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JPS58567B2 - 排気ガスフィルタ - Google Patents
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JPS58567B2 - 排気ガスフィルタ - Google Patents

排気ガスフィルタ

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JPS58567B2
JPS58567B2 JP53096276A JP9627678A JPS58567B2 JP S58567 B2 JPS58567 B2 JP S58567B2 JP 53096276 A JP53096276 A JP 53096276A JP 9627678 A JP9627678 A JP 9627678A JP S58567 B2 JPS58567 B2 JP S58567B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は排気ガス流から再燃焼性粒子を取り除く排気ガ
スフィルタに関する。
内燃機関ではその排気ガスが大気中に安全に放出される
ように処理することが望ましい。
ある種のエンジン、特にディーゼルエンジンにおいて最
も重大な運転上の問題は、排気ガス流で運ばれる固形の
粒子の存在である。
前記固形粒子は通常少量のカーボンであり、それらはあ
る特別な運転状態のもとての炭化水素燃料の不完全燃焼
によって生じる。
しかしながらエンジンの運転効率（ｏｐｅｒａｔｉｎｇ
ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）は生成されるカーボンの量に
対しる寄与要因でもある。
排気ガス流中に比較的多量のカーボン粒子が存在すると
、黒っぽい煙状で好ましくない流出物を生じる。
そのような煙は、不快な臭いがするだけでなく、大量に
生じると健康をそこなうことにもなる。
したがって従来より排気放出流中のカーボンを除去又は
最少にするための種々の技術が提案されている。
しかしながら従来装置では前述したカーボン粒子は適切
な構成のフィルタによって除去されうるが、フィルタに
過度のカーボンが蓄積すると、前記フィルタは結局、飽
和および／もしくは動作不能になることが判明している
。
全てのディーゼルエンジンの運転状態下ではカ−ボン粒
子が発生する。
さらに、内燃機関で生成された排気ガス流の量と質はエ
ンジンの運転特性に従って変化する。
一例をあげるとディーゼル排気ガス流がさらされる温度
範囲は周囲の大気温度のわずか上と約８１５．５８Ｃ（
１５０００Ｆ）を越える温度間で変化する。
カーボンが連続的に生成されフィルタ内に蓄積されるよ
うな状況の下でエンジンを連続的に運転する場合、フィ
ルタは時々機能の回復をさせなければならない。
通常の状態ではこの機能回復は単に高温排気流をフィル
タ自身に導いてカーボンと接触されることによって行な
われる。
しかし、多量に含まれた蓄積カーボンを燃焼させると、
そのときの温度は排気ガスの温度を越えてしまう。
その結果この過温度により前記フィルタは熱的被害を受
けやすい。
フィルタを損傷させないで排気ガス系から十分な又は制
御された割合でカーボンを取除くためにここに開示され
た本発明のフィルタが提供される。
例えば冷却状態から起動したときのような排気ガスが比
較的低温度にあるときのエンジン運転状態、及び軽負荷
又はアイドル状態のときに最も多量のカーボン粒子がフ
ィルタに運ばれるであろう。
この排気ガス流は、フィルタ反応室に導かれ、第１及び
第２の連続的に配置された反応ゾーンまたはベッドを通
過する。
フィルタ内の排気ガスの全体の流れは流れ方向転換弁（
ｄｉｖｅｒｔｅｒ ｖａｌｖｅ）によって制御される
。
この弁は通常の通路から方向転換された高温ガスの方向
及び量を調整するように移動可能あるいは調整可能に構
成されている。
排気ガスがある低い温度に維持される限りは、ガス流内
のカーボン粒子は第１の反応ベッドの各通路の周囲に付
着する。
第１の反応ベッドを通り過ぎた後、はぼカーボンのない
ガスはなお存在するカーボン粒子を除去する次の処理の
ために第２の反応ベッドに通される。
そこで処理されたガスは大気に放出されるのに適した状
態となる。
重負荷、即ち通常のエンジン運転状態のもとでは排気温
度はその正常な運転温度範囲に上昇する。
前述した流れ方向転換弁は自動的に調整される。
この弁調整により排気ガス流の大部分は第１の反応ゾー
ンをバイパスして直接第２の反応ゾーンに送られる。
第２の反応ゾーンで高温ガスはその中に含んでいるカー
ボン粒子と接触する。
そしてガスはフィルタを通過し、大気へ放出される。
流れ方向転換弁はフィルタの主流路内に配置され、重負
荷時のカーボンが残っている第１反応ゾーンに全排気ガ
ス流のうちの少量のみを向ける。
したがって上記第１の反応ゾーンはカーボン粒子の大部
分の量を有するけれども、この第１の反応ゾーンはフィ
ルタの機能回復中高温排気ガスの制限された量を受け、
結果として燃焼維持酸素のみを受ける。
したがって機能回復の燃焼作用が第１の反応ゾーンで行
なわれている間燃焼維持酸素の制限された量によってカ
ーボン燃焼が緩和される。
それによって滞留されたカーボン粒子は、ある調整され
た比率で焼き払われ１粒子のないガスは第２の反応ゾー
ンを通過する。
従って本発明の目的は、温かい比較的低温の排気ガス流
から固形の可燃性粒子を保持することができ、かつ上記
粒子を燃焼することによって周期的継続的に機能回復の
できるタイプの排気ガスフィルタを提供することにある
。
本発明の他の目的は、高温排気ガス流から固形分を除去
できかつフィルタ素子の調整された機能回復を行なうこ
とのできる排気ガスフィルタを提供することにある。
以下図面を参照して本発明の一実施例を説明する。
カーボン粒子除去フィルタ１０は鋼製又は同様な耐久性
構造の金属で形成されたケーシング１１からなる。
このケーシング１１は、中央に内部反応室を形成するよ
うに形作られている。
さらにケーシング１１は溶接又は同様な接合手段によっ
てケーシング前方端に固着されるコニカル部材１２を備
えている。
このコニカル部材１２は高温排気ガス源と密閉的に連通
するための小径入口部１３を有する。
小径入口部１３は通常エンジンの排気マニホールド又は
そのようなものと結合される。
偏流器１４はフィルタ反応室の上流側に強固に位置決め
され、かつガス流を導き分配する機能を・有する。
したがってガス流は１反応室の上流端の前側パネル１６
に対し所望のパターンで衝突する。
コニカル部材１２は周囲ガイド壁１７を有し、この周囲
ガイド壁１７も前側パネル１６の面に最も効果的なガス
分配のパターンを達成するために高温ガス状流れを導く
ように形成されている。
本発明の一実施例では前側パネル１６はそこからガス流
を自由に通過させることのできる穿孔金属部材から構成
されている。
前側パネルは１例えば、変形したりあるいは被害を受け
ることなしに高温ガス流と連続的に接触できる比較的強
固なコンクリート補強用金属板又は金網から形成するこ
とができる。
前記前側パネル１６はガス流に対し横断方向に配置され
、しかも溶接又は他の適切な接合手段によって周囲ガイ
ド壁１７に固定されている。
ケーシング１１の反応室は本質的にフィルタが適用され
るための用途に沿って丸い又は長楕円断面の延長部から
なる。
上記反応室は少なくとも２つの連続的に配置された反応
ゾーンを備えている。
第１．即ち最初の反応ゾーンは、前側パネル１６と隣接
して反応室前側端部に配置される第１の反応ベッド１９
によって定められる。
第２の反応ゾーンは上記第１の反応ベッド１９の長手方
向で下流側に配置される反応ベッド２１からなる。
かくして反応室前側端部に入る高温排気ガス流はベッド
１９と２１を介して順々に案内されるであろう。
次に、フィルタの機能回復の間中、高温ガスはその主流
がベッド１９をバイパスし、ベッド２１に直接後述の方
向転換弁により方向転換される。
この状態で、高温排気ガスの少量のみが最初の反応ベッ
ド１９に入り、通過する。
排気ガス流調整装置は流れ方向転換弁２２からなる。
この弁は１本発明の排気ガスフィルタを通る排気ガスの
流れと効果的に接触し、かつ排気ガスを調整しつるとこ
ろに配置される。
前記弁２２は開位置と閉位置の間を調整されるように反
応室内に作動可能に位置づけられている。
開位置への弁の移行は排気ガスの温度に応答する。
ケーシング１１の後方、即ち下流側には１粒子のないガ
スを受けるコニカル部材２３が設けられている。
ガスの流れを圧縮した後１粒子のないガスは放出管２４
へ通される。
その後そのガスはさらに処理されるか又は大気に放出さ
れる。
第１の反応ベッド１９は排気ガスが容易に流れるが、し
かし固形粒子は留まるような適切な材料で組み立てられ
たベッド又はマトリックスから構成されている。
この第１の反応ベッド１９は典型的なスチールウール又
は同様な断片材料から形成される。
ぎっしり詰めこまれたとき、第１の反応ベッド１９の材
料は１個のガス透過中実体（ｍａｓｓ）を定め、このマ
スを介して整数個の流路が形成される。
そのマトリックス材料によって形成された上記通路の壁
は１通過するガス流からカーボン粒子を捕獲又は留める
動作を行なう。
本発明の一実施例では第１の反応ベッド１９は金属性材
料製の環状本体から構成されている。
この本体はケーシング１１に適合し、かつ中心の軸通路
２６を形成するように形造されている。
中心軸通路２６は反応ゾーンを作る材料によって取囲ま
れ、通路２６を介して軸方向に流れるガスが。
取り巻いている反応ベッドに半径方向に方向転換できる
ようにされている。
ここでは第１の反応ベッド１９は単一の環状体として例
示しているが、直列又は複数の比較的小さい部材で構成
することもできる。
本実施例では単一の比較的細長い反応ゾーンを形成する
ために別々の部材が隣接して配置されている。
前記第１の反応ベッド１９はもろい物理的構造であるた
め、例えば金属スリーブ２７，２８のような部材を用い
て第１の反応ベッド１９に剛性を与えることもできる。
これらの各スリーブすなわち単一のコンテナ状部材は本
体を包みかつ内側及び外側スリーブ構造を形作っており
、それらにはガスを通すための孔があけられている。
またそれぞれのスリーブは、過度のエンジン熱によって
変形しない十分な厚さを有する。
かくして、中心通路２６の壁およびベッド１９の周辺を
排気ガスが突きぬけて流れる。
図に示されるベッド１９は、ガス入口部１３と放出管２
４とが好ましくは同軸上に配置されるようにケーシング
の反応室内に配置されている。
また第１の反応ベッド１９の周囲表面は、環状通路３３
を形成するために、ケーシング１１の隣接する壁から内
側に離間されている。
したがって処理されたガスは環状通路３３へ流れ込み、
ケーシング１１の下流端へ向ってケーシングの長手方向
に沿って流れる。
第１の反応ベッド１９は横断部材例えば、取付はリング
３０によって反応室の後端部に固定的に位置決めされて
いる。
さらにこの第１の反応ベッド１９はろう付け、溶接又は
他の方法により強固に接合される。
前記取付はリング３０は、ケーシング１１の内壁に支持
され、かつ環状通路３３から中間室３６ヘガスの流れを
押し進めるように形成されている。
このような端部支持構造を用いると、第１の反応ベッド
１９は反応室内にしっかりと固定される。
しかしながら第１の反応ベッド１９は、そのベッドに作
用される温度変化に応答して限られた範囲で移動できる
ように支持することもできる。
ベッド２１で定められる第２の処理ゾーンは。
ベッド１９とほとんど同様に形成される。
特に。ベッド２１は反応室を横切る方向に延在しており
、第１の反応ゾーンに設けられたような中心開口部即ち
通路２６を設けることなしに構成される。
この第２の反応ベッド２１は、そのベッドのまわりの少
なくとも一部に形成されたスリーブ３２゜又は同様なコ
ンテナを使って同様に補強することができる。
このような装置は高温の急速に流れる排気ガス流によっ
てベッドが変形するのを防ぐささえになる。
第２の反応ゾーンすなわちベッド２１は、フィルタの反
応室の下流端を完全にふさいでいる。
したがってベッド１９を通過し、中間室３６に入るガス
は第２の反応ベッド２１に入る。
第２の反応ベッド２１内の排気ガスの処理を容易にする
ためにケーシング１１の壁に沿って例えば偏流器のよう
なものを設けることができる。
流れ方向転換弁２２は、少なくとも一つ、好ましくは複
数の板からなる。
これらの板はある一点で弁が通路２６の下流端を横切っ
てほぼ完全に閉鎖するように軸支されている。
しかしながら弁２２の開位置では流れ方向転換弁２２は
前述した通路２６を横切る位置から各板を離し、はぼ全
排気ガス流が上記通路２６を介して通過し、かつ直ちに
中間室３６に入るようにされている。
流れ方向転換弁２２は協働する各弁板の一方側が位置決
めリング２９に軸支されるように設けられている。
動作上、エンジンが冷えている状態から起動されるとき
に、カーボン粒子が付着する最もひどい状態が排気流内
に生じる。
しかしながら、ある運転状態、特にアイドル又は軽負荷
時のカーボン付着は通常程度である。
このような状況下で高温排′気ガスの流れの体核は温度
と同様に最小にされる。
かくして高温の粒子を有する排気ガスが小径入口部１３
に入るとそのガスは偏流器装置１４によって導かれて前
側パネル１６の面に分配されさらに中心軸通路２６へ送
られる。
この初期運転期間中、エンジンはかなり冷えた状態にあ
る。
その結果排気ガスは同等の状態にある。
流れ方向転換弁２２は常閉位置にバイアスされて中心軸
通路２６の下流端を実質的又は完全に閉塞し、排気ガス
流が下流端から流れ出すのを防止する。
高温ガスが中心軸通路２６に入ると、この通路内の背圧
によってガス流は半径方向外側の第１の反応ベッド１９
に押しやられる。
反応ベッド１９内でカーボン粒子はスチールウール又は
他の反応媒体の壁と接触し、それに保持される。
大部分の粒子が除去されたガス流は第１の反応ベッド１
９を離れてケーシング１１の内壁によって定められる周
囲の環状通路３３に入る。
このケーシング１１の内壁はその外側表面が大気にさら
されているので通常比較的冷却された状態になっている
。
その結果壁に沿って流れる排気ガスも周囲温度に依存し
である温度まで冷却される。
そして排気ガス流はフィルタ１０の後方端の方へ導びか
れ１位置決めリング３０の開口部を通って中間室３６に
入る。
さらにフィルタを通った排気ガス流は第２の反応ベッド
２１に入る。
このベッド２１では残っているカーボン粒子が保持され
１粒子のないガスが後側パネル３８を介して取り出され
る。
そしてこの流れはその後圧縮され、かつコニカル部材２
３を介して放出管２４に導かれる。
ある期間運転の後、もしエンジンがアイドル状態になる
か低速状態になると、結局比較的低い温度排気ガスによ
ってカーボン粒子の蓄積又は増進（ｂｕ ｉ ｌ ｄ−
ｕｐ ）を起す。
このようなカーボン粒子の蓄積は第１の反応ベッド１９
に特に集中し第２の反応ベッド２１にはわずかじか蓄積
しない。
しかしながら、エンジンが正常な負荷状態の下で運転温
度まで加熱されると、温度は、すぐに上昇し、排気ガス
の流量及び温度はカーボンの発火点を越えて比例的に上
昇する。
結局、この状態のガス流では、共にベッド１９内に保持
された粒子を燃焼しかつそれをフィルタを介してガス状
で運ぶに十分な高温レベルまで排気ガス温度は達し弁２
２の板を開位置にする。
この開動作によってガスの主流は中心軸通路２６を介し
て軸方向に流れ中間室３６に直接送り込まれる。
弁２２はガス流路内に配置された温度応答素子に関連し
て作動する。
そのような弁作動装置は当該技術で公知で、かつ排気ガ
スの場合のように高温ガス体に利用される。
流れ方向転換弁２２はある特定の温度に応答して開位置
に作動するように設計されている。
少なくとも一部の高温排気ガス流が半径方向に向けられ
て第１の反応ベッド１９に流れるように弁２２は設計さ
れ、かつ可動板は構成されている。
第１の反応ベッド１９では、高温排気ガスは保持カーボ
ン粒子と接触しながら粒子を点火し、燃焼される。
しかしながら弁２２が開きカーボン発火温度の超えた高
温ガス流の大部分はバイパスされ、少量の該高温ガス流
のみがベット１９に入るので、第１の反応ベッド１９内
のカーボンの燃焼は制限される。
したがって機能回復中のベッド１９内の温度はある安全
なレベルに保たれる。
第１の反応ベッド１９の下流端では高温排気ガスは環状
通路３３および中間室３６に入り、第２の反応ベッド２
１へ送り込まれる。
第２の反応ベッド２１内では最初の低温のガス流からの
保持されていた若干のカーボン粒子が開いた弁２２を介
して送り込まれる高温の排気ガスの主流で燃焼される。
フィルタ１０の下流端では比較的高温燃焼ガスが放出管
２４に送られる。
このとき第１及び第２の反応ベッド１９，２１は実質的
にカーボン粒子のない状態になる。
もし、エンジンが高温で運転されその結果高温排気ガス
流が生じてもカーボン蓄積に対するフィルタの状態は比
較的安定した状態になる。
しかしながらもしエンジン速度が下降又は長時間アイド
ル状態になったとしても排気ガスの温度はこの変化に応
じて十分に低くなり、第１の反応ベッド１９でのカーボ
ン粒子の蓄積を促進する。
何故なら弁２２は、中心軸通路２６の排気ガスの全体の
流を第１の反応ベッド１９の方へ方向転換するために再
びその閉位置に復帰するからである。
以上説明したような本発明の精神及び範囲から離れるこ
となく本発明の変形実施も可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図は内燃機関に取付けられるような本発明によるフ
ィルタの一部切欠いた正ｍ１図、第２図は第１図の２−
２線に沿って切断した断面図、第３図は本発明によるフ
ィルタ内部の一部拡大した部分図、第４図はフィルタ内
部の動作を説明するための図である。 １０・・・・・・フィルタ、１４・・・・・・偏流器、
１９・・・・・・第１反応ベッド、２１・・・・・・第
２反応ベッド、２２・・・・・・流れ方向転換装置、２
６・・・・・・中心軸通路。 ３°３・・・・・・環状通路、３６・・・・・・中間室
。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 可燃性粒子を運ぶ高温排気ガス流源に連通された入
    口部及びこれと対向して設けられた出口部とを有し、長
    手状の反応室を形成するケーシングと、長手方向に延び
    る中心軸通路を定める穿孔環状本体からなり前記反応室
    内に支持された第１の反応ゾーンとこの第１の反応ゾー
    ンと連通する中間室を介して該第１の反応ゾーンから長
    手方向に離間すると共に前記反応室の下流端をふさぐよ
    うに該反応室内に支持された第２の反応ゾーンと、前記
    第１の反応ゾーンの中心軸通路下流端部に設けられ、排
    気ガス温度の所定変化に応答して該第１の反応ゾーンを
    通過する排気ガス量を変えるように開閉動作する流れ方
    向転換装置とを備え、前記流れ方向転換装置は低い温度
    の排気ガスに対し閉位置をとって全ガス流を前記第１の
    反応ゾーンを介して流し、所定の高温排気ガスに対し開
    位置をとって排気ガスの少量部分のみを前記第１の反応
    ゾーンを介して流して該第１の反応ゾーン内に保持され
    た粒子を燃焼し同時に残余の排気ガス量を直接筒２の反
    応ゾーンへ流すことを特徴とする排気流内の粒子成分を
    低減させるための可燃性粒子を運ぶ高温排気ガス流を処
    理する排気ガスフィルタ。
JP53096276A 1977-11-07 1978-08-09 排気ガスフィルタ Expired JPS58567B2 (ja)

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