JP2600941B2 - ハニカムフィルタ装置 - Google Patents

ハニカムフィルタ装置

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JP2600941B2 JP1446890A JP1446890A JP2600941B2 JP 2600941 B2 JP2600941 B2 JP 2600941B2 JP 1446890 A JP1446890 A JP 1446890A JP 1446890 A JP1446890 A JP 1446890A JP 2600941 B2 JP2600941 B2 JP 2600941B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は例えばディーゼル車両から排出される排気ガ
ス中の微粒子を補集し、浄化するために用いられるハニ
カムフィルタ装置に関するものである。
〔従来の技術〕
従来この種のハニカムフィルタ装置としては、特公平
1−22449号公報に記載されたものがある。
これは、セラミック発泡フィルタを収容したケース
に、該フィルタの端面の上方を横切るようにして電極を
配意し、またケースの該部に他の電極を配置し、両電極
の間を多数の発熱抵抗体で架橋、接続するようにした構
成を有している。
そして、上記フィルタに排気ガスを通過させて排気ガ
ス中のカーボン等の微粒子を該フィルタにて捕捉し、ま
た該フィルタを再生する際には上記発熱抵抗体に通電
し、フィルタに捕捉された微粒子を燃焼させるようにし
ている。
しかしながら、従来のものでは、振動等により発熱抵
抗体が断線し易く、従って耐久性に劣るという難点があ
る。
かかる難点を解決するために、実公昭61−40893号公
報に記載されているように、発熱抵抗体をハニカムフィ
ルタの端面において貫通孔の開口部を封止する封止部内
に埋設する構成が提案されている。
この構成を具体的に述べると、貫通孔の開口部を封止
する封止部内に発熱抵抗体を封止するために、封止され
ていない開口部を部分的に遮りながら発熱抵抗体を該端
面に這わせ、そして封止部内に発熱抵抗体を埋設してい
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、上記従来(実公昭61−40893号公報)
のものでは、下記のごとき解決されない課題がある。
(a)発熱抵抗体が開口部を部分的に遮るため、ハニカ
ムフィルタに対する排気ガスの抵抗となる。
(b)開口部を部分的に遮った発熱抵抗体、即ち開口部
に露出する発熱抵抗体は、ハニカムフィルタの貫通孔を
隔離する隔壁に対して有効に熱を伝えず、従って効果的
に該フィルタの再生が行えないし、該フィルタの再生を
十分に行うには高電圧を必要とする。
(c)発熱抵抗体の配置に対して特別な配慮がされてお
らず、このため発熱抵抗体の長さに差を生じて発熱抵抗
体の抵抗値が部分的に異なる部分が発生し易く、均一な
発熱が達成できず、再生不良となる恐れがあり、また部
分的に電流の集中を起き、発熱抵抗体の断線を招く。
本発明は上記の点に鑑みて案出されたものであって、
その目的とするところは、ハニカムフィルタの貫通孔を
隔離する隔壁に対して発熱抵抗体の熱を効果的に伝達
し、しかも低電圧でかかる効果を達成できるようにし、
また発熱低抗体の均一な発熱が得られ、かつ該発熱抵抗
体の断線を防ぐことのできるハニカムフィルタ装置を提
供しようとするものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は上記の目的を達成するため、ハニカム構造体
の多数の貫通孔の一つ置きの開口部が封止部により封止
されたハニカムフィルタと、該ハニカムフィルタの端面
側に、前記封止部が前記開口部を介することなく連続し
て配列する方向に対して交差する方向に配置された電極
と、前記ハニカムフィルタの外周側に配置された電極
と、前記封止部が前記連続して配置された方向における
該封止部に埋設され、かつ前記両電極間に架橋、接続さ
れた多数の発熱抵抗体と、を具備したという手段を採用
したものである。
また、多数の発熱抵抗体の抵抗値は各々同じに設定し
てもよい。
また、ハニカムフィルタの端面側に配置された電極に
熱応力緩和手段を設けてもよい。
更に、両電極にピンを設け、該ピンをハニカムフィル
タの貫通孔に固定することにより、該両電極をハニカム
フィルタに直接固定してもよい。また、発熱抵抗体の、
封止部による埋設部分に近接する位置に、該発熱抵抗体
の温度を検出する温度センサを配置してもよいし、両電
極が、ハニカムフィルタの端面に一体化されていてもよ
い。
〔作用〕
ハニカムフィルタの封止部に多数の発熱抵抗体を該封
止部に埋設してあって、開口部を遮ることがないため、
フィルタに対する排気ガスの通過抵抗に影響を及ぼすこ
とがない。
発熱抵抗体の熱は開口部を通る排気ガスに運び去られ
ることなくフィルタの隔壁に伝達することができ、従っ
てフィルタの再生を効果的に達成できる。
このため、発熱抵抗体に対する電圧を高くする必要が
なくなる。
また、該発熱抵抗体の両端はフィルタの端面側に、封
止部が開口部を介することなく連続して配列する方向に
対して交差する方向に配置された電極とフィルタの外周
側に配置された電極との間に架橋、接続され、しかも該
発熱抵抗体は封止部に埋設した構成であるため、両電極
の配置構成と発熱抵抗体の埋設構成とが相まって多数の
発熱抵抗体の長さ、つまり抵抗値を両電極間で均等にで
き、従ってフィルタに対して均一な発熱を構成できる。
更に、電極に設けた熱応力緩和手段によって、電極に
作用する熱応力を緩和することができるため、該電極に
接続された発熱抵抗体の変形を防止して断線を回避する
ことが可能となる。
また、電極に設けたピンにより、確実に該電極をフィ
ルタに固定できる。
更に、温度センサによって発熱抵抗体の温度を検出で
き、この検出温度の結果に基づいて発熱抵抗体の温度制
御が可能となる。
〔実施例〕
以下、本発明を図に示す実施例について説明する。第
1図〜第8図の第1実施例において、1はコージェライ
ト製のハニカムフィルタであって、該ハニカムフィルタ
1は軸方向に多数の貫通孔1aを有しており、該貫通孔1a
の開口部は一つ置きに封止部1cにより封止されている。
この結果、該フィルタ1内に貫通孔1aを経て流入した排
気ガスは、上記貫通孔1aを隔てている隔壁1bを通過して
隣の貫通孔1a内に流出し、該隔壁1bにて排気ガス中の微
粒子が捕捉される。
ハニカムフィルタ1の全周囲にはステンレス製のワイ
ヤネット10が巻装され、かつフィルタ1はワイヤネット
10を介してステンレス製のケース2内に圧入されてい
る。
また、フィルタ1の一端面側においては、セラミック
製のシール部材11が圧入されている。該シール部材11は
フィルタ1内を通過する排気ガスの熱によって膨張する
特性を有しており、かかるシール部材11よりフィルタ1
とケース2との間はシールされ、排気ガスの全てがフィ
ルタ1内を通過する。
フィルタ1の一端側は上記ケース2の一端に形成され
た円弧状の座部2aに載置されたエンドクッション17aを
介して当接している。一方、フィルタ1の他端側はケー
ス2の他端側に配置したエンドクッション17bに当接し
ており、該エンドクッション17bは、ケース2の他端側
に固定したフィルタ押さえ部材20によりその位置が固定
されている。かかるエンドクッション17aおよびエンド
クッション17bにより、フィルタ1の軸方向の動きが規
制されている。
上記ケース2の一端側には、フィルタ1の排気ガス出
口側端面の上方にて該端面を半径方向に均等に二分割す
る位置にて棒状のマイナス電極4が張設してある。該電
極4の一端はケース2に直接溶接されており、他端は該
電極4が熱膨張した際にその膨張分を逃がすようにする
ために、ケース2にネジ止め固定したプレート7とケー
ス2との間に挟持されている。
一方、ケース2の一端側にはフィルタ1の排気ガス入
口端面の外周領域の上方にて4箇所略L字形状のプラス
電極5が固定されている。かかる固定構造は、例えばア
ルミナ製の一対の碍子23および銅製のワッシャ22を介し
てスクリュウ24にて電極5を直接ケース2にねじ込み固
定してある。電極5はケース2に固定された金属カバー
31により電気的に保護されている。
また、電極5はボルト状の外部電極12に溶接され、該
外部電極12はアルミナ製の碍子13および耐熱ガスケット
14を介してケース2を挟み、ナット16を締めつけて該ケ
ース2に固定されている。
外部電極12はリード線15に接続され、該リード線15は
図示しない電気制御回路部に接続されている。外部電極
12とリード線15との接続部は、ケース2に図示しないス
クリュウにて固定された金属製の電極カバー18で保護さ
れており、カバー18とリード線15との間にはゴム製のブ
ッシュ28を介在せしめてある。
フィルタ1の排気ガス出口側端面には多数の発熱抵抗
体3が配置されている。該発熱抵抗体3はフィルタ1の
格子(前記隔壁1b)の対角線方向つまり貫通孔1aの開口
部を介することなく連続して封止部1cが配列する方向で
均等に4分割した領域に同一パターンで1列置きの封止
部1cに埋設されている。なお、埋設形態としてはその封
止部1c内にてフィルタ1の軸方向に伸びる矩形波状とし
てあり、かつ隔壁1bの交差部を這わせてある。
発熱抵抗体3は格子の対角線方向に延在していて、各
発熱抵抗体3は平行に並んでいる。また、各発熱抵抗体
3はその全てが同一抵抗値となるよう同一長さとしてあ
り、そのためフィルタ1の外周部分の発熱抵抗体は屈曲
した形状となっている。
なお、参考までに、発熱抵抗体3の埋設深さは約5〜
15mmの間で調整され、例えば車両電源12Vの場合は5mmで
抵抗値は1.5Ω程度とするのが発熱量、即ち再生効率の
観点からよい。この抵抗値を得るにはフィルタ1の直径
が200mm、貫通孔1aが100メッシュの場合、発熱抵抗体3
の線径は0.6mm、埋設数26とする。
ところが、4分割パターンとされた各パターン毎の発
熱抵抗体3の一端は1つの電極4に溶接、接続され、ま
た他端は4つの電極5の各々に溶接、接続されている。
なお、各発熱抵抗体3の電極4との接続部を覆うように
して金属カバー26がスクリュウ27により電極4に固定さ
れている。
上記マイナス電極4に隣接して且つ平行に2本のサー
モカップルステー9がケース2に張設してある。該ステ
ー9には熱電対30のシース30aが支持されており、該熱
電対30は上記発熱抵抗体3の4分割パターンに対応させ
て4本あり、該熱電対30のシース30aは、各々発熱抵抗
体3の4分割パターンの領域内の中心部において、フィ
ルタ1の貫通孔1aの1つを封止して該封止部に埋設され
ている。
該各シース30aは公知の締結金具31を介してケース2
の外部に固定されており、かつケース2の外周に固定さ
れたステー32に支持されている。なお、各シース30aか
らは補償導線30bが導出され、該補償導線30bは図示しな
い電気制御回路部に接続されている。
上記構成において、次に本発明になるハニカムフィル
タ装置の作動について説明する。
図中の矢印のA方向からの排気ガスはフィルタ1の多
数の貫通孔1aを通ってフィルタ1内に流入し、該貫通孔
1a同士を隔てる隔壁1bを通過して隣の貫通孔1a内に流出
する。この過程で排気ガス中のカーボンを主体とする微
粒子は隔壁1bの表面に捕捉され、フィルタ1から流出す
る排気ガス中の微粒子の量は低減される。
ところが、かかる微粒子の捕集の繰り返しによってフ
ィルタ1の再生を必要とする時期に達した時点で、図示
しない反転装置によりフィルタ1の発熱抵抗体3側から
矢印Bのごとく2次空気を供給する。また、電極4と4
つの電極5との間に電圧を印加する。これにより、4分
割パターンの発熱抵抗体3の全体が発熱し、その熱によ
りフィルタ1に捕集された微粒子が着火、燃焼し、フィ
ルタ1が再生される。
なお、4分割パターンの発熱抵抗体3の個々を選択的
に通電するには4つの電極5に対する電圧の印加を選択
すればよい。
このような再生を達成するためにはフィルタ1の端面
を約800℃以上に加熱する必要がある。発熱抵抗体3は
その材質の種類によって異なるものの約1000℃〜1300℃
の融点を有するため、過度に温度を上げると発熱抵抗体
3の溶断を招く。
しかるに、上記実施例では最も温度の上昇する箇所に
発熱抵抗体3と略同じ深さで熱電対30を埋設し、該熱電
対30で検知した温度信号により発熱抵抗体3の発熱量を
制御するようにしてあるため、過熱による発熱抵抗体3
の断線が防止される。
発熱抵抗体3の埋設パターンは再生効率を大きく左右
する重要な要素である。因みに、フィルタ1の封止部1c
の数に対して発熱抵抗体3の埋設率を変化させて実験し
たところ、埋設率を上げる程、均一で着火可能温度にフ
ィルタ1を加熱する際の発熱抵抗体3の1本当たりの電
流値が低くなる結果を得た。例えば、埋設率25%で8A、
50%で6A、100%で4Aであった。
発熱抵抗体3への通電量が増加すると、過熱による溶
断の危険性が高くなるため、埋設率は50%以上、かつフ
ィルタ1の封止部1cに対し等しい長さで埋設する必要が
ある。このため、75%、100%は埋設パターンが複雑と
なるので、50%の埋設率で部分的過熱を避ける意味でフ
ィルタ1の端面に対する発熱抵抗体3の密度が等しく、
かつ各発熱抵抗体3の長さを等しくなるようなパターン
がよい。
本実施例ではフィルタ1の中央寄りに電極4を配置す
ることで直径200mm〜250mm程度のフィルタ1であっても
12Vの印加電圧で約800℃までフィルタ1を加熱できる発
熱抵抗体3の抵抗値とすることができるのである。
ただ、かかる構成によると、フィルタ1の中央寄りに
配置した電極4は冷熱サイクル(温度差約800℃程度)
を受けるため、非常に大きな熱応力が作用することにな
る。
しかるに、本実施例によれば、電極4の一端はケース
2に溶接、接続されているが、他端はプレート7により
ケース2との間で挟んだ構成、所謂片持ち支持としてあ
るため、電極4の他端がスライドすることにより、該電
極4の固有振動数を下げることなく上記の熱応力を逃が
すことができる。
それ故、熱応力により発熱抵抗体3が変形して断線す
るのを回避できる。
一方、発熱抵抗体3はフィルタ1の封止部1cに埋設し
た構成であるため、フィルタ1に対して発熱抵抗体3が
一体化された形態となり、従ってこの点からも発熱抵抗
体3の断線を回避できる。
なお、電極4は断面コ字状であるとともに、カバー26
を組み合わせた構成であるため、軽量で断面2次モーメ
ントが大きく、固有振動数を高めるようにしている。ま
た、カバー26の存在により、電極4と発熱抵抗体3との
溶接部の温度変化を緩和し、該溶接部に対する熱応力の
作用を回避しているとともに、通電時に該溶接部が過熱
しないようにヒートシンクの役目を果たしている。
第9図〜第11図は電極4の熱応力緩和手段の他の例を
示すものである。これについて、説明する。第8図は電
極4の中央を断面U字状に、フィルタ1方向へ屈曲せし
めたものである。この実施例によれば、断面U字状部分
の伸び縮みによって電極4に加わる熱応力を緩和するこ
とができる。
第10図および第11図は電極4の両端をケース2に溶
接、接続し、かつ該電極4を中央で2分割し、その分割
面において、ピン部4aと該ピン部4aが摺動自在に嵌合す
る摺動孔4bとを形成し、また該摺動作用が行われるよう
に、電極4とカバー26とを固定するスクリュウ27の挿通
用の穴4cを長穴としてある。かかる構成によっても電極
4に加わる熱応力を緩和することができる。
第12図〜第15図は電極4、5をフィルタ1の端面上に
直接、配置してフィルタ1と電極4、5とを一体的なも
のとした本発明の第2実施例を示すものである。
これについて説明すると、マイナス電極4はリング状
に形成してあり、該電極4の対向する2箇所にはピン33
がストッパリング34により抜け止めした状態で固定され
ている。
該ピン33をフィルタ1の貫通孔1a内に挿入して該貫通
孔1a部分を封止剤により固定することで電極4がフィル
タ1の外周に固定される。
一方、プラス電極5は断面角柱状に形成されており、
該電極5には電極4と同様な構成で両端にピン33が固定
されている。電極5はフィルタ1の端面を均等に2分割
する位置においてそのピン33をフィルタ1の貫通孔1a内
に挿入して該貫通孔1a部分を封止剤により固定すること
で電極5がフィルタ1の中央部に固定される。
発熱抵抗体3の一端は電極4の上面を取り巻くように
L字状に屈曲されて該上面に金属製のカバー35を介して
溶接、接続されている。これにより、電極4は発熱抵抗
体3の一端とフィルタ1の端面との間で挟持された状態
となる。なお、カバー35は溶接時に発熱抵抗体3の異常
加熱を防ぐために用いたものであり、必ずしも必要な
い。
また、発熱抵抗体3の他端を電極5の上面を取り巻く
ようにL字状に屈曲されて該上面に溶接、接続されてい
る。これにより、電極5は発熱抵抗体3の一端とフィル
タ1の端面との間で挟持された状態となる。
上記のように、電極4、5を一体化したフィルタ1は
第12図のごとくケース2内に収容される。即ち、ケース
2は2分割タイプとしてあり、中央の円筒部2aとその両
端のコーン部2bとにより構成してある。フィルタ1はエ
ンドクッション17a、17bおよびワイヤネット10を介して
ケース2の円筒部2aに収容されており、またセラミック
製のシール部材11により排気ガスの全てがフィルタ1を
通過する。
上記電極5はリード線15aを介してボルト状の外部電
極12に接続されている。なお、電極5とリード線15aと
は溶接にて接続され、またリード線15aと外部電極12と
は溶接にて接続されている。外部電極12はアルミナ製の
碍子13、銅製のガスケット14を介してケース2にナット
16により固定されている。リード線15aはケース2のコ
ーン部2bに溶接、固定された金属カバー36により保護さ
れている。
なお、外部電極12はリード線15bに溶接、接続され、
該リード線15bは図示しない電気制御回路部に接続され
ている。外部電極12とリード線15bとの接続部を保護す
るため、金属製のカバー18がケース2に溶接、固定さ
れ、該カバー18とリード線15bとの間はゴムブッシュ28
によりシールされている。
電極4はケース2の内面に直接に接触して該ケース2
と電気的に導通しており、ケース2の1箇所にて溶接に
てケース2に固定されている。
フィルタ1の略中央部分の一つの貫通孔1aには熱電対
30のシース30aの先端が挿入され、該挿入部は封止部1c
にて封止されている。
該熱電対30はケース2の外部に引き出され、上記電気
制御回路部に接続されている。
本発明は上記実施例に限定されることなく、次のごと
く種々の変形が可能である。
(1)発熱抵抗体3はニクロム線により構成したが、カ
ンタル線等の他の金属製であってもよいし、また例えば
炭化珪素等の導電性のセラミック材料により構成しても
よい。
(2)発熱抵抗体3の配置パターンは種々変形可能であ
り、要は両電極4、5間を架橋、接続するに際して抵抗
値が略同じとなるようにすればよく、例えばフィルタ1
の外周部分で屈曲せずに直線状にしてもよい。この場
合、直線状であるため、この部分は他の部分に比べて線
径を細くすればよい。
(3)電極4または電極5と発熱抵抗体3との接続部に
おいては、第16図〜第18図のように、発熱抵抗体3を屈
曲した構成にしてもよい。これにより、電極4、5が熱
膨張した際に発熱抵抗体3に応力が加わるのを回避する
ことができる。
(4)第14図におけるピン33は廃止してもよい。
(5)フィルタ1の材質はセラミック製に限らず、例え
ば金属製であってもよい。
(6)上記各実施例においては、排気ガス中の微粒子を
フィルタ1にて捕捉する際には矢印A方向に排気ガスを
流し、フィルタ1の再生時には2次空気を矢印B方向に
流すように設定したが、例えば再生時においても2次空
気を捕捉時と同方向に流しても勿論よい。
(7)フィルタ1の貫通孔1aの形状、封止部1cの配列パ
ターンは第19図(a)〜(d)のごとくであってもよ
い。
(8)本発明は車両の内燃機関から排出される排気ガス
中の微粒子を捕捉するものに限定されるものではなく、
種々の燃焼機構から排出される排気ガス中の微粒子を捕
捉するものに広く適用できることは勿論である。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明によれば、発熱抵抗体の熱
を効果的にフィルタの隔壁に伝達でき、かつ均一な発熱
がえられるため、低電圧で効果的にフィルタの再生が可
能となる。
また、電流の集中を回避することが可能となるので、
発熱抵抗体の断線回避できる。
さらに、発熱抵抗体の温度制御が可能となり、発熱抵
抗体の一層の断線を回避できる。
また、電極と発熱抵抗体とをフィルタに一体化できる
ので、例えばケース内に収容する際の組付け性が向上す
る。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第8図は本発明の第1実施例を示すもので、第
1図(a)は発熱抵抗体のフィルタに対する配置パター
ンの例を示す模式的平面図、第1図(b)は第1図
(a)の一部分を拡大して示す平面図、第1図(c)は
第1図(b)のI−I断面図、第2図はフィルタを含め
た装置を示す部分断面平面図、第3図は第2図のIII−I
II断面図、第4図は第3図の要部を拡大して示す断面
図、第5図はプラス電極の固定構成を拡大して示す断面
図、第6図はマイナス電極の固定構成を拡大して示す断
面図、第7図はマイナス電極と発熱抵抗体との接続部分
を拡大して示す断面図、第8図は第7図のVIII−VIII断
面図、第9図および第10図は本発明の第1実施例の変形
例を示す断面図、第11図は第10図のXI−XI断面図、第12
図〜第15図は本発明の第2実施例を示すもので、第12図
は全体構成を示す断面図、第13図は第12図のXII−XII部
を拡大して示す断面図、第14図はフィルタに対する電極
の配置構成を示す平面図、第15図はマイナス電極の固定
構成を拡大して示す断面図、第16図および第17図は第1
実施例および第2実施例に対する変形例を模式的に示す
正面図、第18図は第17図の斜視図、第19図(a)〜第19
図(d)は本発明におけるフィルタの貫通孔の形状およ
び封止部の配列パターンの他の例を説明する平面図であ
る。 1……フィルタ,1a……貫通孔,1c……封止部,3……発熱
抵抗体,4,5……電極,7……プレート,33……ピン。

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ハニカム構造体の多数の貫通孔の一つ置き
    の開口部が封止部により封止されたハニカムフィルタ
    と、該ハニカムフィルタの端面側に、前記封止部が前記
    開口部を介することなく連続して配列する方向に対して
    交差する方向に配置された電極と、前記ハニカムフィル
    タの外周側に配置された電極と、前記封止部が前記連続
    して配置された方向における該封止部に埋設され、かつ
    前記両電極間に架橋、接続された多数の発熱抵抗体と、
    を具備したことを特徴とするハニカムフィルタ装置。
  2. 【請求項2】前記多数の発熱抵抗体の抵抗値は各々同じ
    に設定されていることを特徴とする請求項第1項記載の
    ハニカムフィルタ装置。
  3. 【請求項3】前記ハニカムフィルタの端面側に配置され
    た前記電極は、熱応力緩和手段を備えていることを特徴
    とする請求項第1項または第2項何れか記載のハニカム
    フィルタ装置。
  4. 【請求項4】前記両電極にピンが設けてあり、該ピンを
    前記ハニカムフィルタの貫通孔に固定することにより、
    該両電極が前記ハニカムフィルタに直接固定されている
    ことを特徴とする請求項第1項〜第3項何れか一つに記
    載のハニカムフィルタ装置。
  5. 【請求項5】前記発熱抵抗体の、前記封止部による埋設
    部分に近接する位置に、該発熱抵抗体の温度を検出する
    温度センサを配置したことを特徴とする請求項第1項〜
    第4項何れか記載のハニカムフィルタ装置。
  6. 【請求項6】前記両電極が、前記ハニカムフィルタの端
    面に一体化されていることを特徴とする請求項第1項〜
    第5項何れか記載のハニカムフィルタ装置。
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