JP2590943Y2 - 排気ガス浄化装置 - 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等
の内燃機関から排出されるガス中に含まれるパティキュ
レートを除去するための排気ガス浄化装置に関し、特に
耐久性を向上させた排気ガス浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の排気ガス浄化装置として
は、内燃機関の排気側に連通する通路を備えたケーシン
グ内に多孔質セラミック焼結体によって一体形成された
ハニカム状の触媒担体と、その触媒担体に担持された触
媒成分とからなるフィルタを配置し、内燃機関とフィル
タとの間にバーナー等の熱源を配設したものが一般に知
られている。そして、フィルタ内に所定量のパティキュ
レートを捕集した後、バーナー等によって加熱して捕集
されたパティキュレートを燃焼して再生処理を行い、再
びフィルタとして使用している。

【０００３】ところが、上述のようにフィルタを加熱し
て再生処理を行う場合、バーナーの位置は内燃機関側の
同心円上にあるため、排気ガス流入側端面の中心部の温
度が他の部位に比べて短時間で上昇する傾向にある。特
に同一の材料によって一体形成されている前記触媒担体
の場合では、触媒担体の中心部とその外周部との間、及
び、触媒担体の両端面間で温度差を生じ易く、それに伴
って触媒担体の周方向及び半径方向の応力（引っ張り応
力又は圧縮応力）の増加によって、触媒担体が破壊に至
る恐れがあった。そのため、フィルタ全体の耐久性が劣
り、再生処理を何回も繰り返して行うことができないと
いう問題があった。

【０００４】更に、バーナー又は／およびヒーターによ
ってフィルタをパティキュレートの燃焼温度以上に加熱
して、パティキュレートを燃焼除去する方法では、パテ
ィキュレートがフィルタに均一に捕集され、且つ、均一
に燃焼しない限り、パティキュレートの燃焼発熱量がフ
ィルタの各部位で異なり、そのためフィルタの各部位に
温度差を生ずることとなる。その結果、フィルタの各部
位の熱膨張・収縮量に差異が生じ、フィルタの各部位の
熱膨張・収縮量に差異が生ずるとフィルタの各部位に圧
縮・引張り等の応力が生ずることとなり、これが繰返し
行われることによりフィルタの劣化が進行して破壊に至
ることとなる。

【０００５】又、フィルタ各部分のパティキュレート捕
集量に差があったり、全体の捕集量が多過ぎるとパティ
キュレート燃焼発熱量が大きくなり、フィルタ耐熱温度
を超えて上昇してしまい、フィルタが溶損したり破損し
たりすることとなる。

【０００６】以上のような欠点を解消するために、パテ
ィキュレート捕集量が過剰にならないように、フィルタ
の再生を頻繁に行うと、再生エネルギーが著しく増大し
てしまい実用化できないものとなってしまうという結果
になる。

【０００７】従って、できるだけ再生回数を減少して再
生効率を向上させることが必要であるが、再生回数を減
少させるとパティキュレートのフィルタに捕集される量
が増え、その結果、フィルタが目詰まりをおこし、排ガ
スの流れが急激に悪化してしまう。これを回避するため
に排気ガスを高圧でフィルタに送給すると、システム全
体の効率を悪化させてしまう。

【０００８】更に、フィルタが大型になると、フィルタ
各部位のパティキュレートが均一で、その燃焼発熱量が
単位容積当たり一定の場合にはフィルタ中心部付近の温
度が最も高くなるという傾向が生じる。このような問題
の解決法としては、１）フィルタ中心部を空洞にする方
法、２）フィルタセル壁厚さを中心部に向かって段階的
に厚くする方法、等が提案されてきたが、１の方法では
一体成形されたフィルタ中心部を空洞加工することによ
り素材ロスを発生させるだけではなく、中心部のシール
構造に特別の配慮が必要になって来る。２）の方法では
ダイス製作が難しいこと及び押出成形時に材料の均一な
送給が難しくなり、成形歩留まりが悪くなるだけでな
く、乾燥工程から焼成工程に至るまでに不良発生の増大
をきたし実用化が困難という欠点を有する。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】本考案者は、上記のよ
うな事情に鑑み、この様な欠点を改良すべく種々検討し
た結果、本考案を完成したもので、その目的は、フィル
タに捕集されたパティキュレートを燃焼除去することに
より触媒担体の特定の部位に対する応力の集中を発生さ
せることなく、耐久性の高い排気ガス浄化装置を提供す
るにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本考案の要旨は、内燃機
関の排気側に連通するケーシング内に、軸線方向に平行
な多数のガス通過孔によってハニカム構造体をした多孔
質体から成る断面形状が四角柱状のフィルタの分割部分
の複数個をシール材を介して連結して形成された四角柱
状のフィルタを装着した排気ガス浄化装置において、形
成されたフィルタの端面の一辺Ａ、他辺Ｂ及びフィルタ
の長さＣの各辺の比が、１．０：０．２〜０．８：０．
３〜５．０となることを特徴とする排気ガス浄化装置で
ある。

【００１１】すなわち、本考案においては、従来のよう
に、単一のフィルタによりなるのではなく、シール材で
隔てられた分割部分で構成されているため、フィルタに
捕集されたパティキュレートを燃焼除去する際に生じる
熱膨張・収縮量にもとずく応力の影響を極力少なくし、
かつ、発熱に伴う温度上昇もシール材の存在により熱容
量が大となり、温度上昇を防止することができ、これに
よって損傷を未然に防止し、再生処理回数を増やし、連
続使用可能な排気ガス浄化装置とすることができる。そ
して、フィルタの断面形状が四角形の場合には、多孔質
体から成る四角柱状のフィルタの複数個をシール材を介
して連結して形成された四角柱状のフィルタを、その各
辺の比を上記のように規定することによって、再生時の
パティキュレートの燃焼発熱に伴うハニカムフィルタの
局部的な異常温度上昇を防止してハニカムフィルタの特
定の部位に対する応力の集中を発生させることがない耐
久力の高い排気ガス浄化装置とすることができた。

【００１２】本願考案において、フィルタの分割部分と
は、従来、この種のフィルタに使用されている多孔質炭
化珪素焼結体よりなり、ガス通過孔によってハニカム構
造をなし、ガス通過孔の一方の端面が市松模様状に封孔
され、該封孔された貫通孔の他方の端面が開口されてお
り、また、一方の端面が開口された貫通孔の他方の端面
が封孔されたフィルタを複数部分に分割したもので、ガ
スは一方の端面の開口された貫通孔より導入され、隔壁
を通過して浄化され他方の面の開口された貫通孔より排
出されるものを分割したものである。そして、通常、こ
の種のフィルタの断面の大きさは約４０ｃｍ^２〜３００
ｃｍ^２であり、本考案においては、これを４等分〜５０
等分程度に分割したものであるが、必ずしも等分でなく
ても良い。本考案ではこのフィルタの分割部分をシーリ
ング材で一体としたものである。そのシール材の厚さが
１ｍｍ以下ではシール効果が悪いので好ましくなく、５
ｍｍ以上ではスペース・ロスが大きくなり好ましくな
い。また、シール材の嵩密度については、０．３ｇｒ／
ｃｍ^３以下ではシール効果が悪いことおよび熱容量が小
さくなり過ぎて好ましくなく、５．０ｇｒ／ｃｍ^３以上
になるとシステム全体の重量が重くなり過ぎて好ましく
ない。また、シール材の材質としてはセラミック・ファ
イバー、耐熱鋼繊維等の繊維状のものと、炭化珪素、窒
化タングステン等のセラミックス・パウダーとの混合物
からなるシール材を使用することができる。

【００１３】フィルタの断面形状が四角形の場合、フィ
ルタの分割部分の断面も四角形とし、フィルタの分割部
分を組み立てて断面形状が四角形のフィルタとする。そ
の際、断面の一辺Ａを１．０としたとき、他辺Ｂが０．
２よりも小さいとバーナー等による熱風でハニカムフィ
ルタを均一に加熱することが難しくなり好ましくなく、
辺Ｂが０．８以上にすることは再生時にフィルタの中心
部付近に異常温度上昇がしやすくなり好ましくない。辺
Ｂは、フィルタの容積が６リットル以上の場合には辺Ａ
が１に対して０．３前後とすることが好ましい。また、
辺Ａが１に対して長さ方向の辺Ｃが０．３よりも小さく
なると、両端面の封孔効率が悪くなってしまうのみなら
ず、端面積が大きくなって均一加熱が難しく、５．０以
上では軸方向の温度差が大きくなってしまい好ましくな
い。辺Ｃは、フィルタ容積が６リットル以上の場合には
１．０前後とすることが望ましい。

【００１４】本考案において、フィルタを形成する個々
の分割部分とは、多孔質炭化珪素焼結体よりなり、ま
た、シール材の材質としてはセラミック・ファイバー、
耐熱鋼繊維等の繊維状のものと、炭化珪素、窒化タング
ステン等のセラミックス・パウダーとの混合物からなる
シール材を使用することができる。そして、個々の分割
部分のガス通過孔の一方の端面は封孔された孔と開口の
ままの孔とが互いに隣接して市松模様状をなし、封孔さ
れた孔の他の端面は開口し、開口している孔の他の面は
封口してある。したがって、排気ガスは一方の端面の開
口されたガス通過孔より導入され、隔壁を通過して浄化
され他方の面の開口された貫通孔より排出されるもの
で、フィルタの分割部分の端面の大きさは約４０ｃｍ^２
〜３００ｃｍ^２であり、これをシール材を介して連結し
て先に規定した範囲内の大きさのフィルタになるように
組立て、内燃機関の排気側に連通するケーシング内に装
着する。

【００１５】本願考案を図面をもって具体的に説明す
る。図１は本考案にかかる排気ガス浄化装置の説明図、
図２はフィルタをシール材９によって互いに連結する構
造を説明する正面図、図３は本考案のフィルタの分割部
分で組み立てたフィルタの斜視図である。図１におい
て、排気ガス浄化装置１は金属性のケーシング２を備
え、そのケーシング２の通路２ａが内燃機関Ｅの排気管
Ｅａに接続されている。このケーシング２内には排出ガ
スを浄化するためのハニカム・フィルタ３が配設され、
そのハニカム・フィルタ３とケーシング２の通路２ａの
内壁との間にはセラミックファイバーまたはセラミック
ファイバー複合体からなる断熱支持体が充填されてい
る。また、排気ガス浄化装置１の内燃機関側に排気管の
同心円上に熱風を供給するバーナー７が設置されてい
る。

【００１６】図２はシール材９で連結した構造を説明す
るハニカム・フィルター３の正面図であり、図３は本考
案の分割部分で組み立てたフィルタの斜視図でフィルタ
断面の一方の辺をＡ、他方の辺をＢ、フィルタの長さ、
すなわち、ガス通過孔の長さをＣとする。ハニカム・フ
ィルター３は多孔質炭化珪素焼結体よりなる複数個の四
角柱状の分割部分８をシール材９によって互いに連結し
て四角柱状に形成されている。それぞれの分割部分８
は、軸線方向に平行に延びる多数のガス通過孔によって
ハニカム構造を呈し、各ガス通過孔の供給側及び排出側
の何れか一端が市松模様状に封口されている。そして、
ハニカム・フィルター３の各ガス通過孔の内面には白金
族元素やその他の金属元素及びその酸化物等からなる酸
化触媒が担持されている。したがって、内燃機関Ｅの排
気ガスがケーシング２の供給側からハニカム・フルター
３に導入されると、ガス通過孔の壁部によって排気ガス
中のパティキュレートが濾過されると共に酸化触媒によ
り酸化される。そして浄化された排気ガスがハニカム・
フルター３から排出される。

【００１７】

【実施例】次に実施例をもって具体的に本発明を説明す
る。

【００１８】実施例１ 内燃機関の排気側のケーシング内に装着するハニカムフ
ルターとして、端面の大きさが３ｃｍ×３ｃｍで長さが
２０ｃｍのフィルタの分割部分４０本を一辺に４個、他
の辺に１０個をシーリング材を介して連結して構成し
た。各辺の比Ａ：Ｂ：Ｃは１：０．４：０．５となる。
このようにして構成したフィルタを使用し、再生時パテ
ィキュレートを燃焼させても、特にフィルタ中心部等の
局部的な以上温度上昇がなく、その結果、耐久性の高い
排気ガス浄化装置が得られた。

【００１９】

【考案の効果】以上述べたように、本考案は、貫通孔に
よってハニカム構造をした多孔質体から成る四角柱状の
フィルタの複数個をシール材を介して連結して端面の大
きさ、及び、長さを特定の範囲になるように四角柱状の
フィルタを形成することによって、再生時、パティキュ
レートを燃焼除去する際局部的な異常温度上昇を防止す
ることができ、これによって耐久性の高い排気ガス浄化
装置を得ることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案にかかる排気ガス浄化装置の説明図

【図２】フィルタをシール材によって互いに連結する構
造の説明図

【図３】本考案で使用するハニカム・フィルターの斜視
図

【符号の説明】 １ 排気ガス浄化装置 ２ ケーシング ３ ハニカム・フィルタ ４ フィルタのエンジン側端面 ５ フィルタの排気側端面 ６ 排気管 ７ バーナー ８ 分割部分 ９ シール材

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気側に連通するケーシング
   内に、軸線方向に平行な多数のガス通過孔によってハニ
   カム構造体をした多孔質体から成る断面形状が四角柱状
   のフィルタの分割部分の複数個をシール材を介して連結
   して形成された四角柱状のフィルタを装着した排気ガス
   浄化装置において、形成されたフィルタの端面の一辺
   Ａ、他辺Ｂ及びフィルタの長さＣの各辺の比が、１．
   ０：０．２〜０．８：０．３〜５．０となることを特徴
   とする排気ガス浄化装置。