JP2577961Y2 - 排気ガス浄化装置のハニカムフィルタ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、ディーゼルエンジンの
排気ガス中に含まれるパティキュレートを除去するため
の装置に用いられるハニカムフィルタに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、排気ガス浄化装置のハニカムフィ
ルタは、炭化珪素、窒化珪素、コージエライト等のセラ
ミックス材料により円柱状に形成され、ディーゼルエン
ジンの排気側に連通する通路を備えたケーシング内に配
置された状態で、排気ガス中のパティキュレートを浄化
する。

【０００３】また、ハニカムフィルタには軸線方向に延
びる複数のセルが形成され、各セルの両端開口は封止材
によって市松模様状に封止されている。前記各セルに所
定量のパティキュレートが捕集されると、パティキュレ
ートがフィルタの上流側に設けられたバーナーにより燃
焼され、これによりフィルタが元の状態に再生される。
また、この再生処理は通常、８００℃〜１０００℃とい
う高温状態で行われるため、前記フィルタに使用する材
料としては、耐熱性に優れる多孔質の炭化珪素が良いと
されている。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】ところが、多孔質炭化
珪素製のハニカムフィルタは、好適な耐熱性を備える反
面、急激な温度変化（熱衝撃）には弱いという欠点があ
る。例えば、前記再生時において、フィルタの排気ガス
流入側端面を前記温度まで急激に加熱した場合には、フ
ィルタの受ける熱衝撃、即ちフィルタ両端面間の温度差
はΔＴ＝８００℃にも到達する。このように、フィルタ
両端面間の温度差の拡大によってフィルタの半径方向に
作用する応力（引っ張り応力または圧縮応力）が増大す
ると、フィルタの周方向にクラックが発生し易くなり、
フィルタが破損に到ってしまう。

【０００５】また、再生のために加熱されたフィルタに
１００℃程度の燃焼促進用エアを供給した場合や、高速
回転しているエンジンの回転数を急激に低下させた場合
（例えば、高速走行から急激にアイドリング状態にした
場合等）にも、フィルタは熱衝撃に遭遇し、フィルタ両
端面間の温度差が拡大してしまう。その結果、フィルタ
の周方向にクラックが発生し易くなり、破損してしま
う。

【０００６】更に、フィルタが上述のような熱衝撃を受
けた場合には、フィルタ両端面間のみならず、中心部と
外周部との間でも温度差が生じることが知られている。
その際、フィルタの周方向に作用する応力によって、軸
線方向にクラックが生じてしまう。

【０００７】そこで、上記の事情に鑑みて本考案者らが
種々の検討を重ねた結果、フィルタが熱衝撃に遭遇した
ときにはフィルタの軸線方向に極端な温度勾配が形成さ
れ、図５（ａ）に示すように、この温度勾配はフィルタ
の半径方向にも及びかつ軸線Ｌに対してほぼ対称になる
ことが判明した。従って、フィルタの上流側部分に、上
流側端面から下流側に向かってその外径が次第に増加す
る部分を設けて、熱衝撃を受ける面を大きく確保すれ
ば、フィルタ外周部からの熱伝導量を多くすることがで
き、フィルタにおける両端面間の温度差及び外周部と中
心部との間の温度差を共に小さくできることを知見し
た。そして、本考案者らは上記の知見に基づきこの考案
を完成させた。

【０００８】

【課題を解決するための手段及び作用】本考案では、デ
ィーゼルエンジンの排気側に連通する通路中に配置さ
れ、ディーゼルエンジンの排気ガスを浄化するフィルタ
において、前記フィルタを多孔質炭化珪素により形成
し、その上流側部分に、上流側端面から下流側に向かっ
てその外径が次第に増加する部分を設けている。

【０００９】このような構成によれば、ハニカムフィル
タが急激に加熱または冷却される場合でも、フィルタの
軸線方向及び半径方向に極端な温度勾配が生じることが
ないため、フィルタに加わる熱衝撃が格段に減少する。
従って、好適な耐熱性を備えているが熱衝撃に弱い多孔
質炭化珪素をハニカムフィルタとして実用に供し得るこ
ととなる。

【００１０】

〔実施例〕

図１に示すように、排気ガス浄化装置１は金属パイプ製
のケーシング２を備え、そのケーシング２の通路２ａ
は、ディーゼルエンジンＥの排気管路Ｅａに接続されて
いる。このケーシング２内には、ディーゼルエンジンＥ
から放出される排気ガスを浄化するために、多孔質炭化
珪素焼結体からなるハニカムフィルタ３が配設されてい
る。前記通路２ａ内においてフィルタ３の上流側には、
再生処理用の熱源としてバーナー４が設けられている。

【００１１】図２及び図３に示すように、本実施例のフ
ィルタ３は、それぞれ外径の異なる大径部３ａ、中径部
３ｂ及び小径部３ｃの各部分によって構成されている。
前記各部分は、それぞれフィルタ３の上流側から、小径
部３ｃ、中径部３ｂ及び大径部３ａの順序に配置されて
いる。従って、図２及び図３に示すように、本実施例の
フィルタ３は、上流側端面Ｓ1 から下流側端面Ｓ2 に向
かってその外径Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃが次第に増加するよう
な多段円柱形状をなしている。

【００１２】前記フィルタ３の大径部３ａでは、外径Ｄ
ａは前記通路２ａの内径とほぼ同サイズ（１４０mm）に
設定され、軸線Ｌ方向の長さはフィルタ３の全長のほぼ
１／２（７０mm）に設定されている。中径部３ｂにおい
ては、外径Ｄｂは前記大径部３ａの外径Ｄａよりも小さ
く（１００mm）設定されると共に、軸線Ｌ方向の長さは
５０mmに設定されている。また、小径部３ｃにおいて
は、外径Ｄｃは前記中径部３ｂの外径Ｄｂよりも小さく
（５０mm）設定され、軸線Ｌ方向の長さは３０mmに設定
されている。

【００１３】図２〜図４に示すように、前記フィルタ３
には軸線Ｌ方向に沿って多数のガス通過孔５が形成さ
れ、各ガス通過孔５の上流側及び下流側の何れか一方の
端部開口は、多孔質セラミックス焼結体からなる封止片
６によって交互に封止されている。これにより、前記フ
ィルタ３には、上流側または下流側の何れか一方に開口
するセル７ａ，７ｂが形成されている。

【００１４】図２にて矢印Ａで示すように、上流側に開
口するセル７ａから導入された排気ガスは、各セル７
ａ，７ｂの間に位置する内壁８を介して、隣接の下流側
に開口するセル７ｂ側に流れ込む。そして、排気ガスが
内壁８を通過する際に内壁８面によってパティキュレー
トが捕集され、浄化された排気ガスのみがフィルタ３か
ら排出される。通常、この捕集動作はフィルタ３内に所
定量のパティキュレートが捕捉されるまで継続される。

【００１５】フィルタ３に所定量のパティキュレートが
捕捉された場合には、バーナー４の点火によって、フィ
ルタ３の加熱が開始される。フィルタ３を所定温度に加
熱して再生処理を行うことにより、フィルタ３内のパテ
ィキュレートが完全に燃焼される。これにより、フィル
タ３はパティキュレートを捕捉していない元の状態に再
生される。

【００１６】さて、上述のように形成された実施例の排
気ガス浄化装置１に対する特性試験を、以下に述べる条
件にて遂行した。即ち、パティキュレートが所定量に達
するまで捕集動作を行った後に、バーナー４を点火し
て、フィルタ３をパティキュレートが着火する温度（７
００℃）まで急速に加熱した。その後、図示しないエア
コンプレッサにより、燃焼促進用の二次エア（３０℃）
を毎分０．２立方メートルの割合で１０分間流通して、
フィルタ３内のパティキュレートを燃焼させた。上記処
理を繰り返し行うことで、フィルタ３に急加熱、急冷却
による熱衝撃を与えた。

【００１７】そして、図１に示すように、フィルタ３の
軸線Ｌ上において上流側端面Ｓ1 上の位置Ｐa 、下流側
端面Ｓ2 上の位置Ｐc 及び上流側端面Ｓ1 から８０mm下
流側の位置Ｐb にて、それぞれ経時的に温度Ｔa ，Ｔb
，Ｔc （℃）を測定した。また、フィルタ３の外周部
分において上流側端面Ｓ1 から８０mm下流側の位置Ｐd
にて、同じく経時的に温度Ｔd （℃）を測定した。

【００１８】上記の測定値に基づいて、再生処理の際に
おけるＰa ，Ｐc 間の最大温度差ΔＴac（℃）とＰb ，
Ｐd 間の最大温度差ΔＴbd（℃）とをそれぞれ求めた。
更に、フィルタ３におけるクラックの発生状況について
の調査も行った。それらの結果を表１に示す。

【００１９】尚、前記実施例と同一の材料を用いて、軸
線Ｌ方向の長さが１５０mm，外径が１４０mmである円柱
形のフィルタ９を形成した。この従来タイプのフィルタ
９を前記実施例と同様のケーシング内に組み込むことに
より、比較例の排気ガス浄化装置を製造した。この装置
に対して、同様の測定及び調査を行った結果を表１に示
す。

【００２０】

【表１】

【００２１】表１から明らかなように、実施例の排気ガ
ス浄化装置１に備えられたフィルタ３では、再生処理に
おけるＰa ，Ｐc 間の最大温度差ΔＴacは２００℃で、
Ｐb，Ｐd 間の最大温度差ΔＴbdは７０℃であった。従
って、実施例のフィルタ３には、フィルタ３の半径方向
及び周方向のいずれに対しても、大きな応力は作用して
いないことが示唆された。また、再生処理を５００回繰
り返した後にフィルタ３を観察したところ、フィルタ３
にクラックは全く認められなかった。前記の結果から、
フィルタ３は再生時の熱衝撃に耐え得ることが判明し
た。そして、フィルタ３の耐久性が向上した理由として
は、フィルタ３の上流側面積、即ち熱衝撃の影響を直接
受け得る部分の面積が、比較例に比して大きく確保され
たことによるものと考えられた。

【００２２】一方、比較例のフィルタ９では、最大温度
差ΔＴac及びΔＴbdの値は５００℃，１８０℃であり、
共に実施例のフィルタ３よりも大きかった。それ故、フ
ィルタ９の半径方向及び周方向に対して、前記実施例よ
りも大きな応力が作用していることが示唆された。本比
較例では再生処理を３０回繰り返した時点でクラックが
発生し、フィルタ９が破損するに到った。このような結
果から、比較例の装置は前記実施例の装置に比して、熱
衝撃に弱いことが分かった。

【００２３】以下に、前記両フィルタ３，９内の任意の
多数の位置において温度測定を行うことにより、再生時
におけるフィルタ３，９内の温度勾配の様子を調査した
結果を示す。

【００２４】図５（ａ）及び（ｂ）の等温曲線Ｃから明
らかなように、各フィルタ３，９にはその軸線Ｌ方向に
温度勾配が生じていた。また、温度勾配は何れも軸線Ｌ
に対してほぼ対称であった。しかしながら、実施例のフ
ィルタ３の温度勾配は、比較例のフィルタ９の温度勾配
ほど極端ではなかった。更に、図５（ａ）に示した比較
例のフィルタ９では、軸線Ｌに対して垂直な面内におい
ても温度勾配が生じていたが、図５（ｂ）に示した実施
例のフィルタ３では殆ど温度勾配が生じていなかった。

【００２５】尚、本考案は前記実施例のみに限定される
ことはなく、考案の趣旨を逸脱しない範囲内においてそ
の構成を変更することは勿論可能である。例えば、 （ａ）前記実施例のフィルタ３に代えて、前記外径の異
なる部分の数を増加したり、または減少することもでき
る。 （ｂ）図６に示すフィルタ１０のように、上流側端面Ｓ
1 から下流側に向かってその外径が次第に増加するよう
なテーパ面Ｓt を前記フィルタ１０の上流側部分に設け
ても良い。 （ｃ）図７に示すように、それぞれ外径の異なる複数の
部分よりフィルタ１１を構成し、かつ前記各部分に上流
側端面Ｓ1 から下流側に向かってその外径が次第に増加
するようなテーパ面Ｓt を設けても良い。

【００２６】

【考案の効果】以上詳述したように、本考案の排気ガス
浄化装置のハニカムフィルタによれば、ハニカムフィル
タが急加熱または急冷却される場合でも、フィルタの軸
線方向及び半径方向に極端な温度勾配が生じることはな
く、フィルタに加わる熱衝撃が格段に減少する。従っ
て、好適な耐熱性を備えているが熱衝撃に弱い多孔質炭
化珪素をハニカムフィルタとして利用しても、当該フィ
ルタの破損を防止することができるため、多孔質炭化珪
素の好適な耐熱性能をハニカムフィルタとして有効に発
揮させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案のハニカムフィルタを排気ガス浄化装
置に具体化した一実施例を示す部分正断面図である。

【図２】 実施例のハニカムフィルタを示す部分拡大断
面図である。

【図３】 図２のハニカムフィルタの左側面図である。

【図４】 図２のハニカムフィルタの右側面図である。

【図５】 （ａ）は再生時における比較例のハニカムフ
ィルタ内の温度勾配を、（ｂ）は再生時における実施例
のハニカムフィルタ内の温度勾配を示す説明図である。

【図６】 別例１のハニカムフィルタを示す斜視図であ
る。

【図７】 別例２のハニカムフィルタを示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

２ ケーシング、２ａ 通路、３ ハニカムフィルタ、
Ｅ ディーゼルエンジン、Ｓ1 上流側端面、Ｄａ，Ｄ
ｂ，Ｄｃ 外径。

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ディーゼルエンジン（Ｅ）の排気側に連通
   する通路（２ａ）中に配置され、ディーゼルエンジン
   （Ｅ）の排気ガスを浄化するフィルタ（３）において、 前記フィルタ（３）を多孔質炭化珪素により形成し、そ
   の上流側部分に、上流側端面（Ｓ１）から下流側に向か
   ってその外径（Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃ）が次第に増加する部
   分を設けたことを特徴とする排気ガス浄化装置のハニカ
   ムフィルタ。