JPH05141218A - 内燃機関の排気フイルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 網目状金属板からなるフィルタエレメント１
の各部に排気微粒子を均等に分布させ、再生時の局部的
な過熱やブローオフを防止する。 【構成】 ケーシング２内に３枚の仕切板３が配設さ
れ、この仕切板３の取付孔に多数の円柱状フィルタエレ
メント１が支持される。フィルタエレメント１は、網目
状金属板を巻回したもので、仕切板３に嵌合した固定端
部に比して自由端部が緩く巻回されており、該自由端部
側の通気抵抗が比較的小さくなっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関、特にディ
ーゼル機関で問題となるカーボン等の排気微粒子を捕集
除去するための排気フィルタに関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼル機関で問題となるカーボン等
の排気微粒子を、排気系に介装した排気フィルタにて捕
集除去することは従来から考えられており、種々の形式
の排気フィルタが既に提案されている。

【０００３】この排気フィルタの代表的なものは、いわ
ゆる目封じ型フィルタに代表される濾過捕集形式のもの
である。上記目封じ型フィルタは、例えば特開昭５６−
１２４４１７号公報に示されているように、セラミック
ス製のブロックに排気流方向に沿った多数の微細な流路
を形成し、かつ各流路の端部を交互にセラミックスにて
閉塞した構成であって、流路間のセラミックスの隔壁を
排気が通過することにより、排気微粒子を濾過捕集する
ようにしたものである。

【０００４】この濾過捕集形式のものでは、非常に高い
捕集効率が得られる反面、排気微粒子を過剰捕集し易
く、微粒子捕集量がフィルタの焼損限界を越え易い。つ
まり、バーナー等を用いた強制再生や排気熱による再生
の時期が多少でも遅れたような場合に、多量の排気微粒
子が急激に燃焼し、フィルタの焼損を招く可能性があ
る。しかも焼却除去が不可能なＡｓｈ成分（オイル添加
剤の酸化物等）までも捕集してしまい、いずれは目詰ま
り状態に至る可能性がある。

【０００５】そこで、この濾過捕集形式のものに代え
て、付着捕集形式の排気フィルタが提案されている。こ
れは、特開昭６２−４５３０９号公報に見られるような
セラミックスの三次元多孔体いわゆるセラミックスフォ
ームや特開昭５８−１９３７１４号公報に見られるよう
なセラミックス繊維等をフィルタエレメントとして用い
たもので、これらのフィルタエレメント内に生じる複数
な流路を排気ガスが通流する際に、その流路表面に排気
微粒子が付着して捕集されるのである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従って、このような付
着捕集形式のものでは過剰捕集は生じにくく、Ａｓｈ成
分も再生後に容易にブローオフする。しかし、その反
面、捕集密度が排気流方向で不均一となり易く、排気の
入口側部分に多量の排気微粒子がたまってしまい、再生
時に局部的に高温となる虞れがある。

【０００７】また、このように、局部的に排気微粒子が
多く存在している箇所では、フィルタ材の表面に排気微
粒子が直接付着せずに、捕集された微粒子の上に更に排
気微粒子が付着した状態となって、その付着強度が弱い
ため、機関を急加速したような場合に多量の排気微粒子
が外部へ急激にブローオフし、黒煙となって排出される
という欠点がある。

【０００８】すなわち、この付着捕集形式のフィルタの
利点を十分に生かすためには、フィルタ内部での緩慢な
ブローオフを許容し、フィルタエレメント全体に広く、
かつより均一に排気微粒子を分布させることが望まし
い。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係る内燃機関
の排気フィルタは、機関の排気系に介装されるケーシン
グと、このケーシング内部に排気流を横切るように多段
に配設され、、かつそれぞれに複数個の取付孔が開口形
成された複数枚の仕切板と、網目状金属板を円柱状に巻
回してなり、かつ排気流上流側となる一端部が上記取付
孔内にそれぞれ固定支持されるとともに、該固定端部が
密に、他方の自由端部が緩く巻回された複数個のフィル
タエレメントとを備えたことを特徴としている。

【００１０】

【作用】上記構成では、円柱状のフィルタエレメントの
一端から排気が流入するため、初期には、その排気入口
側の端部に重点的に排気微粒子が捕集される。しかし、
この局部的にたまった排気微粒子は、排気流によって徐
々にブローオフし、一部はフィルタエレメントの下流側
へ移動し、かつ一部はフィルタエレメント外周の空間へ
排出される。このとき、円柱状フィルタエレメントが、
下流の自由端部側で緩く巻回されているため、フィルタ
エレメント一端から直ちに径方向へ流れようとする排気
の通気抵抗と軸方向へ流れようとする排気の通気抵抗と
が比較的近似したものとなり、フィルタエレメント内
で、各方向へ向かって比較的近似した強さの排気流が得
られる。そのため、排気微粒子の内部ブローオフは多方
向へ向かって生じ、フィルタエレメント内部に比較的均
一に排気微粒子が拡散する。

【００１１】またケーシング内には、仕切板に支持され
たフィルタエレメントが多段に配設されているため、上
流側のフィルタエレメントからブローオフした排気微粒
子は下流側フィルタエレメントで再捕集される。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面に基づいて
詳細に説明する。

【００１３】図１は、この発明に係る排気フィルタの全
体的構成を示す断面図、図２はこのフィルタにおける１
本のフィルタエレメント１のみを示す一部切欠の断面図
である。

【００１４】図１において、ケーシング２は例えばディ
ーゼル機関の排気管の途中に介装されるもので、円筒状
の本体部２ａと、略円錐状の入口部２ｂおよび出口部２
ｃとから構成されている。また上記本体部２ａの内部に
は、該ケーシング２内を仕切るように排気流を横切る方
向に沿って３枚の円板状の仕切板３が固定されている。

【００１５】上記の仕切板３は、互いに同一の形状をな
すもので、図３に示すように、円形の取付孔４が多数開
口形成されている。そして、この仕切板３の各取付孔４
に、円柱状をなすフィルタエレメント１の一端部１ａが
それぞれ固定されており、これによって図３に示すよう
な１個のフィルタユニット５が構成されている。詳しく
は、各フィルタエレメント１は若干離れた状態で平行に
配設されており、各フィルタエレメント１間に適宜なガ
ス流路が確保されている。尚、固定端部１ａは排気流上
流側に向いており、仕切板３から下流側へフィルタエレ
メント１が延びている。

【００１６】また図３に示すフィルタユニット５は、ケ
ーシング２内に直列に３段に配設されているが、フィル
タエレメント１の自由端部１ｂ側の先端と次段の仕切板
３とは接触しておらず、やはり適宜なガス流路が確保さ
れている。

【００１７】上記フィルタエレメント１は、図１にも示
すように、触媒を担持した網目状金属板を比較的密に巻
回して円柱状に形成したものであって、その一端部１ａ
が仕切板３の取付孔４内に挿入されて固定されている。
そして、取付孔４により固定されている一端部１ａに比
して、他方の自由端部１ｂは巻き締め状態が緩く設定さ
れおり、巻き締めた状態での径が固定端部１ａよりも太
くなっている。従って、網目状金属板自体の目の粗さが
均一であっても、円柱状フィルタエレメント１として
は、固定端部１ａが密で、かつ自由端部１ｂが粗くなっ
ている。尚、上記網目状金属板としては、縦横の線材か
らなる金網、あるいは図４に示すように薄い金属板１Ａ
に多数のスリット６を交互に形成し、これをスリット６
と直交する矢印Ａ−Ａ方向に引っ張って格子状にしたも
の、などが用いられる。

【００１８】従って、上記フィルタエレメント１は、そ
の半径よりも軸方向長さの方が大きいものの、内部の通
気抵抗としては、図５に示すように、固定端部１ａにお
ける半径方向の通気抵抗Ｒ₁と軸方向の通気抵抗Ｒ₂とが
略近似したものとなる。また、自由端部１ｂにおける半
径方向への通気抵抗は比較的小さくなる。

【００１９】そのため、フィルタエレメント１に一端か
ら流入してきた排気ガスは、図６に矢印で示すように各
方向へ向かって比較的近似した強さで流れるようにな
る。

【００２０】従って、上記のように構成された排気フィ
ルタにおいては、ケーシング２内に入った排気が各フィ
ルタエレメント１の固定端部１ａ側の一端から流入する
ため、この部分に多量の排気微粒子が捕集されるが、こ
の局部的にたまった排気微粒子は、排気流によって徐々
にブローオフする。すなわち、一部はフィルタエレメン
ト１内で下流側へ拡散し、一部は、フィルタエレメント
１から外部のガス流路へ流れ出る。

【００２１】このとき、フィルタエレメント１の自由端
部１ｂが固定端部１ａに比して粗くなっているため、排
気微粒子は内部へ広く拡散し易く、全体に広く略均一に
分布するようになる。

【００２２】そのため、フィルタエレメント１全体に略
均一に排気微粒子を捕集でき、再生時に局部的な過熱を
生じることがない。しかもフィルタエレメント１全体を
捕集に有効利用できることになり、小型でかつ捕集効率
の高い排気フィルタが得られる。

【００２３】また、フィルタ素材の表面に直接排気微粒
子が付着する割合が高くなり、触媒との接触効率が向上
するとともに、加速時等に排気流速が急に高くなって
も、外部への急激なブローオフを生じることがない。

【００２４】また、フィルタユニット５が３段に配置さ
れており、前段のフィルタユニット５を通過した排気お
よびこれに含まれる排気微粒子は、更に２段目および３
段目に位置するフィルタユニット５のフィルタエレメン
ト１に流入する。そのため、機関加速時等に仮に前段の
フィルタユニット５において排気微粒子のブローオフが
生じたとしても、後段のフィルタユニット５において再
捕集され、外部へ排出される排気微粒子量は極めて少な
くなる。

【００２５】尚、捕集そのものは付着捕集の形で行われ
るため、濾過捕集のような過剰捕集が防止され、またＡ
ｓｈ成分による目詰まりも生じにくい。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、この発明
に係る内燃機関の排気フィルタによれば、円柱状に形成
した付着捕集形式のフィルタエレメントに、緩慢な内部
ブローオフによって略均一に排気微粒子を拡散させるこ
とができ、再生時の局部的な過熱や急加速時の急激なブ
ローオフを防止できる。しかも、円柱状フィルタエレメ
ントが仕切板とともに多段に配設されているため、前段
のフィルタエレメントからブローオフした排気微粒子が
後段で再捕集され、外部へのブローオフを一層確実に防
止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る排気フィルタの一実施例を示す
断面図。

【図２】この排気フィルタのフィルタエレメントを示す
一部切欠の断面図。

【図３】フィルタエレメントを仕切板に組み付けたフィ
ルタユニットを示す斜視図。

【図４】網目状金属板の形成方法を示す説明図。

【図５】フィルタエレメントの通気抵抗の説明図。

【図６】フィルタエレメントにおける排気の流れを示す
説明図。

【符号の説明】

１…フィルタエレメント ２…ケーシング ３…仕切板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機関の排気系に介装されるケーシング
   と、このケーシング内部に排気流を横切るように多段に
   配設され、かつそれぞれに複数個の取付孔が開口形成さ
   れた複数枚の仕切板と、網目状金属板を円柱状に巻回し
   てなり、かつ排気流上流側となる一端部が上記取付孔内
   にそれぞれ固定支持されるとともに、該固定端部が密
   に、他方の自由端部が緩く巻回された複数個のフィルタ
   エレメントとを備えたことを特徴とする内燃機関の排気
   フィルタ。