JP4382316B2

JP4382316B2 - Exhaust gas purifying device having frame reinforcing member

Info

Publication number: JP4382316B2
Application number: JP2001369907A
Authority: JP
Inventors: 寛松岡; 敬治岸下
Original assignee: 株式会社Ｅｓｒ
Priority date: 2001-12-04
Filing date: 2001-12-04
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2021-12-04
Also published as: JP2003172128A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は，エンジンから排出される排気ガスに含まれるパティキュレート物質をフィルタで捕集し，捕集されたパティキュレート物質をフィルタに設けたヒータに通電して加熱焼却してフィルタを再生する排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来，ディーゼルパティキュレートフィルタ即ち排気ガス浄化装置として，ディーゼルエンジンから排気される排気ガス中には，浮遊粒子のカーボン，すす，ＨＣ，ＳＯ_X等から成るパティキュレート物質を除去するため，セラミックス繊維を積層した構造のフィルタ，或いは多孔質セラミックスから成るハニカム構造のフィルタが使用されている。フィルタがパティキュレート物質を捕集する場合には，セラミックス繊維材のフィルタにパティキュレート物質の粒子が引っ掛かり，これらの粒子が逐次大きくなり，隣接する繊維材間の隙間を埋めながら堆積していく。また，パティキュレート物質を捕集したフィルタは，パティキュレート物質を加熱焼却して再生する必要があり，その時にフィルタに設けたヒータに通電してパティキュレート物質を加熱焼却してフィルタを再生しなければならない。フィルタの再生には，多量の電力が必要であり，その多量の電力を得るため，エンジンには，例えば，永久磁石式発電機が設けられている。
【０００３】
また，実開昭６１−１４９７１５号公報に開示されているディーゼルパティキュレート排気処理装置は，排気ガス流路内に配設された排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ部材と，該フィルタ部材の排気ガス流入方向端部に近接して配設されたパティキュレートを着火燃焼させるヒータ部材とを有し，更にフィルタ部材中に排気ガスの流れる方向に貫通するように設けられた空洞と，該空洞へ流れる排気ガスの流量を捕集されたパティキュレートを着火燃焼させる時に増加させる流量制御機構とを有する。
【０００４】
また，特開平８−３１２３２９号公報に開示された自己再生機能を持つディーゼルパティキュレートフィルタ装置は，パティキュレートの着火温度を低下させ，通電金網への電力の供給を低減できるものであり，排気系に設けた一対の排気ガス通路にフィルタをそれぞれ配置し，各フィルタに通電金網と酸化反応温度を低下させる酸化触媒用金網を配置したものである。該ディーゼルパティキュレートフィルタ装置は，排気ガス通路に設けたシャッタ弁を，所定値以上の排圧に応答して排気ガス流量を自動的に絞るように作動させ，酸化触媒用金網によってパティキュレートの着火温度が低下し，シャッタ弁を閉鎖すると、パティキュレートは容易に着火燃焼する。
【０００５】
また，特開平８−１４４７３８号公報に開示されたパティキュレートフィルタは，フィルタの両端部の各々に，フィルタ内側に波形の凹部及び凸部に係合する凸部及び凹部を有する円筒形の第一手段を設け，フィルタ外側に波形の凹部に形成する凸部を有する第二手段を設け，更に第二手段の外側にフィルタをその厚さ方向に締め付けるための円筒形の締め付け手段を設けたものである。
【０００６】
また，ディーゼルパティキュレートフィルタを構成するフィルタは，セラミックス不織布を用いたものが知られている（例えば，特許第３１６４９６６号参照）。ディーゼルパティキュレートフィルタは，排気ガス中に含まれるパティキュレート物質を捕集するフィルタをセラミックス不織布で作製し，捕集効率を向上させ，セラミックス不織布の繊維飛散性を低下させ，耐久性及び耐腐食性を向上させたものであり，セラミックスフィルタをセラミックス不織布で内側と外側との間で周方向に順次に襞状に折り曲げて筒状に形成し，セラミックス不織布の目付け重量を２００〜３５０ｇ／ｍ²の範囲に設定し，セラミックス不織布の繊維長を３５ｍｍ以上に調整し，フィルタに捕集されたパティキュレート物質を加熱焼却するためセラミックス不織布から成るフェルトに排気ガス流入側に金網ヒータを配設し，フェルトの排気ガス流入側の全面を金網ヒータによって囲んだものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，上記のようなディーゼルパティキュレート排気処理装置は，フィルタに近接して配設されたヒータによって捕集されたカーボン，スモーク等のパティキュレートを着火燃焼し，フィルタを再生している。従って，排気ガス浄化装置は，フィルタの先端以外の領域の再生には火炎の伝播を利用しており，フィルタへのすす付着の不均一さにより未燃焼すすによる再生不良や異常燃焼によるフィルタの溶損，それらによる熱応力によるフィルタの破損が発生することが問題になっている。従来のディーゼルパティキュレートフィルタは，２個のフィルタを設けたものであり，一方のフィルタによって排気ガス中に含まれるパティキュレート物質を捕集し，他方のフィルタに捕集されたパティキュレート物質をヒータに通電してフィルタを再生している。そのため，該ディーゼルパティキュレートフィルタでは，排気ガス中のパティキュレート物質を捕集するフィルタの有効活用できる割合は，１個のフィルタが再生処理されるシステムとなり，５０％と低くなる。また，フィルタを再生処理するために消費電力が大きく，車両等が有する電力では不足するのが現状である。
【０００８】
また，従来のディーゼルパティキュレートフィルタに使用されているフィルタは，セラミックス繊維材で筒状で襞状に折り曲げられて表面積が大きくなる形状に形成されているが，パティキュレート物質を加熱燃焼させる時にフィルタとその雰囲気温度は上昇し，その上昇温度によって襞状の円筒体が熱変形するので，その形状を維持するため，襞状のフィルタの折り曲げ部を耐熱性セラミックス等で補強しなければならず，また，フィルタが円筒状であるためハウジング内への配設が複雑になり，フィルタの部品点数が多くなり，製造コストがアップするという問題があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は，上記の課題を解決することであり，排気ガス中のパティキュレート物質を捕集するフィルタを周方向にコルゲート状に折り曲げて全体的に筒体に形成し，その筒体の形状を保持するため，フィルタに骨組用補強部材を組み込み，繰り返しの熱負荷によってフィルタが変形するのを防止し，更に，ハウジングを分割した少なくとも３個の区画室にフィルタをそれぞれ配設し，少なくとも２個のフィルタによって排気ガスに含まれるパティキュレート物質を捕集し，フィルタの捕集有効活用率をアップすると共に，ヒータの通電によってフィルタに捕集されたパティキュレート物質を加熱焼却し，ヒータへ供給する消費電力を低減してフィルタの加熱焼却を短時間に確実に達成してフィルタを順次再生し，全体構造を簡単化して高強度のフィルタに構成されている排気ガス浄化装置を提供することである。
【００１０】
この発明は，エンジンからの排気ガスを排出する排気管に接続されたハウジング，及び前記ハウジング内に配置された前記排気ガスに含まれるパティキュレート物質を捕集し且つ捕集された前記パティキュレート物質を加熱焼却して再生されるフィルタを有する排気ガス浄化装置において，
前記ハウジングは，前記排気管に連通した前記排気ガスが送り込まれるガス室を形成する入口管，前記ガス室に排気ガス入口を通じてそれぞれ接続し且つ隔壁によって少なくとも３個以上に分割され且つ前記フィルタが内外周に排気ガス通路を形成してそれぞれ配置された区画室，及び前記区画室の出口に接続され且つ前記区画室から送り出される前記排気ガスを集合する集合管を有し，
前記区画室の前記排気ガス入口には前記排気ガス入口を開閉するための開閉弁がそれぞれ配置され，
前記フィルタは，セラミックス不織布，金網及びヒータから周方向にコルゲート状に折り曲げられて全体的に筒体に形成され，前記筒体のコルゲート形状を補強保持するための骨組用補強部材を有し，
前記骨組用補強部材は，前記ハウジングの前記排気ガスの流入側に位置する前記筒体の端部に配置され且つ外周に前記筒体の内周側山部に対応する形状の突起部を備えた円盤部材，及び前記ハウジングの前記排気ガスの流出側に位置する前記筒体の端部と長手方向の所定箇所とに配置され且つ外周に前記筒体の内周側山部に対応する形状の突起部を備えたリング部材を有し，
前記区画室内に配置された前記フイルタの外周には前記排気ガス通路が形成され，前記フィルタの前記端部に固定された前記円盤部材及び／又は前記リング部材は，前記フィルタの熱膨張を許容するばね部材によって前記ハウジングに取り付けられて前記フイルタが前記ハウジングに支持されていることを特徴とする排気ガス浄化装置に関する。
【００１１】
前記骨組用補強部材は，前記筒体の前記端部にそれぞれ配置された前記円盤部材と前記リング部材との間で且つ前記円盤部材と前記リング部材との前記突起部間の谷部に配置された樋状フレームを有する。特に，前記樋状フレームは，少なくとも長手方向の熱膨張量を小さくするためフェライト系ステンレススチール等の熱膨張の小さい金属材料で作製されている。また，前記骨組用補強部材の前記円盤部材と前記リング部材とは，オーステナイト系ステンレススチール等の金属材料で作製されている。
【００１２】
前記フィルタは，耐熱性に優れた前記セラミックス不織布，前記セラミックス不織布を前記排気ガスの流れの上下流方向から挟み込んで保持する一対の前記金網，及び前記セラミックス不織布内に埋め込まれ且つ前記フィルタに捕集された前記パティキュレート物質を加熱焼却するための前記ヒータから成る５層構造に形成されている。
【００１３】
この排気ガス浄化装置は，前記排気管からの前記排気ガスを前記区画室へ送り込むため前記開閉弁を開放制御すると共に前記フィルタに捕集された前記パティキュレート物質を加熱焼却して前記フィルタを再生するため前記開閉弁を閉鎖制御すると共に前記フィルタに設けたヒータを通電制御するコントローラを有する
【００１４】
この排気ガス浄化装置は，前記ハウジング内で前記フィルタの外側に形成される前記排気ガス通路には，前記フィルタの長手方向に沿って延びる筒状の反射板が支持部材によって配置されており，前記反射板は，前記フィルタに設けられたヒータに通電して前記フィルタに捕集された前記パティキュレート物質を加熱焼却する再生時に発生する熱を反射するものである。
【００１５】
この排気ガス浄化装置は，上記のように構成されているので，フィルタが受ける熱負荷によってフィルタが熱変形するのを防止でき，常に好ましいコルゲート状即ち蛇腹形状を維持でき，排気ガス中のパティキュレート物質に対した大きな捕集面積を常に確保することができる。また，骨組用補強部材における排気ガス入口側に位置する部材を円盤部材に且つ排気ガス出口側に位置する部材をリング部材に形成することによって補強と排気ガス流れのガイドとの両機能を果たし，排気ガスはフィルタに形成された排気ガス通路の外側から内側へ流れることになり，フィルタの端部内側を閉鎖するための別途の遮蔽プレートを必要としない。
【００１６】
また，この排気ガス浄化装置は，ハウジング内を隔壁によって分割された３個以上の区画室にフィルタがそれぞれ配置して前記区画室に開閉弁をそれぞれ配置したので，その内の１個のフィルタを再生し，２個以上で排気ガス中のパティキュレート物質を捕集するように制御でき，パティキュレート物質による目詰まり状態の異なる少なくとも３個のフィルタの交互の再生処理を行うことができ，それによって排気ガス中のパティキュレート物質を捕集するフィルタの捕集有効活用率をアップさせると共に，１個のフィルタの再生処理をすることになり，ヒータに通電するのに必要な電力消費を従来のような２個のフィルタを交互に再生する場合に比較して低減することができる。また，この排気ガス浄化装置は，パティキュレート物質の捕集作動を３個のうち２個で行うので，１個で行う場合に比較して排気ガスの捕集経過時間における圧力損失の変化を低くし，例えば，２／３以下に抑えることができ，ＮＯ_Xの発生を低減するためにＥＧＲ処理を行う場合でも排気ガス圧の変動が大幅に低減できるため，スムースなＥＧＲを行うことができ，従って，パティキュレート物質を効率的に捕集すると共に，ＥＧＲによるＮＯ_Xの発生を低減することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下，図面を参照して，この発明による排気ガス浄化装置の実施例を説明する。この排気ガス浄化装置は，エンジンから排出される排気ガスに含まれるカーボン，すす，ＨＣ，ＳＯ_X等から成るパティキュレート物質をハウジング１内に配設したフィルタ２で捕集し，フィルタ２に捕集されたパティキュレート物質をフィルタ２に設けたヒータ６に通電して加熱焼却し，フィルタ２を再生するものであり，車両に搭載するのに最適のものである。
【００１８】
この排気ガス浄化装置は，図１，図４に示すように，ハウジング１がエンジンからの排気ガスが流入する入口側排気管１１と浄化された排気ガスが排出する出口側排気管１２とに接続され，入口側排気管１１は，エンジンで発生した排気ガスが排出される排気管（図示せず）に接続されて組み込まれている。この排気ガス浄化装置は，車両のボディやフレームに対してブラケット等で簡単に取り付けることができ，例えば，消音機能を有するので既存の車両に設けたマフラーの代わりにマフラーの設置場所に容易に取り付けることもできる。また，この排気ガス浄化装置は，ハウジング１の外面を遮熱部材等で容易に遮熱構造に構成でき，車両等への熱による障害が発生しないように構成できることは勿論である。
【００１９】
ハウジング１は，図７に示すように，隔壁４によって少なくとも３個以上（図２，３，７では３個）の区画室３に分割され，区画室３にはフィルタ２がその外側に排気ガス通路３３を形成するようにそれぞれ配置されている。フィルタ２は，一端がフィルタ保持パイプ７１によってハウジング１にそれぞれ保持されると共に，他端が支持部材４７によってねじ４９等でハウジング１にそれぞれ支持されている。また，フィルタ２の外側の排気ガス通路３３には，フィルタ２の外周面に隔置して筒状の反射板５０が支持部材７２で支持されて配置されている。ハウジング１の上流側には，入口側排気管１１に連通し且つ入口側排気管１１からの排気ガスを区画室３へ送り込むガス室１７を形成する入口管７（図５）が接続され，また，ハウジング１の区画室３には出口側排気管１２に連通し且つ区画室３から送り出される排気ガスを集合する集合管８が接続されている（図６）。また，区画室３の排気ガス入口１３を開閉するための開閉弁５がそれぞれ配置されている。
【００２０】
フィルタ２は，図８に示すように，耐熱性に優れた上流側セラミックス不織布２７と下流側セラミックス不織布２８，セラミックス不織布２７，２８を排気ガスの流れの上下流方向から挟み込んで保持する一対の上流側金網２９と下流側金網３０，及び上流側セラミックス不織布２７と下流側セラミックス不織布２８の間に配置，言い換えれば，セラミックス不織布２７，２８内に埋め込まれた金網ヒータ等のヒータ６から成る５層構造に形成されている。セラミックス不織布２７，２８は，形状保持用の金網２９，３０で間に挟持することによって，耐久性を向上させ，５層構造に構成することによって，すす，カーボン等のパティキュレート物質の単位面積当たりの捕集効率をアップすることができる。また，金網ヒータ等のヒータ６をセラミックス不織布２７，２８の間に介在，言い換えれば，埋め込むことによって電力を有効に活用することができる。
【００２１】
セラミックス不織布２７，２８は，少なくとも炭化ケイ素不織布から成り，排気ガスの流れの上流側部分即ち上流側セラミックス不織布２７の繊維密度が粗に，また下流側部分即ち下流側セラミックス不織布２８の繊維密度が密に形成されている。セラミックス不織布２７，２８は，炭化ケイ素（ＳｉＣ），窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄），アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等の耐熱性セラミックスである。
【００２２】
この排気ガス浄化装置は，特に，図９に示すように，フィルタ２は，その周方向にコルゲート状即ち蛇腹状に折り曲げられて全体的に筒体３１に形成されており，また，図１２〜図１６及び図１７に示すように，筒体３１のコルゲート形状を補強保持するための骨組用補強部材３５が組み込まれていることを特徴としている。図９では，フィルタ２の端部が開放状態に示されているが，具体的には，区画室３の入口側は端板プレート７５によって閉鎖され，また，区画室３の出口側はフィルタ保持パイプ７１と連通する出口７７を備えた環状リング７６によってフィルタ端面が閉鎖されている。補強部材３５は，ハウジング１に形成された区画室３の排気ガスの流入側に位置する筒体３１の端部３６に配置された円盤部材４０，ハウジング１に形成された区画室３の排気ガスの流出側に位置する筒体３１の端部３７に配置されたリング部材４２，ハウジング１に形成された区画室３の排気ガス通路３３，３４（図１，図４）中の長手方向の複数の所定箇所に配置されたリング部材４２，及び筒体３１の端部３６，３７にそれぞれ配置された円盤部材４０と端部３７のリング部材４２との間に延びる樋状フレーム４４を有している。円盤部材４０は，図１４に示すように，外周にフィルタ２の筒体３１の内周側山部３８（図９）に対応する形状の突起部３９を備えており，また，リング部材４２は，図１５に示すように，外周に筒体３１の内周側山部３８に対応する形状の突起部４１を備えている。樋状フレーム４４は，特に，図１６に示すように，円盤部材４０とリング部材４２との突起部３９，４１の間の谷部４３に配置されて長手方向に延びている。
【００２３】
樋状フレーム４４は，少なくとも長手方向の熱膨張量を小さくするためフェライト系ステンレススチール等の熱膨張の小さい金属材料で作製されている。また，円盤部材４０とリング部材４２とは，長手方向の熱膨張量を余り考慮する必要がないので，オーステナイト系ステンレススチール等の高温強度が高く比較的に安価な金属材料で作製されている。
【００２４】
骨組用補強部材３５は，支持部材４７，４８によってハウジング１に支持されている。例えば，図１２，図１３に示すように，フィルタ２を構成する筒体３１の端部３６，３７に固定された円盤部材４０及び／又はリング部材４２は，フィルタ２の熱膨張を許容するばね部材４５から成る支持部材４７によってハウジング１に取り付けられている。或いは，図１７に示すように，フィルタ２を構成する筒体３１の端部３６，３７に固定された円盤部材４０及び／又はリング部材４２は，フィルタ２の熱膨張を許容するリンク機構４６から成る支持部材４８によってハウジング１に取り付けられている。支持部材４８は，例えば，図１３に示すように，四角形のリング形状の一対のばね部材４５を用いることによって骨組用補強部材３５をハウジング１に安定して支持することができる。
【００２５】
一般的に，エンジンの排気ガス温度は１５０℃〜６５０℃程度である。フィルタ２を再生する場合に，ヒータ６に通電して捕集されたパティキュレート物質を加熱焼却する時には，フィルタ２の温度は６００℃〜８００℃まで上昇する。この時にハウジング１の温度が反射板５０の熱反射作用で，１５０℃〜２００℃になる。この排気ガス浄化装置は，上記のような温度条件を満足する必要があるが，フィルタ２に組み込んだ骨組用補強部材３５のうち樋状フレーム４４は，長手方向に熱膨張することになる。この排気ガス浄化装置は，樋状フレーム４４の長手方向の熱膨張を最小限にするため樋状フレーム４４を上記のように熱膨張の小さい金属材料で作製し，また骨組用補強部材３５の熱膨張差を許容するために骨組用補強部材３５をばね部材４５やリンク機構４６によってハウジング１に支持する構造を採用している。また，ハウジング１は，熱膨張率の大きなオーステナイト系ステンレススチールで作製することが好ましい。
【００２６】
また，コントローラ１０は，入口側排気管１１からの排気ガスを区画室３へ送り込むため，開閉弁５を開放制御すると共に，フィルタ２に捕集されたパティキュレート物質を加熱焼却してフィルタ２を再生するため，開閉弁５を閉鎖制御すると共にフィルタ２に設けたヒータ６を通電制御する。ヒータ６への通電は，コントローラ１０の制御によってバッテリ５１等の電源からフィルタ２の設けた通電用電極５５を通じて行われる。
【００２７】
コントローラ１０は，少なくとも２個の区画室３の開閉弁５を開放して排気ガスに含まれるパティキュレート物質をフィルタ２に捕集する捕集処理を制御すると共に，少なくとも１個の区画室３の開閉弁５を閉鎖してヒータ６に通電してフィルタ２に捕集されたパティキュレート物質を加熱焼却する再生処理を制御し，これらの制御は，図１０に示すように，３個のフィルタ２に対して順次経時的に制御するように設定されている。ヒータ６に通電する電力は，例えば，車両に搭載された永久磁石式発電機５３によって供給される。コントローラ１０は，フィルタ２へのパティキュレート物質の堆積量に応答して，アクチュエータ２４によって開閉弁５の開閉を制御し，排気ガスの区画室３への送り込みを制御する。
【００２８】
ハウジング１には，例えば，ハウジング１の中央部に区画室３を形成する隔壁４によって，バイパス通路９が形成されている。バイパス通路９は，予め決められた所定の圧力以上の排気ガス圧が負荷されることによってスプリング７０等のばね力に抗して開放するように構成されている。バイパス通路９は，緊急避難的な機能を果たすものであり，安全弁１４によって開放するので，例えば，コントローラ１０，センサ，アクチュエータ等のシステムが故障した場合には，車両を修理場等へ緊急的に移動させることができる。ハウジング１には，バイパス通路９を必ずしも設けなくてもよいが，安全弁等の緊急時の場合の安全性を考慮しておく必要がある。また，ハウジング１の中央部に隔壁４によってバイパス通路９を形成した場合には，ハウジング１の全体のサイズを大きくすることなく，バイパス通路９を形成でき，無駄スペースの有効活用ができ，装置そのものをコンパクトに形成することができる。
【００２９】
ハウジング１に形成された区画室３には，フィルタ２の再生時にパティキュレート物質の燃焼用空気を供給するため空気供給手段１５が設けられている。空気供給手段１５は，区画室３の入口１３の周囲に形成されて区画室３へ燃焼用空気を放射状に吹き出す複数の空気吹出口６８を備えた空気通路１６，空気通路１６に形成された空気入口６９を通じて空気通路１６に燃焼用空気を送り込む空気ポンプ１８，及び空気入口６９への燃焼用空気の送り込みを制御する空気分配弁１９を有する。空気分配弁１９は，３連ソレノイド弁等を使用することができ，１個の区画室３へ空気を供給するように構成されている。フィルタ２の再生時には，燃焼用空気は，空気ポンプ１８の作動によって空気分配弁１９が再生時の区画室３へ通じる空気入口６９を開放し，空気入口６９を通じて所定の区画室３の空気通路１６に送り込まれ，空気通路１６に設けた空気吹出口６８から区画室３内の排気ガス通路３３に送り込まれる。
【００３０】
ハウジング１は，外形が実質的に円筒形状に形成され，区画室３にそれぞれ配置されたフィルタ２は筒状に形成されている。ガス室１７から区画室３へ流入した排気ガスは，フィルタ２の外側から内側へ流れて集合管８を通じて出口側排気管１２へ排気される。また，開閉弁５は，区画室３の排気ガス入口１３を開閉する弁体２０，及び弁体２０をリンク機構２１をよって開閉作動する駆動モータ２２と減速機２３を備えたアクチュエータ２４から構成されている。開閉弁５の開閉作動では，排気ガス圧に打ち勝って行う必要があるので，アクチュエータ２４には，駆動モータ２２のトルクを減速機２３を通じて大きくし，それによってリンク機構２１を作動して弁体２０の排気ガス入口１３の開放を行うように構成されている。
【００３１】
入口側の排気管１１には，ハウジング１の区画室３へ送り込まれる排気ガスの温度を検出するための熱電対等の温度センサ２５，及び圧力を検出するための圧力センサ２６が設けられている。温度センサ２５は排気ガスの温度を計測し，コントローラ１０は，排気ガス温度の結果と，圧力センサ２６の検出値と発電機又はエンジン等の回転センサ７２で計測されるエンジン回転速度とからフィルタ２に捕集されたパティキュレート物質の詰まり割合即ち捕集量を演算し，フィルタ２の再生タイミングを指令することができる。その他，例えば，フィルタ２の温度を測定するため，温度センサ７４をフィルタ２の最も高温となる領域であるフィルタ２の蛇腹の折り曲げ部の高温領域に沿って配置することもできる。フィルタ２全域における温度は，温度センサ７４で検出した温度以下の温度に実質的に調整され，フィルタ２の再生時のヒータ６への通電量や空気ポンプ１８の空気供給量を制御し，フィルタ２が局部過熱等によって破損することが防止される。コントローラ１０は，温度センサ２５，７４，回転センサ７３，圧力センサ２６等からの検出信号に応答して開閉弁５の開閉を制御し，ヒータ６の通電を制御し，更に区画室３へ供給する燃焼用空気の供給するため空気供給手段１５を制御する。また，コントローラ１０は，温度センサ２５，７４，回転センサ７３，圧力センサ２６，バッテリ５１，電源制御装置５２，永久磁石式発電機５３等の情報，又はフィルタ２の再生中であること，トラブル情報をインジケータ５４に表示するように構成されている。発電機５３は，車両に搭載されているものを使用できるが，別の発電機を追加搭載することもできる。
【００３２】
フィルタ２は，ハウジング１に排気ガスの流れに交差する方向に指向してハウジング１の一側から対向する他側へ長手方向に延びるように配設されている。また，フィルタ２は，排気ガスに接する表面積即ち捕集面積を大きくするため，全体として周方向に蛇腹状即ちコルゲート状に折り曲げられて内側に排気ガス通路３４を形成するように全体的に筒体３１にコンパクトに形成されている。排気ガスは，筒体３１の外周側から内周側に流れ，排気ガスに含まれるパティキュレート物質は，フィルタ２に捕集される。排気ガスがフィルタ２の外周側の排気ガス通路３３から内周側の排気ガス通路３４へ流れるように構成されているので，フィルタ２の排気ガス熱による径方向への膨らみは防止される。また，フィルタ２を形成する筒体３１は，その内外周に複数の形状固定用のリング３２が長手方向の複数箇所に配設されている。
【００３３】
この排気ガス浄化装置は，上記のように構成されており，排気ガスは，入口側排気管１１から入口管７を通じて３個のうち２個の区画室３へ送り込まれ，区画室３内に配置されたフィルタ２に送り込まれ，フィルタ２を通過する際に，排気ガスに含まれているパティキュレート物質がフィルタ２に捕集される。３個のうち１個の区画室３は，開閉弁５によって閉鎖され，ヒータ６が通電され，フィルタ２に捕集されているパティキュレート物質が加熱焼却されて浄化された排気ガスは，集合管８から出口側排気管１２へと排出される。従って，この排気ガス浄化装置は，図１１に示すように，従来の２個のフィルタによる交互の作動による経過時間における圧力損失ＸｍｍＨｇに比較して，経過時間における圧力損失ＹｍｍＨｇへと２／３以下に低減することができる。
【００３４】
コントローラ１０は，フィルタ２の過熱を防止するため，温度センサ７４からのフィルタ２の検出温度に応答してヒータ６への通電を制御すると共に，空気ポンプ１８を駆動する駆動モータ２２の作動を制御して排気ガス通路３３内への排気ガス及び空気の供給量を調節する。コントローラ１０は，フィルタ２の再生時に，例えば，温度センサ７４が高温を指示した時には，モータ２２の回転数を低減させてフィルタ２に小量の空気を送り込み，フィルタ２に捕集されたパティキュレート物質の燃焼スピードを減じ，フィルタ２の温度上昇を抑える制御をする。
【００３５】
コントローラ１０は，圧力センサ２６によって検出された圧力値，，回転センサ７３によるエンジン回転速度，及び温度センサ２５による排気ガス温度を検出し，或いは圧力センサによってフィルタ２の上下流の通路の圧力値による圧力差によって予め決められた所定の圧力値或いは圧力差より大きくなれば，フィルタ２に捕集されたパティキュレート物質が予め決められた捕集量に達したと認識し，その圧力値或いは圧力差に応答して再生の開始を始め，次いで，フィルタ２に堆積されたパティキュレート物質を加熱焼却するため，ヒータ６に通電する制御を行う。また，コントローラ１０は，フィルタ２の再生に応答して空気ポンプ１８の作動と，開閉弁５の開閉作動を行うアクチュエータ２４の作動を制御する。更に，コントローラ１０は，回転センサで検出されたエンジン回転数，負荷センサで検出されたエンジン負荷等のエンジンの作動状態に応答して空気ポンプ１８の作動状態を制御する。
【００３６】
【発明の効果】
この発明による排気ガス浄化装置は，上記のように構成されているので，骨組用補強部材によってフィルタを，常に大きな捕集面積を有する形状に保持することができる。また，骨組用補強部材は，極めてコンパクトで強固な構造に構成することができる。また，骨組用補強部材は，ばね部材やリンク機構でハウジングに支持することによって，フィルタの再生の高温時にも，熱膨張差を許容することができ，常に良好な状態のフィルタ形状を維持することができる。また，この排気ガス浄化装置は，新車は勿論のこと，既存の車両に対しても，マフラーの取付け構造或いはマフラーの代わりに消音機能を持つものとして容易に取り付けることができる。この排気ガス浄化装置は，少なくとも３個の区画室にフィルタをそれぞれ配置し，少なくとも２個のフィルタによって排気ガス中のパティキュレート物質を捕集するので，フィルタの捕集有効活用率がアップされ，また，フィルタの再生は１個のフィルタであるので，使用する電力が低い電力で済み，フィルタの再生を行うことができ，電力の不足し易い車両等に搭載して極めて好ましいものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による排気ガス浄化装置の実施例を示す概略説明図である。
【図２】図１の排気ガス浄化装置の前端を示す側面図である。
【図３】図１の排気ガス浄化装置の後端を示す側面図である。
【図４】この発明による排気ガス浄化装置の実施例を示す概略断面図である。
【図５】この排気ガス浄化装置におけるハウジングに取り付けられた入口管を示す斜視図である。
【図６】この排気ガス浄化装置におけるハウジングに取り付けられた集合管を示す斜視図である。
【図７】この排気ガス浄化装置におけるハウジングの区画室にフィルタをそれぞれ配設した配置状態を示す斜視図である。
【図８】この排気ガス浄化装置における５層構造のフィルタをを示す説明図である。
【図９】この排気ガス浄化装置におけるフィルタを示す斜視図である。
【図１０】この排気ガス浄化装置における３個のフィルタの再生サイクルを説明する線図である。
【図１１】フィルタについての経過時間に対する圧力損失を示す線図である。
【図１２】フィルタに設けられた骨組用補強部材をハウジングにばね部材を介して支持した全体構造の一実施例を示す断面図である。
【図１３】図１２の骨組用補強部材をハウジングにばね部材を介して支持した状態を示す説明図である。
【図１４】骨組用補強部材における円盤部材を示す正面図である。
【図１５】骨組用補強部材におけるリング部材を示す正面図である。
【図１６】骨組用補強部材の全体構造を示す斜視図である。
【図１７】フィルタに設けられた骨組用補強部材をハウジングにリンク機構を介して支持した全体構造の別の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ハウジング
２フィルタ
３区画室
４隔壁
５開閉弁
６ヒータ
７入口管
８集合管
１０コントローラ
１１入口側排気管
１２出口側排気管
１３区画室の排気ガス入口
１７ガス室
２７セラミックス不織布（上流側）
２８セラミックス不織布（下流側）
２９金網（上流側）
３０金網（下流側）
３１筒体
３３フィルタの外周側の排気ガス通路
３４フィルタの内周側の排気ガス通路
３５骨組用補強部材
３６端部（筒体）
３７端部（筒体）
３８内周側山部
３９突起部（円盤部材）
４０円盤部材
４１突起部（リング部材）
４２リング部材
４３谷部（突起部間）
４４樋状フレーム
４５ばね部材
４６リンク機構
４７支持部材（ばね部材）
４８支持部材（リンク部材）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention collects particulate matter contained in exhaust gas discharged from an engine with a filter, and exhausts the collected particulate matter by energizing a heater provided in the filter and incinerating it by heating to regenerate the filter. The present invention relates to a gas purification device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a diesel particulate filter, that is, an exhaust gas purification device, in order to remove particulate matter composed of suspended particles such as carbon, soot, HC, and SO _x in the exhaust gas exhausted from the diesel engine, ceramic fibers have been used. A laminated structure filter or a honeycomb structure filter made of porous ceramics is used. When the filter collects the particulate material, the particulate material particles are caught on the ceramic fiber material filter, and these particles gradually increase and accumulate while filling the gaps between adjacent fiber materials. In addition, a filter that collects particulate matter must be regenerated by incinerating the particulate material, and at that time, the heater must be energized to heat the particulate material to incinerate and regenerate the filter. I must. For regeneration of the filter, a large amount of electric power is required. In order to obtain the large amount of electric power, for example, a permanent magnet generator is provided in the engine.
[0003]
Further, a diesel particulate exhaust treatment apparatus disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open No. 61-149715 includes a filter member for collecting particulates in exhaust gas disposed in an exhaust gas passage, and the filter member. A heater member that ignites and burns particulates disposed in the vicinity of the exhaust gas inflow direction end of the exhaust gas, and further includes a cavity provided in the filter member so as to penetrate in the exhaust gas flow direction, A flow rate control mechanism for increasing the flow rate of the exhaust gas flowing into the cavity when the collected particulates are ignited and burned.
[0004]
Further, a diesel particulate filter device having a self-regenerative function disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-312329 is capable of reducing the ignition temperature of the particulates and reducing the supply of electric power to the power grid. A filter is disposed in each of the pair of exhaust gas passages provided in the filter, and an electric wire mesh and an oxidation catalyst wire mesh that lowers the oxidation reaction temperature are disposed in each filter. The diesel particulate filter device operates a shutter valve provided in an exhaust gas passage so as to automatically throttle the exhaust gas flow rate in response to exhaust pressure exceeding a predetermined value, and ignites the particulates by an oxidation catalyst wire mesh. When the temperature drops and the shutter valve is closed, the particulates easily ignite and burn.
[0005]
Further, the particulate filter disclosed in JP-A-8-144738 is a cylindrical first filter having a corrugated concave portion and a convex portion engaging with the convex portion inside the filter at each end of the filter. Provided with a second means having a convex portion formed in a corrugated concave portion on the outside of the filter, and further provided with a cylindrical fastening means for fastening the filter in the thickness direction outside the second means. is there.
[0006]
Moreover, the filter which comprises a diesel particulate filter is known using a ceramic nonwoven fabric (for example, refer to Japanese Patent No. 3164966). Diesel particulate filters are made of ceramic nonwoven fabric that collects particulate matter contained in exhaust gas, improve the collection efficiency, reduce the fiber scattering property of the ceramic nonwoven fabric, and have durability and corrosion resistance. The ceramic filter is formed into a cylindrical shape by bending the ceramic filter sequentially in the circumferential direction between the inner side and the outer side with a ceramic nonwoven fabric, and the basis weight of the ceramic nonwoven fabric is 200 to 350 g / m ² . The range is set, the fiber length of the ceramic nonwoven fabric is adjusted to 35 mm or more, and the wire mesh heater is arranged on the exhaust gas inflow side to the felt made of ceramic nonwoven fabric to heat and incinerate the particulate matter collected in the filter. The exhaust gas inflow side is surrounded by a wire mesh heater.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the diesel particulate exhaust treatment apparatus as described above ignites and burns particulates such as carbon and smoke collected by a heater arranged close to the filter, and regenerates the filter. Therefore, the exhaust gas purifier uses flame propagation to regenerate the area other than the tip of the filter, and due to non-uniform soot adhesion to the filter, the regeneration failure due to unburned soot and the dissolution of the filter due to abnormal combustion. The problem is that the filter breaks due to thermal damage and the resulting thermal stress. A conventional diesel particulate filter is provided with two filters. One filter collects the particulate matter contained in the exhaust gas, and the other particulate filter collects the particulate matter in the heater. The filter is regenerated by energizing. For this reason, in the diesel particulate filter, the rate at which the filter that collects the particulate matter in the exhaust gas can be effectively used is a system in which one filter is regenerated, and is as low as 50%. In addition, the power consumption for regenerating the filter is large, and the current power of the vehicle or the like is insufficient.
[0008]
In addition, the filter used in the conventional diesel particulate filter is formed of a ceramic fiber material in a cylindrical shape that is bent into a bowl shape to increase the surface area. When the particulate matter is heated and burned, the filter is used. And the atmospheric temperature rises, and the bowl-shaped cylindrical body is thermally deformed by the elevated temperature. In order to maintain the shape, the folded part of the bowl-shaped filter must be reinforced with heat-resistant ceramics, Further, since the filter is cylindrical, the arrangement in the housing is complicated, the number of parts of the filter is increased, and the manufacturing cost is increased.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problem, and a filter for collecting particulate matter in exhaust gas is bent into a corrugated shape in the circumferential direction to form a cylindrical body as a whole. In order to maintain the shape, a frame reinforcing member is incorporated in the filter to prevent the filter from being deformed by repeated thermal loads, and the filter is disposed in at least three compartments divided from the housing. The particulate matter contained in the exhaust gas is collected by two filters, the effective collection rate of the filter is increased, and the particulate matter collected by the filter is heated and incinerated by energizing the heater, and then sent to the heater. Reducing the power consumption and ensuring that the filter is heated and incinerated in a short time to regenerate the filter in sequence, simplifying the overall structure It is to provide an exhaust gas purification device that is configured for high intensity filter.
[0010]
The present invention relates to a housing connected to an exhaust pipe for discharging exhaust gas from an engine, and the particulate material contained in the exhaust gas disposed in the housing and collected. In an exhaust gas purification apparatus having a filter that is regenerated by incineration
The housing includes an inlet tube for forming a gas chamber in which the exhaust gas in communication with the exhaust pipe is sent, each connected to and and the filter is divided at least three or more by a partition wall through the exhaust gas inlet to the gas chamber and out compartments which are arranged to form an exhaust gas passage in the circumferential and has a collecting pipe to assemble the exhaust gas fed from the connected and the compartment to the outlet of the compartment,
The on-off valve for opening and closing the exhaust gas inlet are arranged respectively on the exhaust gas inlet of the compartment,
The filter is formed into a cylindrical body by being bent into a corrugated shape in the circumferential direction from a ceramic nonwoven fabric, a wire mesh, and a heater, and has a frame reinforcing member for reinforcing and holding the corrugated shape of the cylindrical body,
The frame reinforcing member is disposed at an end portion of the cylindrical body located on the exhaust gas inflow side of the housing, and includes a protrusion having a shape corresponding to an inner peripheral side mountain portion of the cylindrical body on the outer periphery. A disk member, and a protrusion having a shape corresponding to an inner peripheral side mountain portion of the cylindrical body on an outer periphery thereof, disposed at an end portion of the cylindrical body located on the exhaust gas outflow side of the housing and a predetermined position in the longitudinal direction A ring member having a portion,
The exhaust gas passage is formed in the outer periphery of the filter disposed in the compartment, and the disk member and / or the ring member fixed to the end of the filter allow thermal expansion of the filter. The present invention relates to an exhaust gas purifying apparatus, wherein the filter is attached to the housing by a spring member, and the filter is supported by the housing .
[0011]
The frame reinforcing member is disposed between the disk member and the ring member respectively disposed at the end portion of the cylindrical body and in a valley portion between the protrusions of the disk member and the ring member. It has a bowl-shaped frame. In particular, the saddle-shaped frame is made of a metal material having a small thermal expansion such as ferritic stainless steel in order to reduce at least the amount of thermal expansion in the longitudinal direction. The disk member and the ring member of the frame reinforcing member are made of a metal material such as austenitic stainless steel.
[0012]
The filter includes the ceramic nonwoven fabric excellent in heat resistance, a pair of the metal mesh that sandwiches and holds the ceramic nonwoven fabric from the upstream and downstream directions of the exhaust gas flow, and is embedded in the ceramic nonwoven fabric and collected in the filter The formed particulate material is formed in a five-layer structure including the heater for heating and incinerating.
[0013]
The exhaust gas purifying apparatus, the filter is heated incinerate the particulates matter trapped in the filter while opening control the on-off valve for the feed the exhaust gas into the compartment from the previous Sharing, ABS trachea In order to regenerate, the controller has a controller for controlling the closing of the on-off valve and energizing the heater provided in the filter.
The exhaust gas purifying apparatus, the said exhaust gas passage in front Symbol housing is formed outside of the filter, the tubular reflecting plate extending along the longitudinal direction of the filter is arranged by a support member, The reflecting plate reflects heat generated during regeneration in which the particulate matter collected by the filter is heated and incinerated by energizing a heater provided in the filter.
[0015]
Since the exhaust gas purifying apparatus is configured as described above, it can prevent the filter from being thermally deformed by the thermal load applied to the filter, and can always maintain a preferable corrugated shape, that is, a bellows shape, and the particulates in the exhaust gas. A large collection area for the substance can always be secured. Further, by forming a member located on the exhaust gas inlet side of the reinforcing member for the frame as a disk member and a ring member as a member located on the exhaust gas outlet side, both functions of reinforcement and exhaust gas flow guide are achieved, The exhaust gas flows from the outside to the inside of the exhaust gas passage formed in the filter, and a separate shielding plate for closing the inside of the end of the filter is not required.
[0016]
In this exhaust gas purifying apparatus, the filter is arranged in three or more compartments divided by the partition in the housing, and the on-off valves are arranged in the compartments. It can be regenerated and controlled to collect particulate matter in the exhaust gas with two or more, and at least three filters with different clogging states by the particulate matter can be alternately regenerated. The effective collection rate of the filter that collects the particulate matter in the exhaust gas will be increased, and the regeneration of one filter will be performed, and the power consumption necessary to energize the heater will be reduced as before. This can be reduced as compared with the case where two such filters are regenerated alternately. In addition, since this exhaust gas purifying apparatus performs the particulate matter collecting operation by two of the three, the change in pressure loss during the exhaust gas collecting elapsed time is reduced compared to the case of performing one by one. and, for example, can be suppressed to 2/3 or less, the fluctuation of the exhaust gas pressure even when performing EGR process to reduce the occurrence of the NO _X can be greatly reduced, it is possible to perform a smooth EGR, Therefore, it is possible to reduce well as collecting particulates material efficiently, the generation of the NO _X by the EGR.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of an exhaust gas purifying apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. This exhaust gas purifying device collects particulate matter composed of carbon, soot, HC, SO _{X and the} like contained in the exhaust gas discharged from the engine by the filter 2 disposed in the housing 1 and captures it in the filter 2. The collected particulate material is heated and incinerated by energizing a heater 6 provided in the filter 2 to regenerate the filter 2, and is optimal for mounting in a vehicle.
[0018]
As shown in FIGS. 1 and 4, the exhaust gas purifying device is connected to an inlet side exhaust pipe 11 into which exhaust gas from an engine flows and an outlet side exhaust pipe 12 from which purified exhaust gas is discharged. The inlet side exhaust pipe 11 is connected to and incorporated in an exhaust pipe (not shown) through which exhaust gas generated by the engine is discharged. This exhaust gas purification device can be easily attached to the body and frame of the vehicle with brackets, etc. For example, it has a muffler function, so it can be easily attached to the muffler installation place instead of the muffler provided on the existing vehicle You can also In addition, this exhaust gas purifying device can be configured so that the outer surface of the housing 1 can be easily formed into a heat-shielding structure with a heat-shielding member or the like so that the vehicle is not damaged by heat.
[0019]
As shown in FIG. 7, the housing 1 is divided into at least three or more (three in FIGS. 2, 3 and 7) compartments 3 by partition walls 4, and the compartment 2 has a filter 2 on the outside thereof and an exhaust gas. They are arranged so as to form the passages 33. One end of the filter 2 is held in the housing 1 by a filter holding pipe 71, and the other end is supported by the housing 1 by a support member 47 with a screw 49 or the like. In addition, in the exhaust gas passage 33 outside the filter 2, a cylindrical reflecting plate 50 is disposed so as to be supported by a support member 72 so as to be spaced apart from the outer peripheral surface of the filter 2. Connected to the upstream side of the housing 1 is an inlet pipe 7 (FIG. 5) that communicates with the inlet side exhaust pipe 11 and forms a gas chamber 17 for sending exhaust gas from the inlet side exhaust pipe 11 to the compartment 3. A collecting pipe 8 is connected to the compartment 3 of the housing 1 and communicates with the outlet side exhaust pipe 12 and collects the exhaust gas sent out from the compartment 3 (FIG. 6). In addition, an on-off valve 5 for opening and closing the exhaust gas inlet 13 of the compartment 3 is provided.
[0020]
As shown in FIG. 8, the filter 2 has a pair of upstream ceramic nonwoven fabrics 27, downstream ceramic nonwoven fabrics 28, and ceramic nonwoven fabrics 27 and 28 that are excellent in heat resistance. A five-layer structure comprising a side wire mesh 29 and a downstream wire mesh 30, and a heater 6 such as a wire mesh heater disposed between the upstream ceramic nonwoven fabric 27 and the downstream ceramic nonwoven fabric 28, in other words, embedded in the ceramic nonwoven fabrics 27 and 28. Is formed. The ceramic non-woven fabrics 27, 28 are sandwiched between metal meshes 29, 30 for shape retention, thereby improving durability. By forming the ceramic non-woven fabric 27, 28 per unit area of particulate materials such as soot and carbon. The collection efficiency can be increased. In addition, the heater 6 such as a wire mesh heater is interposed between the ceramic nonwoven fabrics 27 and 28, in other words, by embedding, the electric power can be effectively used.
[0021]
The ceramic nonwoven fabrics 27 and 28 are made of at least a silicon carbide nonwoven fabric. The upstream portion of the exhaust gas flow, that is, the upstream ceramic nonwoven fabric 27 has a coarse fiber density, and the downstream portion, that is, the downstream ceramic nonwoven fabric 28 has a dense fiber density. Is formed. The ceramic nonwoven fabrics 27 and 28 are heat-resistant ceramics such as silicon carbide (SiC), silicon nitride (Si ₃ N ₄ ), and alumina (Al ₂ O ₃ ).
[0022]
In this exhaust gas purification device, in particular, as shown in FIG. 9, the filter 2 is bent into a corrugated shape, that is, a bellows shape in the circumferential direction thereof, and is formed into a cylindrical body 31 as a whole. As shown in FIGS. 16 and 17, a frame reinforcing member 35 for reinforcing and holding the corrugated shape of the cylindrical body 31 is incorporated. In FIG. 9, the end of the filter 2 is shown in an open state. Specifically, the inlet side of the compartment 3 is closed by the end plate plate 75, and the outlet side of the compartment 3 is held by the filter. The end face of the filter is closed by an annular ring 76 having an outlet 77 communicating with the pipe 71. The reinforcing member 35 includes a disk member 40 disposed at an end portion 36 of the cylindrical body 31 located on the exhaust gas inflow side of the compartment 3 formed in the housing 1, and an exhaust gas in the compartment 3 formed in the housing 1. A ring member 42 arranged at the end 37 of the cylindrical body 31 located on the outflow side of the cylinder, and a plurality of longitudinal gas passages 33 and 34 (FIGS. 1 and 4) of the compartment 3 formed in the housing 1 in the longitudinal direction. And a ring-shaped frame 44 extending between the disc member 40 and the ring member 42 at the end 37 respectively disposed at the end portions 36 and 37 of the cylindrical body 31. Yes. As shown in FIG. 14, the disk member 40 includes a protrusion 39 having a shape corresponding to the inner peripheral side peak portion 38 (FIG. 9) of the cylindrical body 31 of the filter 2 on the outer periphery, and the ring member 42 includes As shown in FIG. 15, a protrusion 41 having a shape corresponding to the inner peripheral side peak portion 38 of the cylindrical body 31 is provided on the outer periphery. In particular, as shown in FIG. 16, the bowl-shaped frame 44 is disposed in a trough 43 between the protrusions 39 and 41 of the disk member 40 and the ring member 42 and extends in the longitudinal direction.
[0023]
The bowl-shaped frame 44 is made of a metal material having a small thermal expansion, such as ferritic stainless steel, in order to reduce at least the amount of thermal expansion in the longitudinal direction. Further, the disk member 40 and the ring member 42 are made of a relatively inexpensive metal material having a high temperature strength such as austenitic stainless steel because it is not necessary to consider the amount of thermal expansion in the longitudinal direction.
[0024]
The frame reinforcing member 35 is supported on the housing 1 by support members 47 and 48. For example, as shown in FIGS. 12 and 13, the disk member 40 and / or the ring member 42 fixed to the end portions 36 and 37 of the cylindrical body 31 constituting the filter 2 are springs that allow thermal expansion of the filter 2. It is attached to the housing 1 by a support member 47 made of a member 45. Alternatively, as shown in FIG. 17, the disk member 40 and / or the ring member 42 fixed to the end portions 36 and 37 of the cylindrical body 31 constituting the filter 2 are separated from the link mechanism 46 that allows thermal expansion of the filter 2. The support member 48 is attached to the housing 1. For example, as shown in FIG. 13, the support member 48 can stably support the frame reinforcing member 35 on the housing 1 by using a pair of square ring-shaped spring members 45.
[0025]
Generally, the exhaust gas temperature of the engine is about 150 ° C to 650 ° C. When the filter 2 is regenerated, when the particulate material collected by energizing the heater 6 is heated and incinerated, the temperature of the filter 2 rises to 600 ° C to 800 ° C. At this time, the temperature of the housing 1 becomes 150 ° C. to 200 ° C. due to the heat reflecting action of the reflector 50. This exhaust gas purifying device needs to satisfy the temperature conditions as described above, but the frame-like frame 44 of the frame reinforcing member 35 incorporated in the filter 2 is thermally expanded in the longitudinal direction. In this exhaust gas purifying apparatus, in order to minimize the thermal expansion in the longitudinal direction of the bowl-shaped frame 44, the bowl-shaped frame 44 is made of a metal material having a small thermal expansion as described above, and the heat of the frame reinforcing member 35 is obtained. In order to allow a difference in expansion, a structure in which the frame reinforcing member 35 is supported on the housing 1 by a spring member 45 or a link mechanism 46 is employed. The housing 1 is preferably made of austenitic stainless steel having a large coefficient of thermal expansion.
[0026]
In addition, the controller 10 controls the opening of the on-off valve 5 in order to send the exhaust gas from the inlet side exhaust pipe 11 to the compartment 3, and heats and incinerates the particulate matter collected in the filter 2. In order to regenerate, the on-off valve 5 is controlled to be closed and the heater 6 provided on the filter 2 is energized. Energization of the heater 6 is performed from the power source such as the battery 51 through the energization electrode 55 provided in the filter 2 under the control of the controller 10.
[0027]
The controller 10 controls the collection process of collecting the particulate matter contained in the exhaust gas in the filter 2 by opening the on-off valves 5 of the at least two compartments 3, and at least one of the compartments 3. The regeneration process of heating and incinerating the particulate matter collected in the filter 2 by closing the on-off valve 5 and energizing the heater 6 is controlled, and these controls include three filters 2 as shown in FIG. Are set to sequentially control over time. The electric power supplied to the heater 6 is supplied by, for example, a permanent magnet generator 53 mounted on the vehicle. In response to the amount of particulate matter deposited on the filter 2, the controller 10 controls the opening / closing of the on-off valve 5 by the actuator 24 and controls the exhaust gas to be fed into the compartment 3.
[0028]
In the housing 1, for example, a bypass passage 9 is formed by a partition wall 4 that forms a compartment 3 in the center of the housing 1. The bypass passage 9 is configured to open against the spring force of the spring 70 and the like when an exhaust gas pressure higher than a predetermined pressure is applied. The bypass passage 9 fulfills an emergency evacuation function and is opened by the safety valve 14. For example, when a system such as the controller 10, sensor, or actuator fails, the vehicle is urgently sent to a repair shop or the like. Can be moved. The housing 1 does not necessarily need to be provided with the bypass passage 9, but it is necessary to consider safety in an emergency such as a safety valve. Further, when the bypass passage 9 is formed by the partition wall 4 in the central portion of the housing 1, the bypass passage 9 can be formed without increasing the overall size of the housing 1, and the wasteful space can be effectively used, and the device itself. Can be formed compactly.
[0029]
The compartment 3 formed in the housing 1 is provided with air supply means 15 for supplying combustion air of the particulate material when the filter 2 is regenerated. The air supply means 15 includes an air passage 16 formed around the inlet 13 of the compartment 3 and a plurality of air outlets 68 for blowing combustion air radially into the compartment 3, and air formed in the air passage 16. An air pump 18 that sends combustion air to the air passage 16 through the inlet 69 and an air distribution valve 19 that controls the supply of combustion air to the air inlet 69 are provided. The air distribution valve 19 can use a triple solenoid valve or the like, and is configured to supply air to one compartment 3. During regeneration of the filter 2, the combustion air opens the air inlet 69 through which the air distribution valve 19 leads to the compartment 3 at the time of regeneration by the operation of the air pump 18, and the air passage 16 of the predetermined compartment 3 through the air inlet 69. And is sent from the air outlet 68 provided in the air passage 16 to the exhaust gas passage 33 in the compartment 3.
[0030]
The housing 1 has a substantially cylindrical outer shape, and the filters 2 disposed in the compartments 3 are each formed in a cylindrical shape. The exhaust gas flowing into the compartment 3 from the gas chamber 17 flows from the outside to the inside of the filter 2 and is exhausted to the outlet side exhaust pipe 12 through the collecting pipe 8. The on-off valve 5 includes a valve body 20 that opens and closes the exhaust gas inlet 13 of the compartment 3, and an actuator 24 that includes a drive motor 22 that opens and closes the valve body 20 by a link mechanism 21 and a speed reducer 23. ing. Since the opening / closing operation of the opening / closing valve 5 needs to overcome the exhaust gas pressure, the torque of the drive motor 22 is increased through the speed reducer 23 in the actuator 24, thereby operating the link mechanism 21 to operate the valve body 20. The exhaust gas inlet 13 is opened.
[0031]
The inlet side exhaust pipe 11 is provided with a temperature sensor 25 such as a thermocouple for detecting the temperature of exhaust gas fed into the compartment 3 of the housing 1 and a pressure sensor 26 for detecting pressure. The temperature sensor 25 measures the temperature of the exhaust gas, and the controller 10 filters the filter 2 from the result of the exhaust gas temperature, the detected value of the pressure sensor 26 and the engine rotation speed measured by the rotation sensor 72 such as a generator or an engine. The regeneration rate of the filter 2 can be commanded by calculating the clogging ratio of the particulate matter collected in the filter, that is, the amount collected. In addition, for example, in order to measure the temperature of the filter 2, the temperature sensor 74 can be disposed along the high temperature region of the bellows bent portion of the filter 2, which is the highest temperature region of the filter 2. The temperature in the entire area of the filter 2 is substantially adjusted to a temperature equal to or lower than the temperature detected by the temperature sensor 74, and controls the energization amount to the heater 6 and the air supply amount of the air pump 18 when the filter 2 is regenerated. Is prevented from being damaged by local overheating or the like. The controller 10 controls the opening / closing of the on-off valve 5 in response to detection signals from the temperature sensors 25, 74, the rotation sensor 73, the pressure sensor 26, etc., controls the energization of the heater 6, and supplies it to the compartment 3. The air supply means 15 is controlled to supply combustion air. The controller 10 also provides information on the temperature sensors 25 and 74, the rotation sensor 73, the pressure sensor 26, the battery 51, the power supply control device 52, the permanent magnet generator 53, etc., or that the filter 2 is being regenerated, trouble information Is displayed on the indicator 54. Although the generator 53 mounted on the vehicle can be used, another generator can be additionally mounted.
[0032]
The filter 2 is arranged in the housing 1 so as to extend in the longitudinal direction from one side of the housing 1 to the opposite side facing the direction intersecting the flow of exhaust gas. In addition, the filter 2 is generally cylindrical so that the exhaust gas passage 34 is formed inside by being bent into a bellows shape, that is, a corrugated shape in the circumferential direction as a whole in order to increase the surface area in contact with the exhaust gas, that is, the collection area. 31 is formed compactly. The exhaust gas flows from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the cylindrical body 31, and the particulate matter contained in the exhaust gas is collected by the filter 2. Since the exhaust gas is configured to flow from the exhaust gas passage 33 on the outer peripheral side of the filter 2 to the exhaust gas passage 34 on the inner peripheral side, the expansion of the filter 2 in the radial direction due to the exhaust gas heat is prevented. In addition, the cylindrical body 31 forming the filter 2 has a plurality of shape fixing rings 32 on the inner and outer peripheries thereof at a plurality of locations in the longitudinal direction.
[0033]
This exhaust gas purification device is configured as described above, and the exhaust gas is sent from the inlet side exhaust pipe 11 through the inlet pipe 7 to two of the three compartments 3 and arranged in the compartment 3. The particulate matter contained in the exhaust gas is collected by the filter 2 when it is sent to the filtered filter 2 and passes through the filter 2. One of the three compartments 3 is closed by an open / close valve 5, the heater 6 is energized, and the particulate matter collected in the filter 2 is heated and incinerated to purify the exhaust gas. 8 is discharged to the outlet side exhaust pipe 12. Therefore, as shown in FIG. 11, this exhaust gas purifying apparatus is less than 2/3 of the pressure loss YmmHg at the elapsed time as compared with the pressure loss XmmHg at the elapsed time due to the alternate operation of the conventional two filters. Can be reduced.
[0034]
The controller 10 controls the energization of the heater 6 in response to the temperature detected by the filter 2 from the temperature sensor 74 and the operation of the drive motor 22 that drives the air pump 18 in order to prevent the filter 2 from overheating. Thus, the supply amount of the exhaust gas and air into the exhaust gas passage 33 is adjusted. When regenerating the filter 2, for example, when the temperature sensor 74 indicates a high temperature, the controller 10 reduces the number of revolutions of the motor 22 and sends a small amount of air to the filter 2 so that the particulates collected by the filter 2 are collected. Control to reduce the temperature increase of the filter 2 by reducing the burning speed of the substance.
[0035]
The controller 10 detects the pressure value detected by the pressure sensor 26, the engine rotation speed by the rotation sensor 73, and the exhaust gas temperature by the temperature sensor 25, or by the pressure value of the passages upstream and downstream of the filter 2 by the pressure sensor. If the pressure difference is greater than a predetermined pressure value or pressure difference determined in advance, it is recognized that the particulate matter collected in the filter 2 has reached a predetermined collection amount, and the pressure value or pressure difference In response to this, the regeneration is started, and then the heater 6 is energized to heat and incinerate the particulate material deposited on the filter 2. The controller 10 controls the operation of the air pump 18 and the operation of the actuator 24 that opens and closes the on-off valve 5 in response to the regeneration of the filter 2. Further, the controller 10 controls the operating state of the air pump 18 in response to the operating state of the engine such as the engine speed detected by the rotation sensor and the engine load detected by the load sensor.
[0036]
【The invention's effect】
Since the exhaust gas purifying apparatus according to the present invention is configured as described above, the filter can always be held in a shape having a large collection area by the frame reinforcing member. Moreover, the reinforcing member for frames can be configured to be extremely compact and strong. In addition, by supporting the frame reinforcing member to the housing with a spring member or a link mechanism, it is possible to tolerate a difference in thermal expansion even at a high temperature of filter regeneration, and to maintain a good filter shape at all times. Can do. Further, the exhaust gas purifying apparatus can be easily attached to an existing vehicle as well as a new vehicle as a muffler mounting structure or a muffler function instead of the muffler. In this exhaust gas purifying device, filters are arranged in at least three compartments, and the particulate matter in the exhaust gas is collected by at least two filters, so that the effective collection rate of the filter is increased, Further, since the filter is regenerated by one filter, the power used is low, and the filter can be regenerated, so that it is very preferable to be mounted on a vehicle or the like where power is insufficient.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic explanatory view showing an embodiment of an exhaust gas purifying apparatus according to the present invention.
2 is a side view showing a front end of the exhaust gas purification apparatus of FIG. 1. FIG.
3 is a side view showing a rear end of the exhaust gas purifying apparatus of FIG. 1. FIG.
FIG. 4 is a schematic sectional view showing an embodiment of the exhaust gas purifying apparatus according to the present invention.
FIG. 5 is a perspective view showing an inlet pipe attached to a housing in the exhaust gas purifying apparatus.
FIG. 6 is a perspective view showing a collecting pipe attached to a housing in the exhaust gas purifying apparatus.
FIG. 7 is a perspective view showing an arrangement state in which filters are respectively arranged in the compartments of the housing in the exhaust gas purifying apparatus.
FIG. 8 is an explanatory view showing a filter having a five-layer structure in the exhaust gas purifying apparatus.
FIG. 9 is a perspective view showing a filter in the exhaust gas purification apparatus.
FIG. 10 is a diagram for explaining a regeneration cycle of three filters in the exhaust gas purifying apparatus.
FIG. 11 is a diagram showing pressure loss with respect to elapsed time for a filter.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing an embodiment of an overall structure in which a frame reinforcing member provided in a filter is supported on a housing via a spring member.
13 is an explanatory view showing a state in which the frame reinforcing member of FIG. 12 is supported on a housing via a spring member.
FIG. 14 is a front view showing a disk member in the frame reinforcing member.
FIG. 15 is a front view showing a ring member in the framework reinforcing member.
FIG. 16 is a perspective view showing an overall structure of a frame reinforcing member.
FIG. 17 is a cross-sectional view showing another embodiment of the overall structure in which the frame reinforcing member provided in the filter is supported on the housing via the link mechanism.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Housing 2 Filter 3 Compartment room 4 Partition 5 Open / close valve 6 Heater 7 Inlet pipe 8 Collecting pipe 10 Controller 11 Inlet side exhaust pipe 12 Outlet side exhaust pipe 13 Exhaust gas inlet 17 compartment 17 Gas chamber 27 Ceramic nonwoven fabric (upstream side)
28 Ceramic nonwoven fabric (downstream)
29 Wire mesh (upstream side)
30 Wire mesh (downstream side)
31 Cylindrical body 33 Exhaust gas passage on the outer peripheral side of the filter 34 Exhaust gas passage on the inner peripheral side of the filter 35 Reinforcing member for frame 36 End (cylindrical body)
37 End (cylinder)
38 Inner peripheral side mountain part 39 Protrusion part (disk member)
40 Disk member 41 Projection (ring member)
42 Ring member 43 Valley (between protrusions)
44 bowl-shaped frame 45 spring member 46 link mechanism 47 support member (spring member)
48 Support member (link member)

Claims

Housing connected to an exhaust pipe for discharging exhaust gas from the engine, and the particulate material trapped particulates material was and collected contained in the exhaust gas disposed in said housing heat incinerate In an exhaust gas purification apparatus having a filter that is regenerated by
The housing includes an inlet tube for forming a gas chamber in which the exhaust gas in communication with the exhaust pipe is sent, each connected to and and the filter is divided at least three or more by a partition wall through the exhaust gas inlet to the gas chamber and out compartments which are arranged to form an exhaust gas passage in the circumferential and has a collecting pipe to assemble the exhaust gas fed from the connected and the compartment to the outlet of the compartment,
The on-off valve for opening and closing the exhaust gas inlet are arranged respectively on the exhaust gas inlet of the compartment,
The filter is formed into a cylindrical body by being bent into a corrugated shape in the circumferential direction from a ceramic nonwoven fabric, a wire mesh, and a heater, and has a frame reinforcing member for reinforcing and holding the corrugated shape of the cylindrical body,
The frame reinforcing member is disposed at an end portion of the cylindrical body located on the exhaust gas inflow side of the housing, and includes a protrusion having a shape corresponding to an inner peripheral side mountain portion of the cylindrical body on the outer periphery. A disk member, and a protrusion having a shape corresponding to an inner peripheral side mountain portion of the cylindrical body on an outer periphery thereof, disposed at an end portion of the cylindrical body located on the exhaust gas outflow side of the housing and a predetermined position in the longitudinal direction A ring member having a portion,
The exhaust gas passage is formed in the outer periphery of the filter disposed in the compartment, and the disk member and / or the ring member fixed to the end of the filter allow thermal expansion of the filter. An exhaust gas purification apparatus, wherein the filter is attached to the housing by a spring member and supported by the housing .

The frame reinforcing member is disposed between the disk member and the ring member respectively disposed at the end portion of the cylindrical body and in a valley portion between the protrusions of the disk member and the ring member. The exhaust gas purifying device according to claim 1, further comprising a bowl-shaped frame.

The exhaust gas purifying apparatus according to claim 2, wherein the saddle-shaped frame is made of a metal material having a small thermal expansion such as ferritic stainless steel so as to reduce at least a thermal expansion amount in the longitudinal direction.

The exhaust gas purification according to any one of claims 1 to 3, wherein the disk member and the ring member of the reinforcing member for a frame are made of a metal material such as austenitic stainless steel. apparatus.

The filter includes the ceramic nonwoven fabric excellent in heat resistance, a pair of the metal mesh that sandwiches and holds the ceramic nonwoven fabric from the upstream and downstream directions of the exhaust gas flow, and is embedded in the ceramic nonwoven fabric and collected in the filter 5. The exhaust gas purification device according to claim 1, wherein the exhaust gas purification device is formed in a five-layer structure including the heater for heating and incinerating the particulate material.

The on-off valve is controlled to open to send the exhaust gas from the exhaust pipe into the compartment, and the on-off valve is closed to regenerate the filter by incinerating the particulate matter collected by the filter. The exhaust gas purification apparatus according to any one of claims 1 to 5, further comprising a controller that controls and energizes the heater provided in the filter.

In the exhaust gas passage formed outside the filter in the housing, a cylindrical reflecting plate extending along the longitudinal direction of the filter is disposed by a support member, and the reflecting plate is attached to the filter. The exhaust according to any one of claims 1 to 6, wherein heat generated during regeneration in which the particulate matter collected in the filter is heated and incinerated by energizing a provided heater is reflected. Gas purification device.