ
れよりも大となるように設定したことを特徴とする内燃
機関の排気微粒子処理装置。
1. An exhaust gas passage of an internal combustion engine is provided with a filter case containing a plurality of filter elements for collecting exhaust particulates in exhaust gas, and the collected exhaust particulates are heated and burned and removed. While providing a regenerating means for regenerating the filter element, an exhaust gas introduction port from the exhaust passage to the filter case, which is a connecting portion between the exhaust passage and the filter case, is biased near any one of the plurality of filter elements. In an exhaust particulate treatment device for an internal combustion engine, the filter element near the exhaust introduction port of the plurality of filter elements has an exhaust particulate collection capacity smaller than that of other filter elements, and has the same exhaust gas. It is characterized in that the pressure loss during particulate collection is set to be larger than that of other filter elements. Exhaust particulate treatment device for internal combustion engine.
【請求項2】前記複数のフィルタエレメントのうち排気
導入口近傍のフィルタエレメントは、その排気流通方向
の肉厚が他のそれよりも薄く、かつフィルタ素材の密度
が他のフィルタエレメントのそれよりも大となるように
設定されたことを特徴とする請求項1記載の内燃機関の
排気微粒子処理装置。
2. The filter element in the vicinity of the exhaust introduction port of the plurality of filter elements has a wall thickness in the exhaust flow direction smaller than that of the other filter elements and a filter material density higher than that of the other filter elements. The exhaust particulate treatment device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the exhaust particulate treatment device is set to be large.
【請求項3】前記複数のフィルタエレメントは、発泡体
から形成され、該複数のフィルタエレメントのうち排気
導入口近傍のフィルタエレメントは、その排気流通方向
の肉厚が他のそれよりも薄く、かつ発泡体の空孔径が他
のフィルタエレメントのそれよりも小さく設定されたこ
とを特徴とする請求項1記載の内燃機関の排気微粒子処
理装置。
3. The plurality of filter elements are formed of foam, and the filter element near the exhaust introduction port of the plurality of filter elements has a wall thickness in the exhaust flow direction smaller than that of the other filter elements. The exhaust particle treating apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the pore diameter of the foam is set smaller than that of the other filter elements.
【請求項4】前記複数のフィルタエレメントは、中空円
筒形状に形成されたことを特徴とする請求項1〜3のう
ちいずれか1つに記載の内燃機関の排気微粒子処理装
置。
4. The exhaust particulate treatment system for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the plurality of filter elements are formed in a hollow cylindrical shape.
【請求項5】前記複数のフィルタエレメントは、繊維を
芯材に巻いて中空円筒形状に形成され、該複数のフィル
タエレメントのうち排気導入口近傍のフィルタエレメン
トは、半径方向繊維の巻き数を少なくして肉厚が他のフ
ィルタエレメントのそれよりも薄く、かつ軸方向の繊維
の巻きピッチが小さく設定されたことを特徴とする請求
項1記載の内燃機関の排気微粒子処理装置。
5. The plurality of filter elements are formed in a hollow cylindrical shape by winding a fiber around a core material, and the filter element near the exhaust introduction port among the plurality of filter elements has a small number of windings in the radial direction. 2. The exhaust particulate treatment system for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the wall thickness is set smaller than that of the other filter elements and the winding pitch of the fibers in the axial direction is set smaller.
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