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技術 パティキュレートフィルタの燃焼残留物除去方法及び燃焼残留物除去装置

出願人 株式会社豊田中央研究所
発明者 林秀光
出願日 2007年9月26日 (11年9ヶ月経過) 出願番号 2007-248432
公開日 2009年4月16日 (10年3ヶ月経過) 公開番号 2009-079512
状態 未査定
技術分野 排気の固体成分の処理 排気の後処理 ガス中の分散粒子の濾過
主要キーワード 斜格子状 気流シミュレーション 流通管内 斜め格子状 上流側開口端 長期間経過後 長期間使用後 自動車整備工場
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重要な関連分野

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図面 (15)

課題

パティキュレートフィルタ燃焼残留物除去方法及び燃焼残留物除去装置において、フィルタ内の燃焼残留物を除去しやすくして、しかも、フィルタに触媒コーティングする場合でも、燃焼残留物除去後の触媒の性能低下を十分に低く抑えることである。

解決手段

パティキュレートフィルタ16を構成する複数の上流側孔部48の開口端部に柱体42を、開口端部内周との間に隙間をあけて挿入し、パティキュレートフィルタ16の浄化用エア上流側端部に柱体付装着部材38を取り付けた状態で、パティキュレートフィルタ16を浄化用エア流通管内に配置する。この状態で、パティキュレートフィルタ16に浄化用エアを通過させることにより、パティキュレートフィルタ16において、上流側孔部48とセル壁28を介して隣り合う下流側孔部50内に残留する燃焼残留物32を除去する。

概要

背景

内燃機関、例えばディーゼルエンジンから排出される排気ガス中には、炭素質からなるすす等を主成分とするパティキュレート、灰すなわちアッシュ等の燃焼残留物が含まれる。また、アッシュは、カルシウムや金属を含む場合がある。このため、従来から、例えば、ディーゼルエンジンの排気装置等において、ディーゼルパティキュレートフィルタ、すなわちDPFを設けて、パティキュレート及び燃焼残留物を除去することが考えられている。一方、DPFは、長期間の使用により内部にパティキュレート及び燃焼残留物の少なくとも一方が堆積、すなわち残留して、エンジン負荷が大きくなる原因となる。

これに対して、特許文献1から特許文献4には、フィルタまたはパティキュレートフィルタに付着した燃焼残存物(または燃焼残留物)を除去するための除去方法及び洗浄方法が記載されている。特許文献1に記載の除去方法は、排気ガス浄化装置を構成するフィルタユニット基台の網座に立てるとともに、上側のノズルから下方に向け、高圧洗浄水噴出させ、フィルタの貫通孔に付着した燃焼残存物を除去するとされている。また、燃焼残存物を洗浄するためのフィルタに吹き付ける高圧流体水温を20から80℃に設定することにより、カルシウム等の成分を含む燃焼残存物を高圧流体に溶かすことができるとされている。

また、特許文献2に記載の洗浄方法では、排気管の途中から取り外したパティキュレートフィルタをすのこ台上に載置し、上方位置から噴射ノズルにより下向きに温水噴射させ、アッシュ等の燃焼残留物を洗い流すようにしている。また、80℃よりも高い温度まで加熱した非沸騰状態の水をパティキュレートに吹き付けるようにすることにより、水道水中に含まれるカルキの塩素成分蒸発し、触媒に対し水道水が無害化されて触媒性能劣化が起こらなくなるとされている。また、80℃よりも高い温度の温水が吹き付けられるパティキュレートフィルタ側で、燃焼残留物中の可溶性有機成分がパティキュレートフィルタから剥離しやすくなるとされている。

また、特許文献3に記載の洗浄方法では、温水洗車機から供給されレギュレータによって調圧された温水、或いは給湯器から供給される温水をポンプで昇圧し、噴射ノズルからパティキュレートフィルタに吹き付けて燃焼残留物を洗い流すようにするとされている。

また、特許文献4に記載の洗浄方法では、フィルタに堆積したアッシュをフィルタから除去するために、フィルタを洗剤水溶液に浸漬して浸透処理をした後、フィルタを回転台に立てた状態で回転台を回転させ、噴射ノズルにより高圧エアをフィルタに向けて噴射するとされている。また、噴射ノズルを取り付けたアームを、揺動軸心を中心に、ある角度の範囲で円弧軌跡上を繰り返し揺動させている。

特開2001−50028号公報
特開2003−262115号公報
特開2004−239072号公報
特開2005−46729号公報

概要

パティキュレートフィルタの燃焼残留物除去方法及び燃焼残留物除去装置において、フィルタ内の燃焼残留物を除去しやすくして、しかも、フィルタに触媒をコーティングする場合でも、燃焼残留物除去後の触媒の性能低下を十分に低く抑えることである。パティキュレートフィルタ16を構成する複数の上流側孔部48の開口端部に柱体42を、開口端部内周との間に隙間をあけて挿入し、パティキュレートフィルタ16の浄化用エア上流側端部に柱体付装着部材38を取り付けた状態で、パティキュレートフィルタ16を浄化用エア流通管内に配置する。この状態で、パティキュレートフィルタ16に浄化用エアを通過させることにより、パティキュレートフィルタ16において、上流側孔部48とセル壁28を介して隣り合う下流側孔部50内に残留する燃焼残留物32を除去する。

目的

本発明は、パティキュレートフィルタの燃焼残留物除去方法及び燃焼残留物除去装置において、フィルタ内の燃焼残留物を除去しやすくして、しかも、フィルタに触媒をコーティングする場合でも、燃焼残留物除去後の触媒の性能低下を十分に低く抑えることを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

内燃機関排気ガス中に含まれるパティキュレート捕集するパティキュレートフィルタ燃焼残留物除去方法であって、パティキュレートフィルタを構成する孔部に障害物を挿入するとともに、パティキュレートフィルタを、浄化用エアを流す流路中に配置した状態で、パティキュレートフィルタに浄化用エアを通過させることにより、パティキュレートフィルタに残留する燃焼残留物を除去することを特徴とするパティキュレートフィルタの燃焼残留物除去方法。

請求項2

請求項1に記載のパティキュレートフィルタの燃焼残留物除去方法において、パティキュレートフィルタに浄化用エアを通過させることにより、パティキュレートフィルタ内に残留する燃焼残留物付近に渦を伴う気流を発生させることを特徴とするパティキュレートフィルタの燃焼残留物除去方法。

請求項3

請求項1または請求項2に記載のパティキュレートフィルタの燃焼残留物除去方法において、障害物は柱体であり、パティキュレートフィルタを構成する孔部の浄化用エア上流側開口端に、孔部内周との間に隙間をあけて柱体を挿入するとともに、浄化用エアを流す流路中にパティキュレートフィルタを配置した状態で、パティキュレートフィルタに浄化用エアを通過させることにより、パティキュレートフィルタに残留する燃焼残留物を除去することを特徴とするパティキュレートフィルタの燃焼残留物除去方法。

請求項4

請求項3に記載のパティキュレートフィルタの燃焼残留物除去方法において、パティキュレートフィルタを構成する複数の孔部の浄化用エア上流側開口端に、複数の孔部内周との間に隙間をあけて、線状部材により連結した複数の柱体を挿入するとともに、パティキュレートフィルタに浄化用エアを通過させることにより、パティキュレートフィルタに残留する燃焼残留物を除去することを特徴とするパティキュレートフィルタの燃焼残留物除去方法。

請求項5

請求項1に記載のパティキュレートフィルタの燃焼残留物除去方法に使用するパティキュレートフィルタの燃焼残留物除去装置であって、パティキュレートフィルタを内側に配置可能とする流路構成部材と、流路構成部材の片側に設けられ、流路構成部材内に浄化用エアを供給するエア供給部と、パティキュレートフィルタを構成する孔部の浄化用エア上流側開口端に、孔部内周との間に隙間をあけて挿入可能な障害物である、柱体とを備えることを特徴とするパティキュレートフィルタの燃焼残留物除去装置。

請求項6

請求項5に記載のパティキュレートフィルタの燃焼残留物除去装置であって、柱体は、パティキュレートフィルタを構成する複数の孔部の浄化用エア上流側開口端に、複数の孔部内周との間に隙間をあけて挿入可能な複数の柱体であり、複数の柱体を線状部材により連結していることを特徴とするパティキュレートフィルタの燃焼残留物除去装置。

技術分野

背景技術

0002

内燃機関、例えばディーゼルエンジンから排出される排気ガス中には、炭素質からなるすす等を主成分とするパティキュレート、灰すなわちアッシュ等の燃焼残留物が含まれる。また、アッシュは、カルシウムや金属を含む場合がある。このため、従来から、例えば、ディーゼルエンジンの排気装置等において、ディーゼルパティキュレートフィルタ、すなわちDPFを設けて、パティキュレート及び燃焼残留物を除去することが考えられている。一方、DPFは、長期間の使用により内部にパティキュレート及び燃焼残留物の少なくとも一方が堆積、すなわち残留して、エンジン負荷が大きくなる原因となる。

0003

これに対して、特許文献1から特許文献4には、フィルタまたはパティキュレートフィルタに付着した燃焼残存物(または燃焼残留物)を除去するための除去方法及び洗浄方法が記載されている。特許文献1に記載の除去方法は、排気ガス浄化装置を構成するフィルタユニット基台の網座に立てるとともに、上側のノズルから下方に向け、高圧洗浄水噴出させ、フィルタの貫通孔に付着した燃焼残存物を除去するとされている。また、燃焼残存物を洗浄するためのフィルタに吹き付ける高圧流体水温を20から80℃に設定することにより、カルシウム等の成分を含む燃焼残存物を高圧流体に溶かすことができるとされている。

0004

また、特許文献2に記載の洗浄方法では、排気管の途中から取り外したパティキュレートフィルタをすのこ台上に載置し、上方位置から噴射ノズルにより下向きに温水噴射させ、アッシュ等の燃焼残留物を洗い流すようにしている。また、80℃よりも高い温度まで加熱した非沸騰状態の水をパティキュレートに吹き付けるようにすることにより、水道水中に含まれるカルキの塩素成分蒸発し、触媒に対し水道水が無害化されて触媒性能劣化が起こらなくなるとされている。また、80℃よりも高い温度の温水が吹き付けられるパティキュレートフィルタ側で、燃焼残留物中の可溶性有機成分がパティキュレートフィルタから剥離しやすくなるとされている。

0005

また、特許文献3に記載の洗浄方法では、温水洗車機から供給されレギュレータによって調圧された温水、或いは給湯器から供給される温水をポンプで昇圧し、噴射ノズルからパティキュレートフィルタに吹き付けて燃焼残留物を洗い流すようにするとされている。

0006

また、特許文献4に記載の洗浄方法では、フィルタに堆積したアッシュをフィルタから除去するために、フィルタを洗剤水溶液に浸漬して浸透処理をした後、フィルタを回転台に立てた状態で回転台を回転させ、噴射ノズルにより高圧エアをフィルタに向けて噴射するとされている。また、噴射ノズルを取り付けたアームを、揺動軸心を中心に、ある角度の範囲で円弧軌跡上を繰り返し揺動させている。

0007

特開2001−50028号公報
特開2003−262115号公報
特開2004−239072号公報
特開2005−46729号公報

発明が解決しようとする課題

0008

近年、パティキュレートフィルタに触媒をコーティングし、触媒によりすす等のパティキュレートの燃焼性能を向上させることが考えられている。これに対して、上記の特許文献1から特許文献3に記載された除去方法及び洗浄方法において、フィルタの燃焼残存物を除去するために、水道水を含む水もしくは水溶液を使用する場合で、フィルタに触媒をコーティングしている場合には、水道水中の塩素成分により触媒を劣化させる可能性がある。また、特許文献2に記載の洗浄方法では、80℃を超える水道水を噴射ノズルから噴射させ、噴射される温水でパティキュレートフィルタの燃焼残留物を洗い流すことにより、パティキュレートフィルタの触媒の性能劣化が起こらなくなるとされている。ただし、この場合でも、触媒によっては、水そのものと触媒とが反応して触媒の性能が劣化する可能性がある。このため、フィルタの燃焼残存物を除去するために、水及び水溶液を使用することは好ましくない。

0009

これに対して、特許文献4に記載の洗浄方法では、フィルタの車両への搭載時に排気ガスの流出側となるフィルタの片側から気流を流入させているが、フィルタに設けられた孔部である、上流排気ガス通路及び下流排気ガス通路のうち、気流の上流側となる片側が閉塞された上流排気ガス通路の閉塞部近傍にアッシュが堆積している場合に、このアッシュをフィルタから十分に排出できない可能性がある。

0010

次にこの理由を説明する。図12は、従来から考えられているエンジンにおいて、排気系にパティキュレートフィルタを設けた構成の1例を示す略断面図である。図13は、図12に示す構造からパティキュレートフィルタのみを取り出して示す部分切断略斜視図である。図14は、(a)は、エンジンからの排気ガスの浄化時において、パティキュレートフィルタに燃焼残留物が残留する様子を示す模式図であり、(b)は、従来から考えられているパティキュレートフィルタから燃焼残留物を除去する方法の1例を示す模式図である。

0011

図12に示すように、内燃機関であるディーゼルエンジン10は、排気系を構成する排気管12の中間部に円筒状のケーシング14を取り付けて、ケーシング14の内側に、DPFと呼ばれるパティキュレートフィルタ16を抱持している。また、排気ガスの流れ方向(図12の矢印方向)に関してケーシング14の入口側と出口側とに、それぞれ入口側接続部18と出口側接続部20とを接続している。入口側接続部18、出口側接続部20、ケーシング14は、それぞれ分離した状態で、排気管12から取り外し可能としている。パティキュレートフィルタ16にディーゼルエンジン10の排気ガスを通過させることにより、排気ガス中に含まれるパティキュレート及びアッシュ等の燃焼残留物が捕集される。

0012

図13に示すように、パティキュレートフィルタ16は、セラミックス焼結体一種である多孔質炭化珪素(SiC)等の多孔質材料により、複数の有底状の孔部24,26を有するハニカム状に形成している。各孔部24,26は、セル壁28によって互いに隔てられている。隣り合う孔部24,26同士で、長さ方向に関して底部30,33が位置する側を異ならせている。このため、パティキュレートフィルタ16の端面は、市松状となる。排気管12(図12)にパティキュレートフィルタ16を取り付けた状態で、図13の矢印α方向に流れるディーゼルエンジン10(図12)の排気ガスは、一部の孔部24の開口端からパティキュレートフィルタ16内に送られ、セル壁28に設けられた微小孔を通過し、セル壁28を通じて隣り合う残部の孔部26内に送られる。残部の孔部26に送られた排気ガスは、残部の孔部26の開口端を通じてパティキュレートフィルタ16外に排出される。排気ガス中に含まれるパティキュレート及びアッシュ等の燃焼残留物は、セル壁28を通過しにくいため、パティキュレートフィルタ16から排出される排気ガスは浄化される。

0013

ただし、パティキュレートフィルタ16の長期間の使用に伴って、図13の矢印α方向の、排気ガスの流れに関して、パティキュレートフィルタ16内の上流側である一部の孔部24の底部30付近に燃焼残留物が残留しやすくなる。すなわち、図14(a)に略図で示すように、エンジン側からパティキュレートフィルタ16内に矢印α方向に排気ガスが送られることにより、排気ガスはセル壁28を通じて大気中に排出される。ただし、パティキュレートフィルタ16に設けた複数の孔部24,26のうち、排気ガス流入側の孔部24の底部30付近に燃焼残留物32が蓄積されやすくなる。このため、パティキュレートフィルタ16の使用開始から長期間経過後には、燃焼残留物32がパティキュレートフィルタ16内に蓄積し、これを除去する必要がある。例えば、従来から考えられている燃焼残留物除去方法の場合には、排気管12(図12)から、ケーシング14(図12)と一体のパティキュレートフィルタ16を取り外して、図14(b)に略図で示すように、図14(a)の矢印αと逆方向である、図14(b)の矢印β方向に、エア供給部であるエアポンプにより、浄化用エアをパティキュレートフィルタ16に通過させることが考えられている。なお、パティキュレートフィルタ16に設けた孔部24,26のうち、排気ガス流出側の孔部26は、大気側に開放されており、排気ガス流出側の孔部26の底部33に燃焼残留物は蓄積されにくい。このため、排気ガス流出側の孔部26内の燃焼残留物を除去することを考慮する必要性は低い。

0014

ただし、このように単に排気ガスの流れ方向に対して逆方向にパティキュレートフィルタ16に浄化用エアを通過させるだけでは、セル壁28において、浄化用エアの下流側で上流側よりも多く流れやすくなり、一部の孔部24の底部30付近に残留する燃焼残留物32付近に浄化用エアが送られにくくなる。このため、燃焼残留物32が孔部24から外部に排出されにくい。また、同様の理由により、上記の特許文献4に記載された洗浄方法の場合も、フィルタの気流の上流側となる片側が閉塞された上流排気ガス通路の閉塞部近傍にアッシュ等の燃焼残留物が堆積している場合に、この燃焼残留物をフィルタから十分に排出できない可能性がある。

0015

本発明は、パティキュレートフィルタの燃焼残留物除去方法及び燃焼残留物除去装置において、フィルタ内の燃焼残留物を除去しやすくして、しかも、フィルタに触媒をコーティングする場合でも、燃焼残留物除去後の触媒の性能低下を十分に低く抑えることを目的とする。

課題を解決するための手段

0016

本発明に係るパティキュレートフィルタの燃焼残留物除去方法は、内燃機関の排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタの燃焼残留物除去方法であって、パティキュレートフィルタを構成する孔部に障害物を挿入するとともに、パティキュレートフィルタを、浄化用エアを流す流路中に配置した状態で、パティキュレートフィルタに浄化用エアを通過させることにより、パティキュレートフィルタに残留する燃焼残留物を除去することを特徴とするパティキュレートフィルタの燃焼残留物除去方法である。

0017

また、好ましくは、パティキュレートフィルタに浄化用エアを通過させることにより、パティキュレートフィルタ内に残留する燃焼残留物付近に渦を伴う気流を発生させる。

0018

また、より好ましくは、障害物は柱体とし、パティキュレートフィルタを構成する孔部の浄化用エア上流側開口端に、孔部内周との間に隙間をあけて柱体を挿入するとともに、浄化用エアを流す流路中にパティキュレートフィルタを配置した状態で、パティキュレートフィルタに浄化用エアを通過させることにより、パティキュレートフィルタに残留する燃焼残留物を除去する

0019

また、より好ましくは、パティキュレートフィルタを構成する複数の孔部の浄化用エア上流側開口端に、複数の孔部内周との間に隙間をあけて、線状部材により連結した複数の柱体を挿入するとともに、パティキュレートフィルタに浄化用エアを通過させることにより、パティキュレートフィルタに残留する燃焼残留物を除去する。

0020

また、本発明に係るパティキュレートフィルタの燃焼残留物除去装置は、上記の本発明に係るパティキュレートフィルタの燃焼残留物除去方法に使用するパティキュレートフィルタの燃焼残留物除去装置であって、パティキュレートフィルタを内側に配置可能な流路構成部材と、流路構成部材の片側に設けられ、流路構成部材内に浄化用エアを供給するエア供給部と、パティキュレートフィルタを構成する孔部の浄化用エア上流側開口端に、孔部内周との間に隙間をあけて挿入可能な障害物である、柱体とを備えることを特徴とするパティキュレートフィルタの燃焼残留物除去装置である。

0021

また、より好ましくは、柱体は、パティキュレートフィルタを構成する複数の孔部の浄化用エア上流側開口端に、複数の孔部内周との間に隙間をあけて挿入可能な複数の柱体とし、複数の柱体を線状部材により連結する。

発明の効果

0022

本発明に係るパティキュレートフィルタの燃焼残留物除去方法によれば、フィルタを構成する孔部に障害物を挿入した状態で、フィルタに浄化用エアを通過させるため、浄化用フィルタ内でのエアの流れを変化させ、孔部の片側に残留する燃焼残留物付近に浄化用エアを送りやすくできる。このため、フィルタから燃焼残留物を除去しやすくできる。また、燃焼残留物の除去のために、水及び水溶液を使用せずに済むため、フィルタに触媒をコーティングする場合でも、燃焼残留物除去後の触媒の性能低下を十分に低く抑えることができる。

0023

また、パティキュレートフィルタに浄化用エアを通過させることにより、パティキュレートフィルタ内に残留する燃焼残留物付近に渦を伴う気流を発生させる構成によれば、フィルタから燃焼残留物をより効率的に除去しやすくできる。

0024

また、障害物は柱体とし、パティキュレートフィルタを構成する孔部の浄化用エア上流側開口端に、孔部内周との間に隙間をあけて柱体を挿入するとともに、パティキュレートフィルタを、浄化用エアを流す流路中に配置した状態で、パティキュレートフィルタに浄化用エアを通過させることにより、パティキュレートフィルタに残留する燃焼残留物を除去する構成によれば、浄化用エアを柱体の外周面外側から、孔部を構成する壁部を通じて別の孔部に送りやすくでき、別の孔部に残留する燃焼残留物をより効率的に除去しやすくできる。

0025

また、パティキュレートフィルタを構成する複数の孔部の浄化用エア上流側開口端に、複数の孔部内周との間に隙間をあけて、線状部材により連結した複数の柱体を挿入するとともに、パティキュレートフィルタに浄化用エアを通過させることにより、パティキュレートフィルタに残留する燃焼残留物を除去する構成によれば、フィルタが複数の孔部を有するのにもかかわらず、複数の孔部に柱体を挿入する作業を容易に行え、燃焼残留物除去作業の容易化を図れる。

0026

また、本発明に係るパティキュレートフィルタの燃焼残留物除去装置によれば、浄化用エアを柱体の外周面外側から、孔部を構成する壁部を通じて別の孔部に送りやすくでき、別の孔部に残留する燃焼残留物を除去しやすくできる。しかも、燃焼残留物の除去のために、水及び水溶液を使用せずに済むため、フィルタに触媒をコーティングする場合でも、燃焼残留物除去後の触媒の性能低下を十分に低く抑えることができる。

0027

また、柱体は、パティキュレートフィルタを構成する複数の孔部の浄化用エア上流側開口端に、複数の孔部内周との間に隙間をあけて挿入可能な複数の柱体とし、複数の柱体を線状部材により連結する構成によれば、フィルタが複数の孔部を有するのにもかかわらず、複数の孔部に柱体を挿入する作業を容易に行え、燃焼残留物除去作業の容易化を図れる。

発明を実施するための最良の形態

0028

以下において、図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。図1は、本発明の実施の形態の1例のパティキュレートフィルタの燃焼残留物除去装置を示す略断面図である。図2は、図1の燃焼残留物除去装置を構成する柱体付装着部材を示す部分略斜視図である。図3は、図1部分拡大A−A断面図である。図4は、図3のB−B断面図において、浄化用エアの気流を模式的に示す図である。

0029

図1に示すように、燃焼残留物除去装置34は、内燃機関であるディーゼルエンジン10(図12)の排気ガス中に含まれるパティキュレート及びアッシュ等の燃焼残留物を捕集し、排気ガスを浄化するパティキュレートフィルタ16の燃焼残留物を除去するために使用する。パティキュレートフィルタ16使用時の構成である、ディーゼルエンジン10の排気管12(図12)にパティキュレートフィルタ16を設けた構成は、上記の図12に示した従来から考えられている構成と同様である。また、パティキュレートフィルタ16の構成自体も、上記の図13に示した従来から考えられている構成と同様である。このため、以下の説明では、図12図13の要素と同等部分には同一符号を付して重複する説明を省略もしくは簡略にする。

0030

本実施の形態では、上記のような内燃機関であるディーゼルエンジン10に使用されるパティキュレートフィルタ16の長期間使用後において、アッシュ等の燃焼残留物及びパティキュレートを除去するための燃焼残留物除去装置34に関する。このために、図1に示すように、燃焼残留物除去装置34は、流路構成部材である浄化用エア流通管36と、浄化用エア流通管36の片側(図1の左側)に設けられ、浄化用エア流通管36内に浄化用エアを供給するエア供給部である、エアポンプ(図示せず)と、柱体付装着部材38とを備える。浄化用エア流通管36の直径が大きくなった大径部40内側に、パティキュレートフィルタ16を外側のケーシング14(図1では図示を省略する。)とともに収容保持可能とする。また、大径部40内側にパティキュレートフィルタ16及びケーシング14を収容保持した状態で、エアポンプの駆動により浄化用エア流通管36に、浄化用エアを供給可能とする。なお、エアポンプとして、例えば自動車整備工場等で従来から一般的に使用されている構造のものを使用できる。

0031

また、このように大径部40にパティキュレートフィルタ16及びケーシング14を保持する場合に、パティキュレートフィルタ16の浄化用エア上流側端部となる、長さ方向一端部(図1の左端部)に、柱体付装着部材38を装着している。

0032

柱体付装着部材38は、図2に詳しく示すように、複数の断面矩形状の直方体または立方体である柱体42と、斜格子状網44とを備える。柱体42は、障害物であり、複数個1列に等間隔で配置したものを平行に複数列設け、隣り合う列同士で柱体42の位置を半ピッチずつずらせている。斜格子状網44は、複数の直線状の線状部材46を斜め格子状に組み合わせることにより構成している。そして、斜め方向に隣り合う柱体42の長さ方向一端部同士を、斜格子状網44を構成する線状部材46により連結することにより、複数の柱体42を斜格子状網44により連結している。

0033

図3に示すように、複数の柱体42の配置位置は、パティキュレートフィルタ16を構成し、上記の図14に示した構成で、残部の孔部26に対応する、複数の上流側孔部48の開口端部の位置と整合させている。また、複数の柱体42の長さ方向に対し直交する方向に関する断面形状である矩形は、各上流側孔部48の開口端部の形状である矩形よりも小さくしている。そして、図3に示すように、各柱体42を上流側孔部48の開口端部内に挿入可能とするとともに、柱体付装着部材38をパティキュレートフィルタ16の端部に装着した状態で、柱体42の外周面と上流側孔部48の開口端部内周面との間に全周にわたり隙間が形成されるようにする。なお、この隙間は、柱体42の外周面と上流側孔部48の内周面との間の周方向一部にのみ形成されていてもよい。ただし好ましくは、柱体42の外周面と上流側孔部48の内周面との間の全周にわたり隙間が形成されるようにする。より好ましくは、柱体42の外周面と上流側孔部48の内周面との間に、全周にわたり均一に隙間が形成されるようにする。

0034

また、柱体付装着部材38の周囲に円形等の形状を有する枠部(図示せず)を設けて、枠部の内周に斜格子状網44の外周部を結合することもできる。また、この枠部を円筒状に形成して、枠部の内周の一部をパティキュレートフィルタ16、またはパティキュレートフィルタ16の外側に嵌合したケーシング14の外周に嵌合するように構成することもできる。このような構成によれば、柱体42の外周面と上流側孔部48の内周面との間に、全周にわたり隙間が形成された状態を保持しやすくできる。なお、柱体付装着部材38を構成する材料は、特に限定するものではなく、例えば、金属、樹脂等とする。また、柱体42の形状は、図示の例のような直方体または立方体に限定するものではなく、直方体及び立方体以外の種々の形状(例えば、円柱状等)とすることもできる。また、柱体42は、上流側孔部の底部33(図4)側に開口する有底筒状とすることもできる。

0035

次に、上記のように構成する燃焼残留物除去装置34(図1)を使用して、パティキュレートフィルタ16に残留するアッシュ等の燃焼残留物を除去する燃焼残留物除去方法を説明する。まず、ディーゼルエンジン10の排気管12から、パティキュレートフィルタ16をケーシング14とともに取り外し、パティキュレートフィルタ16の、ディーゼルエンジン10の排気ガス流出側、すなわち大気開放側に、柱体付装着部材38を装着し、各上流側孔部48の開口端部内に各柱体42を、隙間をあけて挿入する。

0036

次いで、浄化用エア流通管36の大径部40内に、ケーシング14及びパティキュレートフィルタ16を保持する。すなわち、浄化用エアを流す流路中にパティキュレートフィルタ16を配置する。そしてこの状態で、エアポンプにより、浄化用エアを浄化用エア流通管36に供給することにより、パティキュレートフィルタ16に浄化用エアを通過させる。そしてこれにより、パティキュレートフィルタ16において、下流側孔部50(図3図4)内に残留する燃焼残留物32(図4)を除去する。なお、下流側孔部50は、上記の図14に示した構成で、一部の孔部24に対応する。また、このようにして、パティキュレートフィルタ16に浄化用エアを通過させることにより、パティキュレートフィルタ16内に残留する燃焼残留物32付近に、渦を伴う気流を発生させる。

0037

すなわち、図4に示すように、上流側孔部48の開口端部に柱体42を隙間を空けて挿入した状態で、パティキュレートフィルタ16に図4の矢印γ方向に浄化用エアを供給すると、上流側孔部48に入り込んだ気流は、上流側孔部48と下流側孔部50との間の壁部である、セル壁28近くを流れ、上流側孔部48の浄化用エア上流側部分から多くの気流が、セル壁28を通じて下流側孔部50の上流側部分(図4の左側部分)に送られやすくなる。このため、各下流側孔部50の上流側部分には渦を伴う気流が発生しやすくなる。すなわち、各下流側孔部50の底部30付近に渦を伴う気流が多く発生しやすくなる。したがって、図4に示すように、各下流側孔部50の底部30付近に残留する燃焼残留物32を下流側に押し出して除去しやすくなる。パティキュレートフィルタ16から排出された浄化用エアは、浄化用エア流通管36(図1)の下流側から排出される。なお、図3図4に示した上流側孔部48の底部33及び下流側孔部50の底部30は、孔部48,50を構成する貫通孔に嵌め込んだ封止体により構成することもできる。

0038

このような本実施の形態のパティキュレートフィルタの燃焼残留物除去方法によれば、パティキュレートフィルタ16を構成する上流側孔部48に柱体42を挿入した状態で、パティキュレートフィルタ16に浄化用エアを通過させるため、パティキュレートフィルタ16内での浄化用エアの流れを変化させ、排気ガス流入側の下流側孔部50の浄化用エア上流側に残留する燃焼残留物32付近に、浄化用エアを送りやすくできる。このため、パティキュレートフィルタ16から燃焼残留物32を除去しやすくできる。また、燃焼残留物32の除去のために、水及び水溶液を使用せずに済むため、パティキュレートフィルタ16に触媒をコーティングする場合でも、燃焼残留物32除去後の触媒の性能低下を十分に低く抑えることができる。

0039

また、パティキュレートフィルタ16に浄化用エアを通過させることにより、パティキュレートフィルタ16内に残留する燃焼残留物32付近に渦を伴う気流を発生させるので、パティキュレートフィルタ16から燃焼残留物32をより効率的に除去しやすくできる。

0040

また、パティキュレートフィルタ16を構成する上流側孔部48の浄化用エア上流側開口端に、上流側孔部48内周との間に隙間をあけて柱体42を挿入するとともに、パティキュレートフィルタ16を、浄化用エアを流す流路中に配置した状態で、パティキュレートフィルタ16に浄化用エアを通過させる。このため、浄化用エアを柱体42の外周面外側から、上流側孔部48を構成するセル壁28を通じて下流側孔部50の上流側に送りやすくでき、下流側孔部50に残留する燃焼残留物32をより効率的に除去しやすくできる。

0041

また、パティキュレートフィルタ16を構成する複数の上流側孔部48の浄化用エア上流側開口端に、複数の上流側孔部48内周との間に隙間をあけて、線状部材46により連結した複数の柱体42を挿入するとともに、パティキュレートフィルタ16に浄化用エアを通過させるので、パティキュレートフィルタ16が複数の上流側孔部48を有するのにもかかわらず、複数の上流側孔部48内に柱体42を挿入する作業を容易に行え、燃焼残留物32除去作業の容易化を図れる。

0042

また、本実施の形態の燃焼残留物除去装置34によれば、浄化用エアを柱体42の外周面外側から、上流側孔部48を構成するセル壁28を通じて下流側孔部50の上流側に送りやすくでき、下流側孔部50に残留する燃焼残留物32を除去しやすくできる。しかも、燃焼残留物32の除去のために、水及び水溶液を使用せずに済むため、パティキュレートフィルタ16に触媒をコーティングする場合でも、燃焼残留物32除去後の触媒の性能低下を十分に低く抑えることができる。

0043

また、本実施の形態において、柱体42の上流側孔部48に挿入する部分の長さHは、パティキュレートフィルタ16の各孔部48,50の全長Lに対して、5%以上、20%以下の範囲とすることが好ましい(0.05L≦H≦0.20L)。また、柱体42の外周と上流側孔部48の内周との間に生じる隙間の幅Dは、上流側孔部48の幅Wの20%以下とすることが好ましい(D≦0.20W)。柱体42と上流側孔部48との寸法上の関係が、このような好ましい範囲のいずれか1(すなわち、前者または後者)を備える場合には、下流側孔部50の燃焼残留物32付近に渦を伴う気流を発生できる効果がより顕著になり、柱体42と上流側孔部48との寸法上の関係が、このような好ましい範囲の前者及び後者の両方を備える場合には、下流側孔部50の燃焼残留物32付近に渦を伴う気流を発生できる効果がさらに顕著になる。このような効果は、本発明の発明者が行ったシミュレーションの結果により確認されている。

0044

次に、このシミュレーション結果を、図5から図11を用いて説明する。図5は、上下両側2個所位置の左右方向に伸びるセル壁を介して、上下両側の下流側孔部と上下方向中間部の上流側孔部とが設けられたパティキュレートフィルタにおいて、気流の流れ状態をシミュレーションした結果を示す図である。なお、以下の説明では、上記の図1から図4で説明した要素に付した符号を用いて説明する。図5において、範囲A1,A2に対応する部分に、セル壁28が設けられている。また、範囲B1に対応する部分に上流側孔部48が、範囲B2,B3に対応する部分に下流側孔部50が、それぞれ設けられている。また、矢印は流速ベクトルを表しており、矢印の大きさが流速大小関係を表している。

0045

また、図5が表すパティキュレートフィルタ16内の気流シミュレーション結果では、上流側孔部48の開口端に柱体42を挿入していない。図5に示した結果から明らかなように、柱体42がない状態では、図5の範囲B2、B3に対応する下流側孔部50の上流側(図5の左側)に発生する気流は少ない。これに対して、排気管12(図12参照)から取り出した直後のパティキュレートフィルタ16では、下流側孔部50の上流側端部、すなわち、下流側孔部50の底部30付近には多くの燃焼残留物32が残留したままとなりやすい。

0046

一方、図6は、図5と同様のシミュレーション結果において、上流側孔部48の全長Lの5%未満の長さH1を有する柱体42を上流側孔部48に、長さH1分挿入した場合のシミュレーション結果を示す図である。上流側孔部48の内周と柱体42の外周との間の幅D1は、上流側孔部48の幅Wの20%以下としている。図6に示した結果から明らかなように、柱体42の長さH1が上流側孔部48の全長Lの5%未満では、下流側孔部50の上流側に渦を伴う気流が発生することがなく、しかも、下流側孔部50に流れる気流の速度は小さい。このため、パティキュレートフィルタ16からの燃焼残留物32の除去効果は小さい。

0047

また、図7は、図6と同様のシミュレーション結果において、図6の場合の柱体42の長さよりは大きいが、上流側孔部48の全長Lの5%未満の長さH2を有する柱体42を上流側孔部48に、長さH2分挿入した場合のシミュレーション結果を示す図である。図7に示すシミュレーション結果の場合には、下流側孔部50の上流側に極小さい渦を伴う気流が発生しているが、下流側孔部50に流れる気流の速度はまだ小さく、燃焼残留物32の除去効果は小さい。

0048

これに対して、図8は、図6と同様のシミュレーション結果において、上流側孔部48の全長Lの5%以上、20%以下の長さH3を有する柱体42を上流側孔部48に、長さH3分挿入した場合のシミュレーション結果を示す図である。図8に示した結果から明らかなように、柱体42の長さH3が上流側孔部48の全長Lの5%以上、20%以下の場合には、下流側孔部50の上流側に渦を伴う十分に大きな速度の気流を発生させることができる。このため、パティキュレートフィルタ16に浄化用エアを通過させることによる、燃焼残留物32の除去効果は顕著に大きくなる。

0049

また、図9は、図8と同様のシミュレーション結果において、図8の場合の柱体42の長さよりは大きいが、上流側孔部48の全長Lの5%未満の長さH4を有する柱体42を上流側孔部48に、長さH4分挿入した場合のシミュレーション結果を示す図である。図9に示すシミュレーション結果の場合も、図8の場合と同様に、下流側孔部50の上流側に渦を伴う十分に大きな速度の気流を発生させることができる。この場合も、パティキュレートフィルタ16に浄化用エアを通過させることによる、燃焼残留物32の除去効果は顕著に大きくなる。

0050

また、図10は、図6と同様のシミュレーション結果において、上流側孔部48の全長Lの20%を超える長さH5を有する柱体42を上流側孔部48に、長さH5分挿入した場合のシミュレーション結果を示す図である。図10に示した結果から明らかなように、柱体42の長さH5が上流側孔部48の全長Lの20%を超える場合には、下流側孔部50の上流側に生じる渦を伴う、高い速度の気流は少なくなってしまう。すなわち、柱体42の長さが上流側孔部48の全長との関係で、ある範囲から外れると、本実施の形態により得られる燃焼残留物32の除去効果が小さくなることをシミュレーションにより確認できた。

0051

また、図11は、図9と同様のシミュレーション結果において、上流側孔部48に柱体42を挿入した場合で、上流側孔部48と柱体42との間の隙間の幅D2が、上流側孔部48の幅Wの20%を超える場合のシミュレーション結果を示す図である。図11の結果から明らかなように、隙間の幅D2が上流側孔部48の幅Wの20%を超えている場合には、下流側孔部50の上流側に渦を伴う気流が発生することがなく、しかも、下流側孔部50に流れる気流の速度は小さく、燃焼残留物32の除去効果は小さい。すなわち、上流側孔部48と柱体42との間の幅が上流側孔部48の幅との関係で、ある範囲よりも大きくなると、本実施の形態により得られる燃焼残留物32の除去効果が小さくなることをシミュレーションにより確認できた。

0052

なお、本実施の形態のパティキュレートフィルタの燃焼残留物除去方法は、従来から考えられている燃焼残留物除去方法と組み合わせることもできる。例えば、柱体付装着部材38をパティキュレートフィルタ16に装着しない状態で、浄化用エア流通管36にパティキュレートフィルタ16を保持し、エアポンプによりパティキュレートフィルタ16に浄化用エアを通過させた後、パティキュレートフィルタ16に柱体付装着部材38を装着した状態でパティキュレートフィルタ16に浄化用エアを通過させる本実施の形態の燃焼残留物除去方法を行うこともできる。また、逆に、パティキュレートフィルタ16に柱体付装着部材38を装着した状態でパティキュレートフィルタ16に浄化用エアを通過させる本実施の形態の燃焼残留物除去方法を行った後、パティキュレートフィルタ16に柱体付装着部材38を装着しない状態で、浄化用エア流通管36にパティキュレートフィルタ16を保持し、エアポンプによりパティキュレートフィルタ16に浄化用エアを通過させることもできる。

0053

また、パティキュレートフィルタ16に浄化用エアを通過させる場合に、複数のエア通過用貫通孔を有する基台の上側に、柱体付装着部材38を装着したパティキュレートフィルタ16を、排気ガス流入側を下にした状態で立て、この状態で、パティキュレートフィルタ16の上側からエア供給部により上方から下方に浄化用エアを吹き付けることにより、パティキュレートフィルタ16内に残留する燃焼残留物を除去するようにすることもできる。

0054

また、パティキュレートフィルタ16に浄化用エアを通過させることにより、パティキュレートフィルタ16内に残留する燃焼残留物32付近に渦を伴う気流を発生させる方法は、本実施の形態のように、柱体42を上流側孔部48の開口端部に挿入した状態で、パティキュレートフィルタ16に浄化用エアを通過させる方法に限定するものではない。例えば、上流側孔部48の奥側部分粉体等を充填した状態で、パティキュレートフィルタ16に浄化用エアを通過させることにより、下流側孔部50の奥側端部であり、底部30付近である燃焼残留物32付近に渦を伴う気流を発生させるようにすることもできる。ただし、この場合には、燃焼残留物32除去後に、パティキュレートフィルタ16から粉体等の充填物を取り除く作業が発生する。このため、燃焼残留物32除去後に生じる面倒な手間を少なくする面からは、上記の図1から図4に示した本実施の形態のように、パティキュレートフィルタ16の浄化用エア上流側端部に着脱可能な柱体付装着部材38を取り付け、上流側孔部48に柱体42を挿入した状態で、パティキュレートフィルタ16に浄化用エアを通過させることが好ましい。また、パティキュレートフィルタ16に浄化用エアを通過させることにより、パティキュレートフィルタ16内に残留する燃焼残留物32付近に渦を伴う気流を発生させる別の方法として、例えば、棒状部材の先端に上流側孔部48の奥側の内周面に密接する直方体状等の嵌合部を結合し、嵌合部を上流側孔部48の奥側に挿入した状態で、パティキュレートフィルタ16に浄化用エアを通過させることもできる。

図面の簡単な説明

0055

本発明の実施の形態の1例のパティキュレートフィルタの燃焼残留物除去装置を示す略断面図である。
図1の燃焼残留物除去装置を構成する柱体付装着部材を示す部分略斜視図である。
図1の部分拡大A−A断面図である。
図3のB−B断面図において、浄化用エアの気流を模式的に示す図である。
上下両側2個所位置の左右方向に伸びるセル壁を介して、上下両側の下流側孔部と上下方向中間部の上流側孔部とが設けられたパティキュレートフィルタにおいて、気流の流れ状態をシミュレーションした結果を示す図である。
図5と同様のシミュレーション結果において、上流側孔部の全長Lの5%未満の長さH1を有する柱体を上流側孔部に、長さH1分挿入した場合のシミュレーション結果を示す図である。
図6と同様のシミュレーション結果において、図6の場合の柱体の長さよりは大きいが、上流側孔部の全長Lの5%未満の長さH2を有する柱体を上流側孔部に、長さH2分挿入した場合のシミュレーション結果を示す図である。
図6と同様のシミュレーション結果において、上流側孔部の全長Lの5%以上、20%以下の長さH3を有する柱体を上流側孔部に、長さH3分挿入した場合のシミュレーション結果を示す図である。
図8と同様のシミュレーション結果において、図8の場合の柱体の長さよりは大きいが、上流側孔部の全長Lの5%未満の長さH4を有する柱体を上流側孔部に、長さH4分挿入した場合のシミュレーション結果を示す図である。
図6と同様のシミュレーション結果において、上流側孔部の全長Lの20%を超える長さH5を有する柱体を上流側孔部に、長さH5分挿入した場合のシミュレーション結果を示す図である。
図9と同様のシミュレーション結果において、上流側孔部に柱体を挿入した場合で、上流側孔部と柱体との間の隙間の幅D2が、上流側孔部の幅Wの20%を超える場合のシミュレーション結果を示す図である。
従来から考えられているエンジンにおいて、排気系にパティキュレートフィルタを設けた構成の1例を示す略断面図である。
図12に示す構造からパティキュレートフィルタのみを取り出して示す部分切断略斜視図である。
(a)は、エンジンからの排気ガスの浄化時において、パティキュレートフィルタに燃焼残留物が残留する様子を示す模式図であり、(b)は、従来から考えられているパティキュレートフィルタから燃焼残留物を除去する方法の1例を示す模式図である。

符号の説明

0056

10ディーゼルエンジン、12排気管、14ケーシング、16パティキュレートフィルタ、18 入口側接続部、20出口側接続部、24 孔部、26 孔部、28セル壁、30 底部、32燃焼残留物、33 底部、34燃焼残留物除去装置、36浄化用エア流通管、38柱体付装着部材、40 大径部、42 柱体、44斜格子状網、46線状部材、48上流側孔部、50 下流側孔部。

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