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JP2018162712A - Filter device - Google Patents

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JP2018162712A
JP2018162712A JP2017060168A JP2017060168A JP2018162712A JP 2018162712 A JP2018162712 A JP 2018162712A JP 2017060168 A JP2017060168 A JP 2017060168A JP 2017060168 A JP2017060168 A JP 2017060168A JP 2018162712 A JP2018162712 A JP 2018162712A
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JP
Japan
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particulate matter
exhaust gas
filter
filter device
collection layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP2017060168A
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Japanese (ja)
Inventor
哲史 萩野谷
Tetsushi Haginoya
哲史 萩野谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Subaru Corp
Original Assignee
Subaru Corp
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Publication date
Application filed by Subaru Corp filed Critical Subaru Corp
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Abstract

【課題】初期状態の捕集率を向上させる。【解決手段】フィルタ装置220は、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕捉しつつ、排気ガスを通過させる孔360が複数形成されたフィルタ壁324と、フィルタ壁324上に設けられ、複数の炭素粒子を含んで構成される捕集層350と、を備える。捕集層350を備えることにより、初期状態における粒子状物質の捕集率を向上させることが可能となる。【選択図】図6An object of the present invention is to improve the collection rate in the initial state. A filter device (220) includes a filter wall (324) formed with a plurality of holes (360) for capturing particulate matter contained in the exhaust gas and allowing the exhaust gas to pass therethrough; a collection layer 350 comprising particles. By providing the trapping layer 350, it is possible to improve the particulate matter trapping rate in the initial state. [Selection drawing] Fig. 6

Description

本発明は、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕捉するフィルタ装置に関する。   The present invention relates to a filter device that captures particulate matter contained in exhaust gas.

エンジンから排気された排気ガスに含まれる、煤やオイル由来のアッシュ等の粒子状物質を取り除く車両用のフィルタ装置として、DPF(Diesel Particulate Filter)やGPF(Gasoline Particulate Filter)が知られている。   2. Description of the Related Art DPF (Diesel Particulate Filter) and GPF (Gasoline Particulate Filter) are known as filter devices for vehicles that remove particulate matter such as soot and oil-derived ash contained in exhaust gas exhausted from an engine.

このようなフィルタ装置では、フィルタに形成された孔で粒子状物質を捕捉することで、排気ガスから粒子状物質を取り除いている(例えば、特許文献1)。   In such a filter device, the particulate matter is removed from the exhaust gas by capturing the particulate matter through the holes formed in the filter (for example, Patent Document 1).

特開2011−147931号公報JP 2011-147931 A

ところで、フィルタに蓄積した粒子状物質は、排気ガスに含まれる粒子状物質を吸着する。このため、上記従来のフィルタ装置は、フィルタに粒子状物質がほとんど蓄積していない初期状態において粒子状物質の捕集率が低く、使用時間(排気ガスの通過時間)が増加するに従って捕集率が向上する。したがって、初期状態において粒子状物質の捕集率を向上させる技術の開発が希求されている。   By the way, the particulate matter accumulated in the filter adsorbs the particulate matter contained in the exhaust gas. For this reason, the conventional filter device has a low collection rate of particulate matter in the initial state where almost no particulate matter is accumulated in the filter, and the collection rate increases as the use time (exhaust gas passage time) increases. Will improve. Therefore, there is a demand for development of a technique for improving the collection rate of particulate matter in the initial state.

本発明は、初期状態の捕集率を向上させることが可能なフィルタ装置を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the filter apparatus which can improve the collection rate of an initial state.

上記課題を解決するために、本発明のフィルタ装置は、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕捉しつつ、前記排気ガスを通過させる孔が複数形成されたフィルタ壁と、前記フィルタ壁上に設けられ、複数の炭素粒子を含んで構成される捕集層と、を備える。   In order to solve the above problems, a filter device according to the present invention is provided on a filter wall having a plurality of holes through which the exhaust gas passes while capturing particulate matter contained in the exhaust gas. And a collection layer configured to include a plurality of carbon particles.

また、前記捕集層は、前記フィルタ壁における、前記排気ガスの流れ方向の上流側に位置する面に配されてもよい。   The collection layer may be disposed on a surface of the filter wall that is located upstream of the exhaust gas flow direction.

また、前記捕集層は、前記排気ガス中の煤に含まれる炭素粒子と同じ構造の炭素粒子を含んで構成されてもよい。   The collection layer may include carbon particles having the same structure as the carbon particles contained in the soot in the exhaust gas.

本発明によれば、初期状態の捕集率を向上させることが可能となる。   According to the present invention, it is possible to improve the collection rate in the initial state.

エンジンシステムの構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of an engine system. 排気ガス浄化ユニットの構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of an exhaust-gas purification | cleaning unit. フィルタ装置の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of a filter apparatus. フィルタ装置における捕集層を説明する図である。It is a figure explaining the collection layer in a filter apparatus. 従来のフィルタ装置による粒子状物質の捕捉を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining capture | acquisition of the particulate matter by the conventional filter apparatus. 実施形態のフィルタ装置による粒子状物質の捕捉を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining capture | acquisition of the particulate matter by the filter apparatus of embodiment.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for facilitating understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted, and elements not directly related to the present invention are not illustrated. To do.

図1は、エンジンシステム100の構成を示す概略図である。なお、図1中、信号の流れを破線の矢印で示す。図1に示すように、エンジンシステム100には、中央処理装置(CPU)、プログラム等が格納されたROM、ワークエリアとしてのRAM等を含むマイクロコンピュータでなるECU(Engine Control Unit)110が設けられ、ECU110によりエンジン120全体が統括制御される。ただし、以下では、本実施形態に関係する構成や処理について詳細に説明し、本実施形態と無関係の構成や処理については説明を省略する。   FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the engine system 100. In FIG. 1, the signal flow is indicated by broken arrows. As shown in FIG. 1, the engine system 100 is provided with an ECU (Engine Control Unit) 110 formed of a microcomputer including a central processing unit (CPU), a ROM storing programs and the like, a RAM as a work area, and the like. The ECU 110 performs overall control of the engine 120. However, the configuration and processing related to the present embodiment will be described in detail below, and the description of the configuration and processing unrelated to the present embodiment will be omitted.

エンジン120は、複数の気筒122aを有する多気筒エンジンであり、シリンダブロック122に形成された各気筒122aの吸気ポート124に、吸気マニホールド126が連通される。吸気マニホールド126の集合部には、エアチャンバ128を介して吸気路130が連通され、吸気路130の上流側にエアクリーナ132が設けられ、エアクリーナ132の下流側にスロットル弁134が設けられる。   The engine 120 is a multi-cylinder engine having a plurality of cylinders 122a, and an intake manifold 126 is communicated with an intake port 124 of each cylinder 122a formed in the cylinder block 122. An intake passage 130 is communicated with a collection portion of the intake manifold 126 via an air chamber 128, an air cleaner 132 is provided on the upstream side of the intake passage 130, and a throttle valve 134 is provided on the downstream side of the air cleaner 132.

また、エンジン120のシリンダブロック122に形成された各気筒122aの排気ポート136には、排気マニホールド138が連通される。排気マニホールド138の集合部には、排気路140を介してマフラー142が連通され、排気路140に、後述する排気ガス浄化ユニット200が設けられる。   An exhaust manifold 138 communicates with the exhaust port 136 of each cylinder 122 a formed in the cylinder block 122 of the engine 120. A muffler 142 is communicated with the collective portion of the exhaust manifold 138 via an exhaust path 140, and an exhaust gas purification unit 200 described later is provided in the exhaust path 140.

エンジン120には、点火プラグ148が、その先端が燃焼室146内に位置するように各気筒122aそれぞれに対して設けられる。また、各気筒122aの燃焼室146には、インジェクタ150が設けられる。   The engine 120 is provided with a spark plug 148 for each of the cylinders 122a so that the tip thereof is located in the combustion chamber 146. An injector 150 is provided in the combustion chamber 146 of each cylinder 122a.

エンジンシステム100には、吸気路130におけるエアクリーナ132とスロットル弁134との間に、エンジン120に流入する吸入空気量を検出する吸入空気量センサ160、および、エンジン120に流入する空気の温度を検出する吸気温センサ162が設けられる。また、エンジンシステム100には、スロットル弁134の開度を検出するスロットル開度センサ164が設けられる。また、エンジンシステム100には、クランクシャフトのクランク角を検出するクランク角センサ166、アクセル(図示せず)の開度を検出するアクセル開度センサ168が設けられる。   In the engine system 100, an intake air amount sensor 160 that detects the amount of intake air flowing into the engine 120 between the air cleaner 132 and the throttle valve 134 in the intake passage 130, and the temperature of the air flowing into the engine 120 are detected. An intake air temperature sensor 162 is provided. The engine system 100 is also provided with a throttle opening sensor 164 that detects the opening of the throttle valve 134. The engine system 100 is also provided with a crank angle sensor 166 that detects the crank angle of the crankshaft and an accelerator opening sensor 168 that detects the opening of an accelerator (not shown).

これら各センサ160〜168は、ECU110に接続されており、検出値を示す信号をECU110に出力する。   Each of these sensors 160 to 168 is connected to ECU 110, and outputs a signal indicating the detected value to ECU 110.

ECU110は、各センサ160〜168から出力された信号を取得してエンジン120を制御する。ECU110は、エンジン120を制御する際、信号取得部180、目標値導出部182、空気量決定部184、噴射量決定部186、スロットル開度決定部188、点火時期決定部190、駆動制御部192として機能する。   ECU 110 acquires signals output from sensors 160 to 168 and controls engine 120. When the ECU 110 controls the engine 120, the signal acquisition unit 180, the target value derivation unit 182, the air amount determination unit 184, the injection amount determination unit 186, the throttle opening determination unit 188, the ignition timing determination unit 190, and the drive control unit 192. Function as.

信号取得部180は、各センサ160〜168が検出した値を示す信号を取得する。目標値導出部182は、クランク角センサ166から取得したクランク角を示す信号に基づいて現時点のエンジン回転数を導出する。また、目標値導出部182は、導出したエンジン回転数、および、アクセル開度センサ168から取得したアクセル開度を示す信号に基づき、予め記憶されたマップを参照して目標トルクおよび目標エンジン回転数を導出する。   The signal acquisition unit 180 acquires signals indicating values detected by the sensors 160 to 168. The target value deriving unit 182 derives the current engine speed based on the signal indicating the crank angle acquired from the crank angle sensor 166. Further, the target value deriving unit 182 refers to the pre-stored map based on the derived engine speed and a signal indicating the accelerator opening acquired from the accelerator opening sensor 168, and the target torque and the target engine speed. Is derived.

空気量決定部184は、目標値導出部182により導出された目標エンジン回転数および目標トルクに基づいて、各気筒122aに供給する目標空気量を決定する。スロットル開度決定部188は、空気量決定部184により決定された各気筒122aの目標空気量の合計量を導出し、合計量の空気を外部から吸気するための目標スロットル開度を決定する。   The air amount determination unit 184 determines a target air amount to be supplied to each cylinder 122a based on the target engine speed and the target torque derived by the target value deriving unit 182. The throttle opening determination unit 188 derives the total target air amount of each cylinder 122a determined by the air amount determination unit 184, and determines the target throttle opening for intake of the total amount of air from the outside.

噴射量決定部186は、空気量決定部184により決定された各気筒122aの目標空気量に基づいて、各気筒122aに供給する燃料の目標噴射量を決定する。また、噴射量決定部186は、決定した目標噴射量の燃料をエンジン120の吸気行程あるいは圧縮行程でインジェクタ150から噴射させるために、クランク角センサ166により検出されるクランク角を示す信号に基づいて、各インジェクタ150の目標噴射時期および目標噴射期間を決定する。   The injection amount determination unit 186 determines a target injection amount of fuel to be supplied to each cylinder 122a based on the target air amount of each cylinder 122a determined by the air amount determination unit 184. Further, the injection amount determination unit 186 is based on a signal indicating the crank angle detected by the crank angle sensor 166 in order to inject the fuel of the determined target injection amount from the injector 150 in the intake stroke or compression stroke of the engine 120. The target injection timing and target injection period of each injector 150 are determined.

点火時期決定部190は、目標値導出部182により導出された目標エンジン回転数、および、クランク角センサ166により検出されるクランク角を示す信号に基づいて、各気筒122aでの点火プラグ148の目標点火時期を決定する。   Based on the target engine speed derived by the target value deriving unit 182 and a signal indicating the crank angle detected by the crank angle sensor 166, the ignition timing determining unit 190 is a target of the spark plug 148 in each cylinder 122a. Determine the ignition timing.

駆動制御部192は、スロットル開度決定部188により決定された目標スロットル開度でスロットル弁134が開口するように、スロットル弁用アクチュエータ(図示せず)を駆動する。また、駆動制御部192は、噴射量決定部186により決定された目標噴射時期および目標噴射期間でインジェクタ150を駆動することで、インジェクタ150から目標噴射量の燃料を噴射させる。また、駆動制御部192は、点火時期決定部190により決定された目標点火時期で点火プラグ148を点火させる。   The drive control unit 192 drives a throttle valve actuator (not shown) so that the throttle valve 134 opens at the target throttle opening determined by the throttle opening determination unit 188. Further, the drive control unit 192 drives the injector 150 at the target injection timing and the target injection period determined by the injection amount determination unit 186, thereby causing the injector 150 to inject fuel of the target injection amount. Further, the drive control unit 192 ignites the spark plug 148 at the target ignition timing determined by the ignition timing determination unit 190.

このようにして、燃焼室146で燃料が燃焼されたことにより生じた排気ガスは、排気路140を通じて外部に排出されることになる。排気ガスには、炭化水素(HC:Hydro Carbon)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOx)、粒子状物質(PM:Particulate matter)が含まれるため、これらを除去する必要がある。そこで、排気路140に排気ガス浄化ユニット200を設けておき、排気ガス浄化ユニット200において、炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物、粒子状物質を除去する。   In this way, the exhaust gas generated by burning the fuel in the combustion chamber 146 is discharged to the outside through the exhaust path 140. The exhaust gas contains hydrocarbons (HC: Hydro Carbon), carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NOx), and particulate matter (PM), and these must be removed. Therefore, the exhaust gas purification unit 200 is provided in the exhaust path 140, and the exhaust gas purification unit 200 removes hydrocarbons, carbon monoxide, nitrogen oxides, and particulate matter.

(排気ガス浄化ユニット200)
図2は、排気ガス浄化ユニット200の構成を示す概略図である。なお、図2中、信号の流れを破線の矢印で示す。図2に示すように、排気ガス浄化ユニット200は、三元触媒(Three-Way Catalyst)210と、フィルタ装置220と、差圧センサ230とを含んで構成される。
(Exhaust gas purification unit 200)
FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the exhaust gas purification unit 200. In FIG. 2, the signal flow is indicated by broken arrows. As shown in FIG. 2, the exhaust gas purification unit 200 includes a three-way catalyst 210, a filter device 220, and a differential pressure sensor 230.

三元触媒210は、排気路140内に設けられる。三元触媒210は、例えば、プラチナ(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)を担持した担体で構成され、排気ポート136から排出された排気ガス中の炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物を除去する。   The three-way catalyst 210 is provided in the exhaust path 140. The three-way catalyst 210 is composed of, for example, a carrier supporting platinum (Pt), palladium (Pd), and rhodium (Rh), and hydrocarbons, carbon monoxide, and nitrogen oxides in the exhaust gas discharged from the exhaust port 136. Remove objects.

フィルタ装置220は、排気路140内における三元触媒210の下流側に設けられ、排気ポート136から排気された排気ガス中の粒子状物質を捕捉する。本実施形態のフィルタ装置220は、ウォールフロー型である。フィルタ装置220については、後に詳述する。   The filter device 220 is provided on the downstream side of the three-way catalyst 210 in the exhaust passage 140 and captures particulate matter in the exhaust gas exhausted from the exhaust port 136. The filter device 220 of this embodiment is a wall flow type. The filter device 220 will be described in detail later.

差圧センサ230は、フィルタ装置220における上流側と下流側との差圧を検出する。差圧センサ230が検出した差圧が所定の上限値を上回ると、ECU110は、粒子状物質(煤)を燃焼させて除去する再生処理を遂行する。再生処理では、新たな粒子状物質を吸着させるために必要な所定量の粒子状物質を残しつつ、その他の粒子状物質を燃焼させて圧力損失を減少させる。   The differential pressure sensor 230 detects the differential pressure between the upstream side and the downstream side in the filter device 220. When the differential pressure detected by differential pressure sensor 230 exceeds a predetermined upper limit value, ECU 110 performs a regeneration process that burns and removes particulate matter (soot). In the regeneration process, pressure loss is reduced by burning other particulate matter while leaving a predetermined amount of particulate matter necessary for adsorbing new particulate matter.

図3は、フィルタ装置220の構成を示す概略図であり、図3(a)は、フィルタ装置220の斜視図を示し、図3(b)はフィルタ装置220の正面図を示し、図3(c)は図3(a)のYZ断面図を示す。なお、図3(a)、中、排気ガスの流れを白抜き矢印で示し、図3(c)中、排気ガスの流れを矢印で示す。また、理解を容易にするために、図3(b)、図3(c)中、捕集層350を省略する。さらに、本実施形態にかかる図3では、垂直に交わるX軸、Y軸(排気ガスの流れ方向、排気路140の延在方向)、Z軸を図示の通り定義している。   FIG. 3 is a schematic view showing the configuration of the filter device 220, FIG. 3 (a) shows a perspective view of the filter device 220, FIG. 3 (b) shows a front view of the filter device 220, and FIG. c) shows a YZ cross-sectional view of FIG. In FIG. 3A, the flow of exhaust gas is indicated by white arrows, and in FIG. 3C, the flow of exhaust gas is indicated by arrows. In addition, in order to facilitate understanding, the collection layer 350 is omitted in FIGS. 3B and 3C. Further, in FIG. 3 according to the present embodiment, the X axis, the Y axis (exhaust gas flow direction, the extending direction of the exhaust passage 140), and the Z axis that intersect perpendicularly are defined as illustrated.

図3(a)に示すように、フィルタ装置220は、ウォールフロー型の装置であり、フィルタ構造体310と、捕集層350とを含んで構成される。図3(b)、図3(c)に示すように、フィルタ構造体310は、フィルタユニット320と、上流プラグ部330と、下流プラグ部340とを含んで構成される。   As shown in FIG. 3A, the filter device 220 is a wall flow type device and includes a filter structure 310 and a collection layer 350. As illustrated in FIGS. 3B and 3C, the filter structure 310 includes a filter unit 320, an upstream plug portion 330, and a downstream plug portion 340.

フィルタユニット320は、円筒形状の外筒322と、排気ガスを通過させるフィルタ壁324とを含んで構成される。また、詳しくは後述するが、フィルタ壁324には、捕集層350が積層されている。   The filter unit 320 includes a cylindrical outer cylinder 322 and a filter wall 324 that allows exhaust gas to pass therethrough. Further, as will be described in detail later, a collection layer 350 is laminated on the filter wall 324.

フィルタ壁324は、図3中、XY面と平行な面上に設けられるとともに、Y軸方向に延在する第1壁324aと、YZ面と平行な面上に設けられるとともに、Y軸方向に延在する第2壁324bとを含んで構成される。そして、図3(b)に示すように、2つの第1壁324aと、2つの第2壁324bに囲繞された空間、もしくは、第1壁324a、第2壁324b、外筒322に囲繞された空間がセル326として形成される。   In FIG. 3, the filter wall 324 is provided on a plane parallel to the XY plane, the first wall 324 a extending in the Y axis direction, and a plane parallel to the YZ plane, and in the Y axis direction. The second wall 324b extends. Then, as shown in FIG. 3B, the space surrounded by the two first walls 324a and the two second walls 324b, or the first wall 324a, the second wall 324b, and the outer cylinder 322 are surrounded. A space is formed as the cell 326.

したがって、複数のセル326は、外筒322(フィルタユニット320)内において、軸方向(図3中、Y軸方向)に延在するとともに、軸方向と直交する方向(図3中、X軸方向およびZ軸方向)に並列して形成される。なお、セル326の数に限定はない。   Accordingly, the plurality of cells 326 extend in the axial direction (Y-axis direction in FIG. 3) in the outer cylinder 322 (filter unit 320) and are orthogonal to the axial direction (X-axis direction in FIG. 3). And in the Z-axis direction). Note that the number of cells 326 is not limited.

そして、図3(c)に示すように、セル326のうち、第1セル群に分類されるセル326Aは、上流側の上流開口部328aが上流プラグ部330で封止されており、その他のセル326(第2セル群に分類されるセル326B)は、下流側の下流開口部328bが下流プラグ部340で封止されている。   As shown in FIG. 3C, among the cells 326, the cell 326A classified into the first cell group has the upstream upstream opening 328a sealed with the upstream plug portion 330, and the other In the cell 326 (the cell 326B classified into the second cell group), the downstream opening 328b on the downstream side is sealed with the downstream plug 340.

フィルタ構造体310では、セル326Aとセル326Bとが交互に配置されているため、フィルタ構造体310(フィルタ装置220)に到達した排気ガスは、セル326Bに導入され、セル326Bを区画するフィルタ壁324を通過して、セル326Aに導入される。この際、フィルタ壁324の通過過程において、排気ガスに含まれる粒子状物質がフィルタ壁324(後述する孔360)で捕捉されることとなる。そして、セル326Aに導入された排気ガスは、セル326Aの下流側の開口を通じてマフラー142(図1参照)に導かれることとなる。   In the filter structure 310, since the cells 326A and the cells 326B are alternately arranged, the exhaust gas that has reached the filter structure 310 (filter device 220) is introduced into the cell 326B and the filter wall that partitions the cell 326B. It passes through 324 and is introduced into cell 326A. At this time, in the process of passing through the filter wall 324, particulate matter contained in the exhaust gas is captured by the filter wall 324 (a hole 360 described later). Then, the exhaust gas introduced into the cell 326A is guided to the muffler 142 (see FIG. 1) through the opening on the downstream side of the cell 326A.

以下、フィルタ壁324に配される捕集層350について具体的に説明する。図4は、フィルタ装置220における捕集層350を説明する図である。   Hereinafter, the collection layer 350 disposed on the filter wall 324 will be specifically described. FIG. 4 is a diagram illustrating the collection layer 350 in the filter device 220.

図4に示すように、捕集層350は、フィルタ壁324における、排気ガスの流れ方向(図4中、Z軸方向)の上流側に位置する面(上流面)324cに積層される。捕集層350は、排気ガス中の煤に含まれる炭素粒子(例えば、アモルファスカーボン)と同じ構造の炭素粒子を複数含んで構成される。捕集層350は、フィルタ壁324の上流側から塗布される(吹きつけられる)ことによって形成される。捕集層350の厚み(図4中、Z軸方向の長さ)は、フィルタ壁324の厚みよりも薄い。捕集層350は、フィルタ壁324に形成された孔を閉塞しない程度にフィルタ壁324に塗布される。   As shown in FIG. 4, the collection layer 350 is stacked on a surface (upstream surface) 324 c located on the upstream side in the exhaust gas flow direction (Z-axis direction in FIG. 4) in the filter wall 324. The collection layer 350 includes a plurality of carbon particles having the same structure as the carbon particles (for example, amorphous carbon) contained in the soot in the exhaust gas. The collection layer 350 is formed by being applied (sprayed) from the upstream side of the filter wall 324. The thickness of the collection layer 350 (the length in the Z-axis direction in FIG. 4) is thinner than the thickness of the filter wall 324. The collection layer 350 is applied to the filter wall 324 to such an extent that the holes formed in the filter wall 324 are not blocked.

フィルタ装置220は、捕集層350を備えることにより、初期状態における粒子状物質の捕集率を向上させることができる。以下、まず、従来のフィルタ装置の問題点について説明し、続いて、本実施形態のフィルタ装置220について説明する。   By providing the collection layer 350, the filter device 220 can improve the collection rate of the particulate matter in the initial state. Hereinafter, first, problems of the conventional filter device will be described, and then the filter device 220 of the present embodiment will be described.

図5は、従来のフィルタ装置10による粒子状物質の捕捉を説明する概念図である。図5(a)に示すように、従来のフィルタ装置10は、フィルタ壁324のみを備えており、捕集層350を備えていない。フィルタ壁324に形成された孔360は、流路断面積が一定ではなく、また、湾曲している。   FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating the trapping of particulate matter by the conventional filter device 10. As shown in FIG. 5A, the conventional filter device 10 includes only the filter wall 324 and does not include the collection layer 350. The hole 360 formed in the filter wall 324 has a channel cross-sectional area that is not constant and is curved.

従来のフィルタ装置10は、粒子状物質(図5中、黒い丸で示す)の堆積状態に応じて、粒子状物質の捕集率が相違する。具体的に説明すると、孔360への粒子状物質の堆積量に応じて、粒子状物質が孔360を通過できる確率が異なる。図5(b)に示すように、孔360に粒子状物質が捕捉されていない初期状態(孔360における粒子状物質の堆積量がゼロ、または、少量である状態)において、孔360の壁面には粒子状物質が付着していない。したがって、従来のフィルタ装置10に到達した粒子状物質のすり抜けが生じやすく(通過する確率が高く)、粒子状物質は孔360に捕捉されずに通過しやすい。つまり、粒子状物質は、フィルタ壁324の孔360を通過し、フィルタ壁324の下流側に流出する。したがって、初期状態においては、フィルタ壁324の捕集率が低くなる。   The conventional filter device 10 differs in the collection rate of particulate matter according to the accumulation state of particulate matter (indicated by black circles in FIG. 5). More specifically, the probability that the particulate matter can pass through the hole 360 varies depending on the amount of the particulate matter deposited in the hole 360. As shown in FIG. 5B, in the initial state in which the particulate matter is not trapped in the hole 360 (the state in which the amount of particulate matter deposited in the hole 360 is zero or small), Has no particulate matter attached. Therefore, the particulate matter that has reached the conventional filter device 10 is likely to slip through (highly likely to pass through), and the particulate matter is likely to pass through without being captured by the holes 360. That is, the particulate matter passes through the hole 360 of the filter wall 324 and flows out downstream of the filter wall 324. Therefore, in the initial state, the collection rate of the filter wall 324 is low.

一方、従来のフィルタ装置10の使用時間(排気ガスの通過時間)が増加するに従って、フィルタ壁324の孔360の壁面に粒子状物質が付着(堆積)していくと、図5(c)に示すように、付着した粒子状物質によって流路(孔360)が狭まり、排気ガスに含まれる粒子状物質が捕捉されやすくなる(深層ろ過)。このため、孔360における粒子状物質の堆積量が増加すると、粒子状物質が孔360を通過できる確率が低くなり、捕集率が向上する。   On the other hand, when the particulate matter adheres (deposits) to the wall surface of the hole 360 of the filter wall 324 as the usage time (exhaust gas passage time) of the conventional filter device 10 increases, FIG. As shown, the flow path (hole 360) is narrowed by the attached particulate matter, and the particulate matter contained in the exhaust gas is easily captured (depth filtration). For this reason, when the accumulation amount of the particulate matter in the hole 360 increases, the probability that the particulate matter can pass through the hole 360 is lowered, and the collection rate is improved.

このように、従来のフィルタ装置10では、使用時間が所定時間を超えると、捕集率が所定値まで向上するが、初期状態では、捕集率が低い。   Thus, in the conventional filter device 10, when the usage time exceeds a predetermined time, the collection rate is improved to a predetermined value, but in the initial state, the collection rate is low.

図6は、本実施形態のフィルタ装置220による粒子状物質の捕捉を説明する概念図である。図6(a)に示すように、フィルタ装置220の捕集層350は、フィルタ壁324の上流面324cに積層されている。図6(a)に示すように、初期状態において、フィルタ装置220のフィルタ壁324を構成する孔360の壁面には、従来のフィルタ装置10と同様に、粒子状物質(図6中、黒い丸で示す)が付着していない。しかし、フィルタ装置220では、フィルタ壁324の上流面324cに捕集層350が積層されている。したがって、初期状態において、排気ガスに含まれる粒子状物質は、捕集層350によって捕捉されることになる(表層ろ過)。このため、初期状態において、捕集率を向上させることができる。なお、粒子状物質以外の排気ガスは捕集層350を通過し、孔360に流入する。   FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating the trapping of the particulate matter by the filter device 220 of the present embodiment. As shown in FIG. 6A, the collection layer 350 of the filter device 220 is stacked on the upstream surface 324 c of the filter wall 324. As shown in FIG. 6A, in the initial state, on the wall surface of the hole 360 constituting the filter wall 324 of the filter device 220, the particulate matter (black circles in FIG. Is not attached. However, in the filter device 220, the collection layer 350 is stacked on the upstream surface 324 c of the filter wall 324. Therefore, in the initial state, the particulate matter contained in the exhaust gas is captured by the collection layer 350 (surface filtration). For this reason, the collection rate can be improved in the initial state. Note that exhaust gas other than the particulate matter passes through the collection layer 350 and flows into the holes 360.

そして、フィルタ装置220の使用時間が経過し、差圧センサ230が検出した差圧が所定の上限値を上回ると、再生処理が遂行される。そうすると、図6(b)に示すように、捕集層350を構成する炭素粒子および粒子状物質の一部が燃焼され、小粒子となって孔360の壁面に付着する。これにより、捕集層350に加えて、孔360に付着した小粒子(粒子状物質)によって、排気ガスに含まれる粒子状物質が捕捉される。つまり、フィルタ装置220において、表層ろ過と深層ろ過とが行われることになり、粒子状物質の捕集率が向上する。   Then, when the usage time of the filter device 220 elapses and the differential pressure detected by the differential pressure sensor 230 exceeds a predetermined upper limit value, a regeneration process is performed. Then, as shown in FIG. 6 (b), the carbon particles and part of the particulate matter constituting the trapping layer 350 are burned, and become small particles that adhere to the wall surface of the hole 360. Thereby, in addition to the collection layer 350, the particulate matter contained in the exhaust gas is captured by the small particles (particulate matter) attached to the holes 360. That is, in the filter device 220, surface layer filtration and depth layer filtration are performed, and the collection rate of the particulate matter is improved.

その後、再生処理を繰り返すことにより、捕集層350を焼失させることができ、捕集層350による圧力損失を削減することが可能となる。なお、捕集層350が焼失しても、孔360における粒子状物質の堆積量が所定量に維持されるため、捕集率は所定値以上に維持されることになる。   Thereafter, by repeating the regeneration process, the collection layer 350 can be burned out, and the pressure loss due to the collection layer 350 can be reduced. Even if the trapping layer 350 is burned out, the amount of particulate matter deposited in the holes 360 is maintained at a predetermined amount, so that the trapping rate is maintained at a predetermined value or more.

以上説明したように、本実施形態のフィルタ装置220は、捕集層350を備えることにより、初期状態において粒子状物質の捕集率を向上させることができる。また、捕集層350が炭素粒子を含んで構成されることにより、再生処理によって捕集層350を徐々に低減することが可能となる。したがって、使用時間の経過に伴って、従来のフィルタ装置10と同様の捕集率を確保するとともに、圧力損失の上昇を回避することができる。   As described above, the filter device 220 of the present embodiment can improve the collection rate of the particulate matter in the initial state by including the collection layer 350. In addition, since the collection layer 350 includes carbon particles, the collection layer 350 can be gradually reduced by the regeneration process. Therefore, as the usage time elapses, it is possible to ensure the same collection rate as that of the conventional filter device 10 and to avoid an increase in pressure loss.

また、上記したように、捕集層350は、煤に含まれる炭素粒子を複数含んで構成される。これにより、粒子状物質との親和性(吸着率)を向上させることができ、捕集率を向上させることが可能となる。また、煤に含まれる炭素粒子は、静電気を有するため、粒子状物質の吸着率が高い。したがって、捕集層350は、捕集率をさらに向上させることが可能となる。   Moreover, as described above, the collection layer 350 includes a plurality of carbon particles contained in the soot. Thereby, the affinity (adsorption rate) with the particulate matter can be improved, and the collection rate can be improved. Moreover, since the carbon particles contained in the soot have static electricity, the adsorption rate of the particulate matter is high. Therefore, the collection layer 350 can further improve the collection rate.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Is done.

なお、上記実施形態において、フィルタ装置220がウォールフロー型のフィルタ装置を例に挙げて説明した。しかし、フィルタ装置220は、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕捉し、排気ガスを通過させる孔が複数形成されたフィルタ壁を有していれば構成に限定はない。   In the above embodiment, the filter device 220 has been described by taking a wall flow type filter device as an example. However, the configuration of the filter device 220 is not limited as long as it has a filter wall in which a plurality of holes through which the particulate matter contained in the exhaust gas is captured and the exhaust gas passes are formed.

また、上記実施形態において、捕集層350が、煤に含まれる炭素粒子を複数含んで構成される場合を例に挙げて説明した。しかし、捕集層350を構成する炭素粒子に限定はない。例えば、捕集層350を構成する炭素粒子として、グラファイトや他のアモルファスカーボン(例えば、活性炭)を採用してもよい。   Moreover, in the said embodiment, the case where the collection layer 350 was comprised including multiple carbon particles contained in the soot was mentioned as an example, and was demonstrated. However, there is no limitation on the carbon particles constituting the collection layer 350. For example, graphite or other amorphous carbon (for example, activated carbon) may be adopted as the carbon particles constituting the collection layer 350.

また、上記実施形態において、捕集層350が、フィルタ壁324の上流面324cに配される構成を例に挙げて説明した。しかし、捕集層350は、フィルタ壁324に設けられていれば、設置位置に限定はない。   Further, in the above-described embodiment, the configuration in which the collection layer 350 is disposed on the upstream surface 324c of the filter wall 324 has been described as an example. However, as long as the collection layer 350 is provided on the filter wall 324, the installation position is not limited.

本発明は、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕捉するフィルタ装置に利用できる。   The present invention can be used in a filter device that captures particulate matter contained in exhaust gas.

220 フィルタ装置
320 フィルタユニット
324 フィルタ壁
326A、326B セル
330 上流プラグ部
340 下流プラグ部
350 捕集層
220 Filter Device 320 Filter Unit 324 Filter Wall 326A, 326B Cell 330 Upstream Plug Portion 340 Downstream Plug Portion 350 Collection Layer

Claims (3)

排気ガスに含まれる粒子状物質を捕捉しつつ、前記排気ガスを通過させる孔が複数形成されたフィルタ壁と、
前記フィルタ壁上に設けられ、複数の炭素粒子を含んで構成される捕集層と、
を備えるフィルタ装置。
A filter wall having a plurality of holes through which the exhaust gas passes while capturing particulate matter contained in the exhaust gas;
A collection layer provided on the filter wall and comprising a plurality of carbon particles;
A filter device comprising:
前記捕集層は、前記フィルタ壁における、前記排気ガスの流れ方向の上流側に位置する面に配される請求項1に記載のフィルタ装置。   2. The filter device according to claim 1, wherein the collection layer is disposed on a surface of the filter wall that is located on an upstream side in a flow direction of the exhaust gas. 前記捕集層は、前記排気ガス中の煤に含まれる炭素粒子と同じ構造の炭素粒子を含んで構成される請求項1または2に記載のフィルタ装置。   The filter device according to claim 1 or 2, wherein the collection layer includes carbon particles having the same structure as the carbon particles contained in the soot in the exhaust gas.
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