JP3164833B2 - バーナー加熱型ハニカムフィルタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の排気ガスを浄
化するバーナー加熱型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、ディーゼルエンジン等の内燃機関
の排気ガス中に混在する煤を除去する方法としては、ハ
ニカム状に形成された多孔質焼結体製のフィルタをエン
ジンの排気側に接続し、このフィルタによって排気ガス
中の煤を捕集した後、加熱することにより煤を燃焼させ
る方法が提案されている。一般に煤の燃焼に際しては、
例えばフィルタの流入側にバーナーを設け、このバーナ
ーによってフィルタを煤の着火温度（６００℃程度）ま
で加熱する必要がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
バーナー加熱型ハニカムフィルタの加熱の際には、フィ
ルタの流入側端部の中心部分が加熱されるため、フィル
タの流入側と流出側、及びフィルタの中心と外周とで温
度差が生じ易い。この温度差によって軸線方向または円
周方向には応力が発生するが、多孔質炭化珪素焼結体で
構成された通常サイズ（長さ１３０mm、外径：１４０m
m）のフィルタではこの程度の応力に耐えうる機械的強
度を有しており、構造に対する影響は特にない。

【０００４】しかし、ハニカムフィルタの全長及び直径
が大きくなると、バーナーによりガス流入側端部が加熱
されたとき、ハニカムフィルタの両端部間の温度差が大
きくなる。特に長さが１５０mm以上の場合には、この温
度差が４００℃以上になり、軸線方向の応力が増大して
クラックが発生し、ハニカムフィルタが破損するという
問題がある。

【０００５】本発明は上記の問題点に鑑みて成されたも
のであり、その目的は、再生処理中におけるハニカムフ
ィルタ各部分の温度差を減少させることで、従来のフィ
ルタよりも大型であるにも関わらずクラックの発生に起
因する破損を未然に防止し得るハニカムフィルタを提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、内燃機関の排気側に連通するケーシング内
に配置されると共に、その軸線方向に延びる複数のセル
を有し、バーナーの加熱により内燃機関の排気ガスを浄
化するハニカムフィルタにおいて、排気ガス流入側にて
開口すると共に、ハニカムフィルタの軸線方向に延び、
かつ排気ガス流出側にて閉塞され、更にハニカムフィル
タのセルよりも大きな断面積を有する中空部を設け、前
記中空部の深さは前記ハニカムフィルタの全長の１／２
以上であり、更に前記中空部の排気ガス流出側端部から
その軸線方向へ連続に延びる複数のセルを設けている。

【０００７】

【作用】ハニカムフィルタに設けられた中空部内周面が
加熱されることにより、軸線方向における排気ガス流入
側と流出側との温度差が小さくなる。従って、軸線方向
の応力が減少し、クラックの発生が未然に防止される。
前記中空部の深さは、前記ハニカムフィルタの全長の１
／２以上であることが望ましい。この深さがハニカムフ
ィルタの全長の１／２未満であると、フィルタの排気ガ
ス流出側には被加熱部分である中空部が存在しないこと
になる。従って、バーナーの熱がフィルタ流出側まで充
分に伝達されず、流入側と流出側との温度差が効果的に
減少されない。

【０００８】また、前記中空部の内径は、前記ハニカム
フィルタの直径の１／１０〜２／３の範囲であることが
望ましい。この内径がフィルタの直径の１／１０未満で
あると、被加熱部分である中空部内面の面積が小さいた
め、排気ガス流入側と流出側との温度差を減少させるこ
とができない。一方、フィルタの直径の２／３を越える
と、充分な濾過面積をフィルタに確保することができず
煤をトラップする効率が落ちる。また、フィルタの機械
的強度が低下して破損し易くなる。

【０００９】

【実施例】以下に本発明を具体化した実施例について、
図面を参照しながら詳しく説明する。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が内燃機関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
内燃機関Ｅから放出される排気ガスを浄化するためのハ
ニカムフィルタ３が配設されている。また、ハニカムフ
ィルタ３のガス流入側には再生処理用のバーナー４が設
けられている。

【００１０】図２及び図３に示すように、本実施例のハ
ニカムフィルタ３は炭化珪素焼結体によってハニカム状
に形成され、円柱状の形状（長さ２５０mm、直径１４０
mm）を呈している。フィルタ３の中心部分の軸線方向に
は、排気ガス流入側にて開口されかつ流出側にて閉塞さ
れる中空部５が形成されている。この中空部５の深さは
フィルタ３全長の約９／１０（２３０mm）に設定される
と共に、その内径はフィルタ３直径の１／７（２０mm）
に設定されている。

【００１１】また、フィルタ３の軸線方向には、前記中
空部５より小さな断面積を有する複数の連通孔６が形成
されている。各連通孔６の排気ガス流入側及び流出側の
何れかの端部には、多孔質焼結体からなる厚さ５mmの封
止片７が配置されている。この封止片７によって、流入
側または流出側の何れかに開口するセル８ａ，８ｂが形
成されている。尚、前記中空部５をハニカムフィルタ３
に貫通形成することなく、その中空部５の排気ガス流出
側端部からその軸線方向へ連続に延びる複数のセル８ａ
が形成され、流出側開口は封止片７によって閉塞されて
いる。

【００１２】従って、図３に示すように流入側に開口す
るセル８ａ側に導入された排気ガスは、各セル８ａ，８
ｂ間に位置する内壁９を介して、流出側に開口する隣接
のセル８ｂ側に排出される。この時、煤のみがセル８
ａ，８ｂの内壁９面にトラップされることで、排気ガス
の浄化が行われる。フィルタ３に所定量の煤がトラップ
されるとバーナー４が点火され、ハニカムフィルタ３の
加熱が開始される。そして、ハニカムフィルタ３内の煤
が燃焼され、ハニカムフィルタ３が元の状態に再生され
る。

【００１３】以上のように形成されたハニカムフィルタ
３をディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置１に適用し
て、７５０〜８００℃で１０分間の条件でバーナー４に
よる加熱処理を行った。そして、バーナー４点火直後
（１分後）におけるフィルタ３の流入側及び流出側の温
度（℃）を測定すると共に、加熱処理によるクラックの
発生状態を観察した。その結果を表１に示す。更に、実
施例と同材料かつ同サイズであって、上述の中空部５の
みが形成されていないハニカムフィルタを比較例として
用い、同様の測定及び観察を行った。その結果を表１に
示す。

【００１４】

【表１】

【００１５】表１から明らかなように、バーナー４点火
直後にフィルタ３の流入側の温度を測定したところ共に
７００℃であり、実施例及び比較例では特に差は見られ
なかった。流出側の温度を測定した結果、実施例及び比
較例ではそれぞれ４００℃，１５０℃を示し、実施例の
方が比較例より高い温度になることがわかった。この
時、実施例における流入側と流出側との温度差は３００
℃となり、一般的にクラックが発生する温度差（４００
〜５００℃）よりも小さくなった。一方、比較例ではこ
の温度差は５５０℃となり、上記の温度差よりも大きく
なった。

【００１６】また、１０分間加熱した後にフィルタ３を
取り外してクラックの発生状態を観察する操作を１０回
行ったところ、実施例ではクラックは全く認められなか
った。ところが、比較例では軸線方向にクラックが発生
して、フィルタが破損しているのが認められた。実施例
と比較例との間でこのような差が生じた理由としては、
バーナー４の点火時に加熱される中空部５の有無に関係
している。即ち、中空部５内周面が加熱されることで熱
がフィルタ３の各部分に充分伝達されて、軸線方向にお
ける排気ガス流入側と流出側との温度差が減少して、そ
れに伴って応力も減少するからである。尚、中空部５の
深さ及び内径を本実施例のように設定することにより、
一定の濾過面積及び機械的強度をフィルタ３に確保しつ
つ、各部分の温度差を効果的に減少させることが可能に
なる。また、前記中空部５を設けることによりフィルタ
３全体を大型化でき、その上限は長さ５００mm、外径３
００mmである。

【００１７】尚、本発明は前記実施例のみに限定される
ことなく、発明の範囲を逸脱しない範囲内で以下のよう
な態様に変更することが可能である。例えば、 （ａ） 本実施例のようにフィルタ３中央部に一つの中
空部５を形成する代わりに、内径の小さい複数の中空部
を設けてもよい。但し、これら中空部の内径はセルの内
径よりも大きい。 （ｂ） 図２に示すように、フィルタ３の特定部分に対
する応力の集中を避けるために、本実施例では中空部５
を断面円形状にしている。しかし、応力集中が起こらな
い形状であれば特に円形状である必要はなく、楕円等の
任意の形状にすることが可能である。 （ｃ） 本実施例のハニカムフィルタ３は炭化珪素焼結
体を使用するものであるが、これに代えてコージエライ
トを用いてもよい。前記材料からなるハニカムフィルタ
３はバーナー４燃焼時の着火性に優れており、速やかな
煤の燃焼が可能になる。

【００１８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のバーナー
加熱型ハニカムフィルタによれば、ハニカムフィルタと
しての濾過効率及び機械的強度を確保しつつ、再生処理
中におけるハニカムフィルタ各部分の温度差が減少さ
れ、従来のフィルタより大型であるにも関わらずクラッ
クの発生に起因する破損を未然に防止し得るという優れ
た効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明を具体化した一実施例におけるハニ
カムフィルタの装着状態を示す部分正断面図である。

【図２】 図１のハニカムフィルタの拡大左側面図であ
る。

【図３】 図２のハニカムフィルタのＡ−Ａ線における
断面図である。

【符号の説明】

２ ケーシング、３ ハニカムフィルタ、４ バーナ
ー、５ 中空部、８ａ，８ｂ セル、Ｅ 内燃機関。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01D 46/00 302 B01D 46/42 F01N 3/02 F23J 15/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関（Ｅ）の排気側に連通するケー
   シング（２）内に配置されると共に、その軸線方向に延
   びる複数のセル（８ａ，８ｂ）を有し、バーナー（４）
   の加熱により内燃機関（Ｅ）の排気ガスを浄化するハニ
   カムフィルタ（３）において、排気ガス流入側にて開口
   すると共に、ハニカムフィルタ（３）の軸線方向に延
   び、かつ排気ガス流出側にて閉塞され、更にハニカムフ
   ィルタ（３）のセル（８ａ，８ｂ）よりも大きな断面積
   を有する中空部（５）を設け、前記中空部（５）の深さ
   は前記ハニカムフィルタ（３）の全長の１／２以上であ
   り、更に前記中空部（５）の排気ガス流出側端部からそ
   の軸線方向へ連続に延びる複数のセル（８ａ）を設けた
   ことを特徴とするバーナー加熱型ハニカムフィルタ。
2. 【請求項２】 前記中空部（５）の内径は、前記ハニカ
   ムフィルタ（３）の直径の１／１０〜２／３の範囲であ
   る請求項１記載のバーナー加熱型ハニカムフィルタ。