JP2004108332A - Particulate filter - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パティキュレートフィルタに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート(Particulate Matter:粒子状物質)は、炭素質から成る煤と、高沸点炭化水素成分から成るSOF分(Soluble Organic Fraction:可溶性有機成分)とを主成分とし、更に微量のサルフェート(ミスト状硫酸成分)を含んだ組成を成すものであるが、この種のパティキュレートの低減対策として、図3に示す如く、ディーゼルエンジン1からの排気ガス2が流通する排気管3の途中にパティキュレートフィルタ4を装備することが考えられている。
【0003】
図4に詳細に示す如く、このパティキュレートフィルタ4は、コージェライト等のセラミックで製作された多孔質ハニカム構造のフィルタ本体7を主構成とし、このフィルタ本体7における格子状に区画された各流路5の入口側が栓体8により交互に目封じされ、入口側が目封じされていない流路5については、その出口側が栓体8により目封じされるようになっており、各流路5を区画する多孔質薄壁6を透過した排気ガス2のみが下流側へ排出されて、前記多孔質薄壁6の内側表面にパティキュレートが捕集されるようにしてある。
【0004】
そして、排気ガス2中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁6の内側表面に捕集されて堆積するので、目詰まりにより排気抵抗が増加しないうちにパティキュレートを適宜に燃焼除去してパティキュレートフィルタ4の再生を図る必要があるが、通常のディーゼルエンジン1の運転状態においては、パティキュレートが自己燃焼するほどの高い排気温度が得られる機会が少ない為、例えばアルミナに白金を担持させたものに適宜な量のセリウム等の希土類元素を添加して成る酸化触媒をフィルタ本体7に一体的に担持させた触媒再生型のパティキュレートフィルタ4の実用化が進められている。
【0005】
即ち、このような触媒再生型のパティキュレートフィルタ4を採用すれば、捕集されたパティキュレートの酸化反応が促進されて着火温度が低下し、従来より低い排気温度でもパティキュレートを燃焼除去することが可能となるのであり、更には、その上流側にHC(炭化水素)を添加することにより、該HCを酸化触媒上で酸化反応させ、その反応熱により触媒床温度を上げて積極的に捕集済みパティキュレートを燃焼除去させたり、滞留サルフェートを脱離させたりすることが可能となるのである。
【0006】
ただし、排気ガス2中のHC等が酸化触媒上で酸化反応するに際しては、パティキュレートフィルタ4の後方部分に向かうにつれて酸化触媒との接触機会が増えて酸化反応が活発化することになるため、その内部における温度分布が図6にグラフで示すようなものとなり、酸化触媒上での酸化反応があまり進まない前方部分における温度が上がり難いため、各流路5の入側端面が栓体8により交互に目封じされていると、該栓体8の前面で排気ガス2の流れが澱んでパティキュレートが付着し易くなり、その付着したパティキュレートを核としてパティキュレートが徐々に堆積して最終的にフィルタ本体7の入側端面に目詰まりを起こす虞れがある。
【0007】
そこで、図4に例示しているパティキュレートフィルタ4では、入口側の栓体8をフィルタ本体7の入側端面から離間した位置に配置するようにしており、このようにすれば、フィルタ本体7の入側端面における全ての流路5が開放されてフィルタ本体7の入側端面に閉塞面が形成されないため、ここにパティキュレートの付着堆積が起こらなくなり、しかも、入口側の栓体8がフィルタ本体7の入側端面から奥へ入り込んだ高温領域(パティキュレートが直ぐに酸化する温度を超えた領域:図5参照)に配置されるので、入口側の栓体8の前面で排気ガス2の流れが澱むことによりパティキュレートが堆積しても、そのパティキュレートの堆積は大きく成長することなく高温条件下で早期に燃焼除去されることになる。
【0008】
このように入側の栓体8をフィルタ本体7の入側端面から離間させて配置する構造ついては、本発明の出願人らが未公開の先行出願として既に下記の特許文献1を出願しているが、本発明の出願人が知る限りにおいて、この種の構造のパティキュレートフィルタを開示した文献公知発明は存在していない。
【0009】
【特許文献1】
特願2002−93980号
【0010】
尚、図4のパティキュレートフィルタ4は、クッション材9により外周部分を保持されて排気管3途中のフィルタケース10内に収容されており、前記クッション材9の軸心方向中間位置には、シール材11が介装されて排気ガス2の迂回を阻止し得るようにしてある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来においては、パティキュレートフィルタ4の上流側で排気ガス2中にHCを添加して積極的なパティキュレートの燃焼除去やサルフェートの脱離等を行うに際し、パティキュレートフィルタ4の入側と出側に夫々配置した温度センサ12,13による検出温度だけで制御するようにしているので、正確で細かな制御を実現することができないという不具合があった。
【0012】
即ち、パティキュレートフィルタ4のフィルタ本体7は、コージェライト等のセラミックで製作されたヒートマスの大きなものであるため、熱応答の悪い入側ガス温度と出側ガス温度とを検出するだけでは、実際のパティキュレートフィルタ4の内部温度を正確に把握することができなかった。
【0013】
事実、本発明者が得た知見によれば、パティキュレートの燃焼時を挟んだ前後の温度推移を測定した場合に、図6にグラフで示す如く、入側ガス温度が一点鎖線Aで示す如き一定に推移する条件下で、HC添加によるパティキュレート燃焼時に出側ガス温度が鎖線Bで示す如き緩やかな山形を呈して変化するが、この出側ガス温度の山形は、実線Cで示す如きパティキュレートフィルタ4の内部温度の変化と比較して上昇度合が少ない上に時間的な遅れを生じており、例えば、パティキュレートフィルタ4の内部が溶損しかねないような高温状態に達していたとしても、これを入側ガス温度と出側ガス温度からだけで直ちに把握して対処するような制御をかけることは実質的に不可能である。
【0014】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、内部温度を正確に測定し得るようにしたパティキュレートフィルタを提供することによって、正確で細かな温度制御を実現することを目的としている。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明は、酸化触媒を一体的に担持した多孔質材料から成り且つ排気ガスが流通する多数の流路をハニカム状に形成したフィルタ本体と、該フィルタ本体の各流路の入口側と出口側の何れか一方を交互に目封じする栓体とを備え、前記各流路を区画している多孔質薄壁を透過させて排気ガス中のパティキュレートを捕集し得るようにしたパティキュレートフィルタであって、入口側の栓体をフィルタ本体の入側端面から離間した位置に配置すると共に、この入口側の栓体の直前位置に温度センサを挿入設置し得るようフィルタ本体の半径方向に挿入孔を穿設し、該挿入孔より後方となるフィルタ本体外周部の少なくとも一箇所以上にフィルタケースとの間の隙間を気密に塞ぐシール材を装着し、該シール材及び前記挿入孔を避けたフィルタ本体の残りの外周部にクッション材を装着したことを特徴とするものである。
【0016】
而して、このようにすれば、挿入孔に温度センサを挿入設置してパティキュレートフィルタの内部温度を直接検出することが可能となり、このパティキュレートフィルタの内部温度に基づき各種制御を正確に且つ細かく実施することが可能となる。
【0017】
ここで、パティキュレートフィルタの半径方向に穿設される挿入孔は、複数の流路にまたがることになるが、その穿設位置が入口側の栓体の直前となっているので、排気ガスが入口側の栓体に行き当たって挿入孔を介し多孔質薄壁を通らずに隣の流路に流入したとしても、必ず流入した先の流路で出口側の栓体に行き当たって多孔質薄壁を透過することになるので、全く多孔質薄壁を通らずに排気ガスがパティキュレートフィルタを抜け出てしまうような不具合が未然に回避される。
【0018】
また、挿入孔を穿設加工した際に各流路内に加工屑が残るが、この加工屑は何れの流路においても栓体が邪魔になることなく全てフィルタ本体の入側へ簡単に出すことが可能である。
【0019】
更に、挿入孔より後方となるフィルタ本体外周部の少なくとも一箇所以上にシール材が装着されているので、挿入孔からフィルタ本体の外周部へ排気ガスが抜け出てパティキュレートフィルタを迂回してしまうような不具合が未然に回避される。
【0020】
また、シール材及び挿入孔を避けたフィルタ本体の残りの外周部にクッション材を装着しているので、強度的に脆い多孔質材料から成るフィルタ本体を車両の走行振動等から確実に保護しつつ温度センサの挿入孔への挿入を妨げないようにすることが可能となる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【0022】
図1及び図2は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図3〜図6と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【0023】
図1及び図2に示す如く、本形態例のパティキュレートフィルタ14は、前述した図4と略同様に入口側の栓体8をフィルタ本体7の入側端面から離間した位置に配置したものとなっているが、この入口側の栓体8の直前位置に温度センサ15を挿入設置し得るようフィルタ本体7の半径方向に挿入孔16を穿設したものとなっている。
【0024】
ただし、この挿入孔16の穿設加工は、フィルタ本体7に酸化触媒を担持させた後に行うことが好ましく、先に挿入孔16が開いてしまっていると、フィルタ本体7に塗った触媒担持液が挿入孔16から漏れ出てしまって良好な触媒担持が難しくなる。
【0025】
また、フィルタ本体7の外周部における前記挿入孔16の直後と後方へ少し間隔を隔てた位置の計二箇所には、フィルタケース10との間の隙間を気密に塞ぐシール材11が夫々全周に亘り装着されており、該各シール材11及び前記挿入孔16を避けたフィルタ本体7の残りの外周部には、該フィルタ本体7を保護するクッション材9が全周に亘り装着されている。
【0026】
ここで、前記クッション材9には、例えば、ステンレス線材をニット編みして波状に加工したものを採用すれば良く、また、シール材11としては、例えば、シリカファイバー(アルミナファイバー等でも可)をフェルト状に固めたものを採用すれば良い。
【0027】
而して、このようにすれば、挿入孔16に温度センサ15を挿入設置してパティキュレートフィルタ14の内部温度を直接検出することが可能となるので、このパティキュレートフィルタ14の内部温度に基づき各種制御を正確に且つ細かく実施することが可能となり、パティキュレートフィルタ14の溶損等の最悪の事態も未然に回避することができる。
【0028】
ここで、パティキュレートフィルタ14の半径方向に穿設される挿入孔16は、複数の流路5にまたがることになるが、その穿設位置が入口側の栓体8の直前となっているので、排気ガス2が入口側の栓体8に行き当たって挿入孔16を介し多孔質薄壁6を通らずに隣の流路5に流入したとしても、必ず流入した先の流路5で出口側の栓体8に行き当たって多孔質薄壁6を透過することになるので、全く多孔質薄壁6を通らずに排気ガス2がパティキュレートフィルタ14を抜け出てしまうような不具合を確実に回避することができる。
【0029】
また、挿入孔16を穿設加工した際に各流路5内に加工屑が残るが、この加工屑は何れの流路5においても栓体8が邪魔になることなく全てフィルタ本体7の入側へ簡単に出すことが可能であり、挿入孔16の穿設加工後の処理を簡単に済ませることができる。
【0030】
更に、挿入孔16より後方となるフィルタ本体7外周部の少なくとも一箇所以上にシール材11が装着されているので、挿入孔16からフィルタ本体7の外周部へ排気ガス2が抜け出てパティキュレートフィルタ14を迂回してしまうような不具合を確実に回避することができる。
【0031】
また、シール材11及び挿入孔16を避けたフィルタ本体7の残りの外周部にクッション材9を装着しているので、強度的に脆い多孔質材料から成るフィルタ本体7を車両の走行振動等から確実に保護しつつ温度センサ15の挿入孔16への挿入を妨げないようにすることができる。
【0032】
尚、本発明のパティキュレートフィルタは、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【0033】
【発明の効果】
上記した本発明のパティキュレートフィルタによれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【0034】
(I)挿入孔に温度センサを挿入設置してパティキュレートフィルタの内部温度を直接検出することができるので、このパティキュレートフィルタの内部温度に基づき各種制御を正確に且つ細かく実施することができ、パティキュレートフィルタの溶損等の最悪の事態も未然に回避することができる。
【0035】
(II)挿入孔に温度センサを挿入設置してパティキュレートフィルタの内部温度を直接検出するに際し、全く多孔質薄壁を通らずに排気ガスがパティキュレートフィルタを抜け出てしまうような不具合や、挿入孔からフィルタ本体の外周部へ排気ガスが抜け出てパティキュレートフィルタを迂回してしまうような不具合を確実に回避することができる。
【0036】
(III)挿入孔を穿設加工した際に各流路内に残る加工屑を、何れの流路においてもフィルタ本体の入側へ簡単に出すことができ、栓体が加工屑の除去を妨げるような事態が生じないので、挿入孔の穿設加工後の処理を簡単に済ませることができる。
【0037】
(IV)強度的に脆い多孔質材料から成るフィルタ本体をクッション材により車両の走行振動等から確実に保護することができ且つ該クッション材による温度センサの挿入阻害を確実に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施する形態の一例を示す断面図である。
【図2】図1のパティキュレートフィルタの詳細を示す斜視図である。
【図3】従来のパティキュレートフィルタの配置状態を説明する概略図である。
【図4】図3のパティキュレートフィルタの詳細を示す断面図である。
【図5】パティキュレートフィルタ内の温度分布を示すグラフである。
【図6】入側ガス温度と出側ガス温度と内部温度の温度変化を示すグラフである。
【符号の説明】
2 排気ガス
5 流路
6 多孔質薄壁
7 フィルタ本体
8 栓体
9 クッション材
10 フィルタケース
11 シール材
14 パティキュレートフィルタ
15 温度センサ
16 挿入孔[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a particulate filter.
[0002]
[Prior art]
Particulate matter (particulate matter) discharged from the diesel engine is mainly composed of soot composed of carbonaceous material and SOF component (Soluble Organic Fraction: soluble organic component) composed of a high-boiling hydrocarbon component. Although it has a composition containing a trace amount of sulfate (mist-like sulfuric acid component), as shown in FIG. 3, an
[0003]
As shown in detail in FIG. 4, the particulate filter 4 mainly includes a
[0004]
Since the particulates in the
[0005]
That is, if such a catalyst regeneration type particulate filter 4 is employed, the oxidation reaction of the collected particulates is promoted, the ignition temperature is reduced, and the particulates are burned and removed even at a lower exhaust gas temperature than before. Furthermore, by adding HC (hydrocarbon) to the upstream side of the catalyst, the HC is oxidized on the oxidation catalyst, and the heat of the reaction raises the catalyst bed temperature to actively capture the catalyst. This makes it possible to burn out and remove the collected particulates and to release the retained sulfate.
[0006]
However, when HC or the like in the
[0007]
Therefore, in the particulate filter 4 illustrated in FIG. 4, the
[0008]
With respect to the structure in which the
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application No. 2002-93980 [0010]
The particulate filter 4 shown in FIG. 4 is housed in a
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, conventionally, when HC is added to the
[0012]
That is, since the
[0013]
In fact, according to the knowledge obtained by the present inventor, when the temperature transition before and after the burning of particulates is measured, as shown in the graph of FIG. Under a constant transition condition, the outlet gas temperature changes during the particulate combustion due to the addition of HC by showing a gentle mountain shape as shown by a dashed line B, and the mountain shape of the outlet gas temperature is changed by a particle shape shown by a solid line C. The degree of rise is small compared to the change in the internal temperature of the particulate filter 4 and a time delay occurs. For example, even if the inside of the particulate filter 4 has reached a high temperature state in which the particulate filter 4 may be melted. It is practically impossible to take control immediately by grasping this immediately only from the inlet gas temperature and the outlet gas temperature.
[0014]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a particulate filter capable of accurately measuring an internal temperature, thereby realizing accurate and fine temperature control.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a filter body made of a porous material integrally supporting an oxidation catalyst and having a large number of honeycomb-shaped flow paths through which exhaust gas flows, and an inlet side and an outlet side of each flow path of the filter body. And a plug body for alternately plugging any one of the above, and the particulate filter in the exhaust gas can be trapped by passing through the porous thin wall partitioning each of the flow paths. In addition, the plug on the inlet side is arranged at a position separated from the inlet side end face of the filter main body, and the temperature sensor is inserted in the radial direction of the filter main body so that the temperature sensor can be inserted and installed immediately before the plug on the inlet side. A hole was formed, and a seal material for hermetically closing a gap between the filter case and the filter case was attached to at least one or more locations on the outer peripheral portion of the filter body behind the insert hole, and the seal material and the insert hole were avoided. Filter book It is characterized in that mounting the cushion material to the remaining outer peripheral portion of the.
[0016]
In this way, it becomes possible to directly detect the internal temperature of the particulate filter by inserting and installing the temperature sensor in the insertion hole, and to perform various controls accurately and based on the internal temperature of the particulate filter. It becomes possible to implement it finely.
[0017]
Here, the insertion hole drilled in the radial direction of the particulate filter spans a plurality of flow paths, but since the drilling position is immediately before the plug on the inlet side, exhaust gas is not generated. Even if it reaches the plug on the inlet side and flows into the adjacent flow path without passing through the porous thin wall through the insertion hole, the plug on the outlet side always hits the plug on the outlet side in the flow path to which it has flowed. Since the gas passes through the thin wall, it is possible to prevent a problem that the exhaust gas passes through the particulate filter without passing through the porous thin wall at all.
[0018]
Also, when the insertion hole is drilled, processing chips remain in each flow path, and all of the processing chips can be easily taken out to the entry side of the filter body without the plug being obstructed in any of the flow paths. It is possible.
[0019]
Furthermore, since the seal member is attached to at least one or more locations on the outer peripheral portion of the filter body behind the insertion hole, the exhaust gas escapes from the insertion hole to the outer peripheral portion of the filter body and bypasses the particulate filter. Troubles are avoided beforehand.
[0020]
In addition, since the cushion member is attached to the remaining outer peripheral portion of the filter body avoiding the sealing material and the insertion hole, the filter body made of a porous material having a brittle strength is reliably protected from running vibration of the vehicle and the like. It is possible not to hinder the insertion of the temperature sensor into the insertion hole.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0022]
1 and 2 show an example of an embodiment of the present invention, and the portions denoted by the same reference numerals as those in FIGS. 3 to 6 represent the same components.
[0023]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
[0024]
However, it is preferable that the
[0025]
In addition,
[0026]
Here, for example, a material obtained by knitting a stainless steel wire and processing it into a wavy shape may be used as the
[0027]
In this way, the temperature sensor 15 can be inserted and installed in the
[0028]
Here, the
[0029]
Further, when the
[0030]
Further, since the
[0031]
Further, since the
[0032]
Note that the particulate filter of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various changes can be made without departing from the spirit of the present invention.
[0033]
【The invention's effect】
According to the particulate filter of the present invention described above, various excellent effects as described below can be obtained.
[0034]
(I) Since the internal temperature of the particulate filter can be directly detected by inserting and installing a temperature sensor in the insertion hole, various controls can be performed accurately and finely based on the internal temperature of the particulate filter. The worst case, such as erosion of the particulate filter, can be avoided.
[0035]
(II) When directly detecting the internal temperature of the particulate filter by inserting and installing a temperature sensor in the insertion hole, there is a problem that the exhaust gas does not pass through the porous thin wall at all and exits the particulate filter. It is possible to reliably avoid such a problem that the exhaust gas escapes from the hole to the outer peripheral portion of the filter body and bypasses the particulate filter.
[0036]
(III) The processing waste remaining in each flow path when the insertion hole is formed can be easily taken out to the entry side of the filter body in any flow path, and the plug prevents removal of the processing waste. Since such a situation does not occur, it is possible to easily perform the processing after the drilling of the insertion hole.
[0037]
(IV) The filter body made of a porous material that is brittle in terms of strength can be reliably protected by the cushion material from running vibration of the vehicle, etc., and obstruction of the insertion of the temperature sensor by the cushion material can be reliably avoided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing an example of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing details of the particulate filter of FIG. 1;
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an arrangement state of a conventional particulate filter.
FIG. 4 is a sectional view showing details of the particulate filter of FIG. 3;
FIG. 5 is a graph showing a temperature distribution in a particulate filter.
FIG. 6 is a graph showing temperature changes of an inlet gas temperature, an outlet gas temperature, and an internal temperature.
[Explanation of symbols]
2
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