JP2531299Y2 - 排気ガス処理装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［考案の目的］ （産業上の利用分野） この考案はディーゼルエンジンからの排気ガス中に含
有されている炭素を主体とする微粒子であるパティキュ
レートを捕集して排気ガスを浄化する排気ガス処理装置
に関する。

（従来の技術） 一般に、ディーゼルエンジンからの排気ガス中には炭
素を主体とする微粒子であるパティキュレートが含有さ
れている。そのため、ディーゼルエンジンからの排気ガ
ス通路の途中に排気ガス中のパティキュレートを捕集す
るパティキュレートトラップを介設し、このパティキュ
レートトラップによってパティキュレートを捕集して排
気ガスを浄化する排気ガス処理装置が従来から開発され
ている。

また、この種の排気ガス処理装置として円筒状の容器
内にパティキュレートトラップが配設されるとともに、
この円筒状容器内におけるパティキュレートトラップの
上流側にヒータが対向配設され、このヒータによってパ
ティキュレートトラップに捕集されたパティキュレート
を燃焼させることにより、パティキュレートトラップへ
のパティキュレート捕集量が限界値以上に増加すること
を防止して排気ガス通路内の流路抵抗の増大を防止する
構成のものが知られている。この場合、パティキュレー
トトラップは円筒状容器内の開口面全体を閉塞する状態
で設けられているので、ヒータはこのパティキュレート
トラップの端面全面の比較的広い範囲を略均等に加熱で
きるように比較的高密度に分布させた状態で配置されて
いる。そのため、円筒状容器内にはヒータを支持する例
えばステンレス等の金属材料によって形成された棒状の
支持部材が配設されている。そして、ヒータはこの支持
部材に例えば溶接等の手段によって比較的強固に固定さ
れている。

（考案が解決しようとする課題） ところで、排気ガス処理装置のヒータへの通電時には
このヒータ自体が熱膨張するので、ヒータと支持部材と
の間の固定部には熱応力が作用する。この場合、ディー
ゼルエンジンの動作中は例えばヒータが定期的に所定時
間通電され、パティキュレートトラップに捕集されたパ
ティキュレートの燃焼が繰り返される。そのため、ヒー
タと支持部材との間の固定部には熱応力が繰り返し作用
するので、例えば長期の使用によりヒータと支持部材と
の間の固定部に亀裂が生じるおそれがあり、耐久性の面
で問題があった。

この考案は上記事情に着目してなされたもので、ヒー
タと支持部材との間の固定部に亀裂が生じるおそれがな
く、耐久性の向上を図ることができ、加えてヒータが他
の部材と摺動することがなく、摩擦や、磨耗による接触
不良が生じるおそれがない排気ガス処理装置を提供する
ことを目的とするものである。

［考案の構成］ （課題を解決するための手段） この考案は筒状容器内に排気ガス中のパティキュレー
トを捕集するパティキュレートトラップが配設され、上
記筒状容器内における上記パティキュレートトラップの
上流側に上記パティキュレートトラップに捕集されたパ
ティキュレートを燃焼させるヒータが対向配設されると
ともに、上記筒状容器内に上記ヒータを支持する支持部
材が配設された排気ガス処理装置において、上記支持部
材における上記ヒータとの連結部に上記ヒータの熱変形
を吸収する上記トラップの径方向に弾性変形可能な連結
部材を上記支持部材及び上記ヒータに溶接により介設し
たものである。

（作用） ヒータへの通電時にこのヒータ自体が熱膨張するとヒ
ータ自体の熱変形動作に応じて支持部材の連結部材が弾
性変形し、ヒータの熱変形を吸収することにより、ヒー
タと支持部材との間の連結部分には熱応力が作用するこ
とを防止する。さらに、トラップ径方向に弾性変形可能
な連続部材をヒータと支持部材の間に溶接により固定す
ることにより、ヒータの最も大きいトラップの径方向へ
の熱膨脹を連結部材の弾性変形によって吸収させ、ヒー
タが他の部材と摺動することを防止するようにしたもの
である。

（実施例） 以下、この考案の一実施例を図面を参照して説明す
る。

第１図および第２図はディーゼルエンジンの排気ガス
処理装置の要部構成、第３図はディーゼルエンジンの排
気系の要部構成をそれぞれ示すものである。

第３図中で、１はディーゼルエンジンのエンジン本
体、２はこのエンジン本体１の排気通路である。この排
気通路２には上流側の排気ガス処理装置３および下流側
のマフラ４がそれぞれ介設されている。

また、排気ガス処理装置３には例えばステンレス製の
円筒状容器５が設けられている。この円筒状容器５内に
は排気ガス中のパティキュレートを捕集するパティキュ
レートトラップ６が配設されている。このパティキュレ
ートトラップ６の本体6aは例えばセラミックス等の多孔
質体によって全体が略円柱形状に形成されている。さら
に、このパティキュレートトラップ本体6aと円筒状容器
５との間には例えばワイヤメッシュ等の図示しない弾性
支持部材が介設されている。そして、パティキュレート
トラップ本体6aはこの弾性支持部材を介して円筒状容器
５に弾性的に支持されている。

また、パティキュレートトラップ本体6aには第４図に
示すように軸方向に沿って穿設された排気ガス通路とな
る細孔７が平行に多数形成されている。これらの細孔７
…はパティキュレートトラップ本体6aの横断面である円
形断面内に略マトリックス状に縦横方向にそれぞれ複数
並設されている。

さらに、このパティキュレートトラップ本体6aの上流
側の端面に第５図に示すように縦横にマトリックス状に
配置された多数の細孔７…の開口端は縦横方向にそれぞ
れ１つ置きに上流側閉塞部材８によって閉塞されてい
る。そして、この上流側閉塞部材８によって閉塞された
各細孔７…によって上流側閉塞通路7a…が形成されてい
る。

また、パティキュレートトラップ本体6aの下流側の端
面には上流側閉塞部材８によって閉塞されていない各細
孔７…の開口端が下流側閉塞部材９によって閉塞されて
いる。そして、この下流側閉塞部材９によって閉塞され
た各細孔７…によって下流側閉塞通路7b…が形成されて
いる。そして、円筒状容器５内に流入した排気ガスは第
４図中に矢印で示すように下流側閉塞通路7b…内に導入
された後、下流側閉塞通路7b…と上流側閉塞通路7a…と
の間の多孔質の隔壁6bを透過して上流側閉塞通路7a…に
流れ込むようになっており、下流側閉塞通路7b…と上流
側閉塞通路7a…との間の多孔質の隔壁6bを排気ガスが透
過する際に排気ガス中のパティキュレートが隔壁6bに付
着した状態で残され、パティキュレートが捕集されるよ
うになっている。

さらに、排気ガス処理装置３の円筒状容器５内にはパ
ティキュレートトラップ６の上流側にこのパティキュレ
ートトラップ６に捕集されたパティキュレートを燃焼さ
せる加熱部10およびこの加熱部10から輻射熱を反射する
熱反射体11がそれぞれ配設されている。この場合、熱反
射体11は円筒状容器５内における加熱部10の上流側に配
置されている。この熱反射体11は例えばセラミックス等
の耐熱材料によって適宜の形状に折曲された線材を重ね
合わせて十分な通気性を持たせた状態に形成されたもの
である。

また、加熱部10には略渦巻き状に巻回された例えば複
数本、ここでは５本のヒータ12が設けられている。第６
図は各ヒータ12の概略構成を示すものである。このヒー
タ12には耐熱金属製の外管13が設けられている。この外
管13の一端には絶縁材料によって形成された閉塞部材14
が装着されている。そして、この閉塞部材14にはプラス
側電極15が装着されている。さらに、外管13の内部には
例えばニクロム線等の電熱線16および例えば酸化マグネ
シウム等の絶縁物質17がそれぞれ挿入されている。この
場合、電熱線16の一端は電極15に、他端は外管13の他端
側の閉塞端部13aにそれぞれ接続されている。そして、
外管13の閉塞端部13aと電熱線16の他端との接続部以外
の電熱線16と外管13との間は絶縁物質17によって絶縁状
態で保持されている。

また、円筒状容器５における加熱部10の装着部には第
１図に示すように大径な外リング18とこの外リング18よ
り小径な内リング19とが離間状態で略同心状に配置され
ている。そして、内リング19の内周面には各ヒータ12の
プラス側電極15の外端部が例えば溶接等の手段によって
強固に固定されている。この場合、各ヒータ12のプラス
側電極15の固定端部は内リング19の周方向に沿ってそれ
ぞれ等間隔で配置されている。そして、各ヒータ12の渦
巻き状の巻回部は同一平面上で互いに等間隔離間させた
状態で並設されており、各ヒータ12はパティキュレート
トラップ６の端面全面の比較的広い範囲を略均等に加熱
できるように比較的高密度に分布させた状態で配置され
ている。

さらに、円筒状容器５内には各ヒータ12を支持する例
えばステンレス等の金属材料によって形成された複数の
支柱（支持部材）20…が配設されている。この場合、支
柱20はヒータ12と同数（ここでは５本）設けられてい
る。そして、各支柱20の外端部は外リング18の内周面に
例えば溶接等の手段によって強固に固定されており、各
支柱20の外側の固定端は外リング18の周方向に沿ってそ
れぞれ等間隔で配置されている。

また、各支柱20の内端部は円筒状容器５の中心方向に
向けて延出されている。この場合、内リング19には各支
柱20との接触を避ける逃げ溝21が形成されている。そし
て、内リング19と各支柱20との間は非接触状態で保持さ
れている。

さらに、各支柱20の内端部には各ヒータ12の熱変形を
吸収する弾性変形可能な例えば板ばねによって形成され
た連結部材22の一端部が例えば溶接等の手段によって強
固に固定されている。この連結部材22には略Ｕ字状のＵ
字部22aとこのＵ字部22aの一端部側に延設された延設部
を略Ｌ字状に屈曲されたＬ字状屈曲部22bとが設けられ
ている。そして、この連結部材22のＵ字部22a側の端部
が各支柱20の内端部に固定されている。

また、この連結部材22のＬ字状屈曲部22b側の端部は
各ヒータ12の内端部に例えば溶接等の手段によって強固
に固定されている。そして、各ヒータ12と各支柱20との
間がそれぞれ連結部材22を介して連結されている。

さらに、各支柱20には第２図に示すように各ヒータ12
の中途部を吊り下げ状態で支持する複数のＵ字状保持部
材23…が取付けられている。そして、各ヒータ12はこれ
らのＵ字状保持部材23…によって各ヒータ12の延設方向
に沿って移動可能な状態で支持されている。

また、内リング19には各ヒータ12のプラス側の接続端
子部24が取付けられている。この接続端子部24には固定
用の植込みボルト25が設けられている。この植込みボル
ト25の内端側のねじ部25aはナット26によって内リング1
9に固定されている。

また、外リング18には植込みボルト25を挿通する大径
な挿通孔27が形成されている。この挿通孔27にはスペー
サリング28が嵌着されている。さらに、このスペーサリ
ング28内には例えばセラミックス等の絶縁材料によって
形成された絶縁管29が配設されている。そして、植込み
ボルト25はこの絶縁管29内に挿通されている。また、ス
ペーサリング28の内面側および外面側にはそれぞれマイ
カ（雲母）等の絶縁材料によって形成された絶縁リング
30,31が装着されている。そして、これらの絶縁管29、
絶縁リング30,31によって外リング18と植込みボルト25
との間が絶縁状態で保持されている。

なお、外リング18には内リング19を支持する複数の支
持ボルト32…が取付けられている。この場合、各支持ボ
ルト32…と外リング18との間はプラス側接続端子部24と
略同様の絶縁構造によって絶縁状態で保持されている。

さらに、外リング18の外周面にはボディーアース用の
接続端子部33が突設されている。この接続端子部33には
アース線が接続されており、このアース線を介してボデ
ィーアースされている。

また、各ヒータ12のプラス側の接続端子部24はリード
線35を介してスイッチ36,バッテリ37に順次接続されて
いる。

一方、排気通路２には排気ガス処理装置３に対して並
列にバイパス通路38が接続されている。このバイパス通
路38の入口にはこのバイパス通路38を開閉操作する開閉
弁39が取付けられている。

さらに、排気ガス処理装置３の円筒状容器５の入口側
には燃焼用空気の空気供給通路40の一端が連結されてい
る。この空気供給通路40にはエアポンプ41が連結されて
いる。

また、スイッチ36、開閉弁39、エアポンプ41は第７図
に示すように例えばマイクロコンピュータおよびその周
辺回路によって形成されたコントローラ42に接続されて
いる。さらに、このコントローラ42には例えば円筒状容
器５内におけるパティキュレートトラップ６の上、下流
側の圧力状態を検出する第１、第２の圧力センサ43,44
が接続されている。そして、ディーゼルエンジンのエン
ジン本体１の動作時には第１、第２の圧力センサ43,44
からの検出信号にもとづいてコントローラ42によってパ
ティキュレートトラップ６の上、下流間の差圧を検出
し、この差圧にもとづいてスイッチ36のオン，オフ操
作、開閉弁39の開閉操作、エアポンプ41のオン，オフ動
作をそれぞれ制御し、パティキュレートトラップ６によ
る排気ガス中のパティキュレートの捕集動作およびパテ
ィキュレートトラップ６に捕集されたパティキュレート
を加熱部10によって燃焼させるパティキュレートトラッ
プ６の再生動作を制御するようになっている。

次に、上記構成の作用について説明する。

まず、ディーゼルエンジンのエンジン本体１の始動時
には通常は開閉弁39がバイパス通路38の入口を閉塞する
閉位置で保持される。そのため、この状態ではエンジン
本体１からの排気ガスは排気通路２内を通り、排気ガス
処理装置３の円筒状容器５内に導入される。

さらに、この円筒状容器５内に導入された排気ガスは
熱反射体11の隙間および加熱部10の各ヒータ12間の間隙
を順次通過したのち、第４図中に矢印で示すようにパテ
ィキュレートトラップ６の下流側閉塞通路7b…内に流入
される。そして、この下流側閉塞通路7b…内に流入した
排気ガスは続いて下流側閉塞通路7b…と上流側閉塞通路
7a…との間の多孔質の隔壁6bを透過して上流側閉塞通路
7a…に流れ込む。このとき、下流側閉塞通路7b…と上流
側閉塞通路7a…との間の多孔質の隔壁6bを排気ガスが透
過する際に排気ガス中のパティキュレートが隔壁6bに付
着した状態で残され、パティキュレートがパティキュレ
ートトラップ６に捕集される。

また、パティキュレートトラップ６の上流側閉塞通路
7a…側に流れ込んだ排気ガスは続いてマフラ４を経て外
部に排出される。

さらに、エンジン本体１の運転中は第１、第２の圧力
センサ43,44によってパティキュレートトラップ６の
上、下流の圧力状態が検出される。そして、これらの第
１、第２の圧力センサ43,44からの検出信号にもとづい
てコントローラ42によってパティキュレートトラップ６
の上、下流間の差圧が検出され、この差圧にもとづいて
加熱部10のスイッチ36のオン，オフ操作、開閉弁39の開
閉操作、エアポンプ41のオン，オフ動作がそれぞれ制御
される。

すなわち、パティキュレートトラップ６の上、下流の
差圧が予め設定された設定値よりも小さい場合には加熱
部10のスイッチ36はオフ状態、開閉弁39はバイパス通路
38の入口を閉塞する閉位置、エアポンプ41はオフ状態で
それぞれ保持される。したがって、この状態では上記の
パティキュレートトラップ６による通常の排気ガス中の
パティキュレートの捕集動作が行なわれる。

また、エンジン本体１の運転中にパティキュレートト
ラップ６に捕集されたパティキュレートの量が増える
と、このパティキュレートトラップ６の下流側閉塞通路
7b…内から多孔質の隔壁6bを透過して上流側閉塞通路7a
…に流れ込む排気ガスの流通抵抗が増加する。そして、
パティキュレートトラップ６の上、下流の差圧が予め設
定された設定値よりも大きくなると、パティキュレート
トラップ６の再生動作が行なわれる。

このパティキュレートトラップ６の再生動作時にはコ
ントローラ42によって加熱部10のスイッチ36がオン操作
されるとともに、開閉弁39が開操作されてバイパス通路
38が開放される（第８図中のＡ時点）。そのため、この
状態ではエンジン本体１からの排気ガスの大部分は排気
通路２内からバイパス通路38内に流入する。そして、こ
の状態で加熱部10の各ヒータ12に通電される。

加熱部10の各ヒータ12は第９図に示すようにスイッチ
36がオン操作されたのち、所定時間Ｔ₁（例えば３分程
度）の経過後に所定の加熱温度ｔ₁（例えば800℃程度）
まで上昇する。そして、この時点（第８図中のＢ時点）
でエアポンプ41がオン操作され、空気供給通路40を介し
て排気ガス処理装置３の円筒状容器５の入口側に燃焼用
空気が供給される。

また、加熱部10の各ヒータ12からの輻射熱は上流側お
よび下流側に向けてそれぞれ放射される。このとき、各
ヒータ12から下流側に向けて放射された輻射熱によって
パティキュレートトラップ６が加熱され、パティキュレ
ートトラップ本体6aの入口側に付着されたパティキュレ
ートの焼灼に利用される。さらに、各ヒータ12から上流
側に向けて放射された輻射熱は熱反射体11によって吸熱
され、この熱反射体11が高温状態に加熱される。そのた
め、空気供給通路40を介して円筒状容器５内に供給され
る燃焼用空気がこの熱反射体11の隙間を通る際にこの熱
反射体11の熱によって加熱される。そして、この熱反射
体11によって加熱された燃焼用空気は続いて加熱部10の
各ヒータ12の間隙を通る際にさらに加熱された状態で、
パティキュレートトラップ６側に導かれる。したがっ
て、加熱部10の各ヒータ12からの輻射熱をパティキュレ
ートの焼灼に効率良く利用させることができる。

また、加熱部10の各ヒータ12への通電時には各ヒータ
12自体が熱膨張し、各ヒータ12が軸心方向に沿って伸長
する。このとき、各ヒータ12自体の熱変形動作に応じて
各支柱20の連結部材22が弾性変形するので、各ヒータ12
の熱変形を吸収することができる。そのため、各ヒータ
12と各支柱20との間の連結部分に熱応力が作用すること
を防止することができるので、従来のように各ヒータ12
と各支柱20との間の固定部に亀裂が生じるおそれがな
く、耐久性の向上を図ることができる。

なお、パティキュレートトラップ本体6aに付着された
パティキュレートは加熱部10の各ヒータ12からの輻射熱
によってパティキュレートトラップ本体6aの入口側が先
に着火されて焼灼される。さらに、パティキュレートト
ラップ本体6aの入口側のパティキュレートの焼灼によっ
て形成される火炎は徐々に後部側に伝播される。そのた
め、パティキュレートトラップ本体6aの入口側が着火さ
れて焼灼された時点（第８図中のＣ時点）で、加熱部10
のスイッチ36はオフ状態に切換え操作される。

そして、パティキュレートトラップ本体6aの後端側の
パティキュレートまで火炎が伝播されてパティキュレー
トトラップ本体6aに付着しているパティキュレートが全
て焼灼された時点（第８図中のＤ時点）で、エアポンプ
41がオフ操作され、排気ガス処理装置３側への燃焼用空
気の供給が停止されるとともに、開閉弁39が閉操作され
てバイパス通路38が閉塞される。そのため、この状態で
パティキュレートトラップ６の再生動作が終了し、パテ
ィキュレートトラップ６による通常の排気ガス中のパテ
ィキュレートの捕集動作が再開される。

そこで、上記構成のものにあっては加熱部10の各ヒー
タ12と各支柱20との間を各ヒータ12の熱変形を吸収する
弾性変形可能な連結部材22を介してそれぞれ連結したの
で、加熱部10の各ヒータ12への通電時に各ヒータ12自体
が熱膨張し、各ヒータ12が軸心方向に沿って伸長した際
に、各ヒータ12自体の熱変形動作に応じて各支柱20の連
結部材22を弾性変形させ、各ヒータ12の熱変形を吸収さ
せることができる。そのため、各ヒータ12と各支柱20と
の間の連結部分に熱応力が作用することを防止すること
ができるので、従来のように各ヒータ12と各支柱20との
間の固定部に亀裂が生じるおそれがなく、耐久性の向上
を図ることができる。

なお、この考案は上記実施例に限定されるものではな
い。例えば、上記実施例では加熱部10の各ヒータ12と各
支柱20との間を連結する連結部材22として略Ｕ字状のＵ
字部22aとこのＵ字部22aの一端部側に延設された延設部
を略Ｌ字状に屈曲されたＬ字状屈曲部22bとを設けた構
成のものを示したが、略Ｌ字状に屈曲された板ばね状の
連結部材を設ける構成にしてもよい。

また、加熱部10のヒータ12は１本、或いは５本以外の
複数本であってもよい。

さらに、この他この考案の要旨を逸脱しない範囲で種
々変形実施できることは勿論である。

［考案の効果］ この考案によれば支持部材におけるヒータとの連結部
材にヒータの熱変形を吸収するトラップの径方向に弾性
変形可能な連結部材を支持部材及びヒータに溶接により
介設したので、ヒータ自体の熱変形動作に応じて支持部
材の連結部材を弾性変形させ、ヒータの熱変形を吸収す
ることにより、ヒータと支持部材との間の連結部分に熱
応力が作用することを防止し、ヒータと支持部材との間
の固定部に亀裂が生じることを防止して耐久性の向上を
図ることができるとともに、ヒータの最も大きいトラッ
プの径方向への熱膨脹を連結部材の弾性変形によって吸
収させることにより、ヒータが他の部材と摺動すること
をがなく、摩擦や、磨耗による接触不良が生じるおそれ
をなくすことができる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの考案の一実施例を示すもので、第１図はディ
ーゼルエンジンの排気ガス処理装置におけるヒータの連
結部材の取付け状態を示す横断面図、第２図は同要部の
縦断面図、第３図はディーゼルエンジンの排気系の要部
構成を示す概略構成図、第４図はパティキュレートトラ
ップの概略構成を示す縦断面図、第５図はパティキュレ
ートトラップの端面を示す正面図、第６図はヒータの概
略構成図、第７図はコントローラの接続状態を示す概略
構成図、第８図はエアポンプ、ヒータ、開閉弁の動作を
説明するためのタイムチャート、第９図はヒータの温度
特性を示す特性図である。 ５……円筒状容器、６……パティキュレートトラップ、
12……ヒータ、20……支柱（支持部材）、22……連結部
材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 中山 真治 東京都港区芝５丁目33番８号 三菱自動 車工業株式会社内 (72)考案者 仁上 喜久夫 神奈川県川崎市中原区宮内19番地の５ 日吉電装株式会社内 (56)参考文献 実開 昭59−170614（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭63−32883（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】筒状容器内に排気ガス中のパティキュレー
   トを捕集するパティキュレートトラップが配設され、上
   記筒状容器内における上記パティキュレートトラップの
   上流側に上記パティキュレートトラップに捕集されたパ
   ティキュレートを燃焼させるヒータが対向配設されると
   ともに、上記筒状容器内に上記ヒータを支持する支持部
   材が配設された排気ガス処理装置において、 上記支持部材における上記ヒータとの連結部に上記ヒー
   タの熱変形を吸収する上記トラップの径方向に弾性変形
   可能な連結部材を上記支持部材及び上記ヒータに溶接に
   より介設したことを特徴とする排気ガス処理装置。