JP3196862B2 - パティキュレート捕集用トラッパ - Google Patents

パティキュレート捕集用トラッパ

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照高 影山
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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中
に含まれるパティキュレートを捕集するトラッパに関す
るもので,特にフィルタ再生用のヒータの構造に関す
る。
【0002】
【従来技術】自動車等の内燃機関,特にディーゼル機関
の排気ガス中には,カーボンを主成分とする排気微粒子
(パティキュレート)が含まれており,排気黒煙の原因
となっている。環境保護の観点から,このパティキュレ
ートは除去することが望ましく,近年,ディーゼル機関
の排気通路にセラミック製のパティキュレートフィルタ
(以下単にフィルタという)を配設し,ディーゼルパテ
ィキュレートをこのフィルタによって除去することが提
案されている。
【0003】そして,パティキュレートが所定量捕集さ
れると,上記フィルタを排気通路から切り離し,電気式
ヒータ等により,捕集されたパティキュレートに着火す
る。同時に,エアポンプからパティキュレート燃焼用空
気を供給して,フィルタのパティキュレートを燃焼す
る。
【0004】このようにして,フィルタは再生処理が行
われ,パティキュレートを良好に捕集できるよう維持さ
れている。図15に示すように,上記パティキュレート
のトラッパ90は円筒形の形状を有しており,排気ガス
91はその一方の軸端面901から流入し,他の軸端面
902から流出する(特開平3−258910号公報参
照)。
【0005】トラッパ90の中心部にはフィルタの軸方
向に向かって貫通する多数の小孔92を有するハニカム
フィルタ10が形成されており,該小孔92はその入口
部又は出口部のいずれかを封止部材93で閉塞してあ
る。該封止部材93は互いに隣り合った小孔92間では
異なった取付位置となるように交互に入口又は出口に取
付けられている。そのため,排気ガス91は図15に示
すように上記小孔92間を移行しながらフィルタ中を通
過する。
【0006】また,再生処理用の電熱ヒータ20,95
は,ハニカムフィルタ10の外周面101に設けられる
他トラッパ90の入口の軸端面901にも設けられるこ
とが多い。そして,トラッパ90の外周面を覆うケース
15とハニカムフィルタ10との間には外周面のヒータ
をシールするシール材94が設けられている。
【0007】
【解決しようとする課題】しかしながら,上記従来のパ
ティキュレート捕集用のトラッパには次のような問題が
ある。電熱ヒータ20,95は再生処理のため間欠的に
通電され熱膨張をくり返す。しかし,ハニカムフィルタ
10の外周面101に配設された電熱ヒータ20(以下
単に電熱ヒータという)はシール材94によってケース
15とハニカムフィルタ10の間にシールされており,
空間を自由に膨張することができない。そのため,例え
ば図16に示すような曲がりと変形を引き起こす。
【0008】このため,電熱ヒータ20は熱膨張による
応力を受ける他に,ヒータ抵抗が変化し,ハニカムフィ
ルタ10の加熱温度の変化と温度分布の変化をもたらす
という問題がある。そして,最悪の場合には変形により
ヒータの導体間で短絡を起こすということもある。本発
明は,かかる従来の問題点に鑑み,電熱ヒータの変形を
防止して安定したヒータ加熱を行ない,フィルタの良好
な再生処理を行うことのできるパティキュレート捕集用
のトラッパを提供しようとするものである。
【0009】
【課題の解決手段】本発明は,筒状のハニカムフィルタ
と,該ハニカムフィルタの外周面に配設され,ハニカム
フィルタの軸端部と軸端部との間を往復するようにつづ
ら折りに配線された電熱ヒータと,外周面を覆うケース
と,該ケースと上記ハニカムフィルタとの間に配設され
上記電熱ヒータを外気からシールするシール部材と,該
シール部材と上記ハニカムフィルタとの間に設けられ,
上記電熱ヒータをハニカムフィルタとの間に挟持し,こ
れを遊嵌状態に収容する溝の付いたスペーサを有するパ
ティキュレート捕集用のトラッパであって,上記シール
部材は,つづら折りに配線された上記電熱ヒータの片側
の折り返し点をすべて含むように,該電熱ヒータの片端
部を密着封入しており,一方,上記スペーサは,上記シ
ール部材に密着封入されていない上記電熱ヒータの残部
を遊嵌状態に収容していることを特徴とするパティキュ
レート捕集用のトラッパにある。
【0010】本発明において,最も注目すべきことは,
ハニカムフィルタとケースとの間に設けたシール部材に
よって電熱ヒータをシールすると共に,シール部材と電
熱ヒータとの間に溝付のスペーサを設けて,該溝中に電
熱ヒータを遊嵌状態に収容したことである。そして,電
熱ヒータの片側の端部は,上記溝中に収容せず,シール
部材によって密着封入するようにしてある。
【0011】即ち,電熱ヒータの片側の折り返し点を含
む端部は,シール部材によって密着封入されているのに
対し,反対側の折り返し点を含む電熱ヒータの残部はス
ペーサの溝中に遊嵌状態に収容されている。なお,電熱
ヒータにおける両軸端間の折り返し点間の軸方向距離
0に対する,シール部材に密着封入された上記片端部の
軸方向の封止長Lの比率L/L0は10〜30%の間に
あることが好ましい。
【0012】上記封止長Lが上記10%より小さいと,
電熱ヒータのハニカムフィルタへの固定状態が弱くな
り,又シール性の信頼度に欠ける恐れがある。一方,上
記封止長Lが30%より大きい場合,シール部材中に封
入された電熱ヒータは伸縮が自由ではないから,その部
分において電熱ヒータに変形が生ずるおそれがある。
【0013】また,シール部材及びスペーサは熱容量の
小さいアルミナ,シリカを成分とするセラミックファイ
バー等の材料によって構成されることが好ましい。熱容
量が大きいと,ハニカムフィルタの加熱とパティキュレ
ートの燃焼以外に余分な熱が奪われ,電熱ヒータの電力
効率が低下するからである。
【0014】
【作用及び効果】本発明の上記トラッパにおいては,電
熱ヒータは,その片端部はシール部材によって固定され
ているが,残部はスペーサの溝中に遊嵌状態に収容され
ている。そのため,電熱ヒータは上記残部において,伸
縮が自在である。従って,電熱ヒータは,熱膨張による
変形が生じにくい。
【0015】また,変形による電熱ヒータの抵抗変化が
生じないから,フィルタの安定した再生加熱が可能であ
り,良好にフィルタの再生処理を行うことができる。上
記のように,本発明によれば,電熱ヒータの変形を防止
して安定したヒータ加熱を行ない,フィルタの良好な再
生処理を行うことのできるパティキュレート捕集用のト
ラッパを提供することができる。
【0016】
【実施例】
実施例1 本発明の実施例にかかるパティキュレート捕集用のトラ
ッパにつき,図1〜図11を用いて説明する。なお,図
1はトラッパの表層部の構成を説明する図面であり,上
部Hは表層断面図であり,その下部Sは電熱ヒータ部の
表面図である。
【0017】本例のパティキュレート捕集用のトラッパ
1は,図1,図2,図10に示すように筒状のハニカム
フィルタ10の外周面101に配設され,ハニカムフィ
ルタ10の入口軸端部102と出口軸端部103との間
を往復するようにつづら折りに配線された電熱ヒータ2
0と,外周面を被うケース15とを有する。
【0018】また,該ケース15と上記ハニカムフィル
タ10との間に配設され上記電熱ヒータ20を外気から
シールするシール部材30と,該シール部材30と上記
ハニカムフィルタ10との間に設けられ上記電熱ヒータ
20をハニカムフィルタ10との間に挟持し,これを遊
嵌状態に収容する溝45の付いたスペーサ40を有す
る。
【0019】上記シール部材30は,つづら折りに配線
された電熱ヒータ20の入口側の折り返し点201をす
べて含むように電熱ヒータ20の入口側の片端部202
を密着封入している。また,一方上記スペーサ40は,
シール部材30に密着封入されていない電熱ヒータ20
の残部203を遊嵌状態に収容している。
【0020】以下それぞれについて詳説する。トラッパ
1の中心部分を構成するハニカムフィルタ10は,図3
に示すように円筒形状を有しており,軸109方向に向
かって貫通する多数の小孔11が形成されている。そし
て,その外周面101には電熱ヒータ20が配設されて
いる。
【0021】電熱ヒータ20は,図1,図3に示すよう
にハニカムフィルタ10の排気の入口側に位置する入口
軸端部102と排気の出口側に位置する出口軸端部10
3との間を往復しながらつづら折りに配線されている。
そして,図1に示すようにトラッパ1の外側を被うケー
ス15とハニカムフィルタ10との間にはシール部材3
0とスペーサ40とが介装さている。
【0022】シール部材30は,トラッパ1の入口側に
位置する電熱ヒータ20の片側端部202を密着封入し
ていると共に,ハニカムフィルタ10との間にスペーサ
40を挟持している。シール部材30は市販の緩衝剤,
例えば住友3M社製のインタラムマット等によって形成
されている。
【0023】一方,スペーサ40はシール部材30とハ
ニカムフィルタ10との間に配設され,図2,図4,図
5に示すように,電熱ヒータ20を収容する溝45が形
成されている。なお,図5(a)はスペーサの部分拡大
平面図,(b)は部分拡大正面図である。上記スペーサ
40の溝45は,図2に示すように,その中に電熱ヒー
タ20を収容したとき若干の空隙451が生ずる大きさ
に形成されている。
【0024】そして,スペーサ40は,図1に示すよう
にシール部材30によって封入されていない電熱ヒータ
20の残部203を溝45中に収容している。スペーサ
40は,市販のセラミックファイバーボード,例えばイ
ソライト工業社製ミルボードによって形成されている。
【0025】なお,シール部材30によって封入されて
いる電熱ヒータ20の片側端部202における軸方向の
封止長Lと,電熱ヒータ20の両軸端間の折り返し点間
の軸方向距離0の比率(L/L0)は10〜30%であ
る。次に,本例のトラッパ1の製法について述べる。
【0026】まず,シート状のセラミックファイバーボ
ード(前記イソライト工業社製ミルボード)を所定の寸
法に切断し,NCフライス盤にて図4,図5に示すよう
な電熱ヒータ20を収容する溝45を形成する。上記セ
ラミックファイバーボードはAl2 3 とSiO2 を主
成分とし,バインダで混合した後,抄紙工程と同様のプ
ロセスによりシート状としたものである。
【0027】次に,図6に示すように,上記溝45中に
電熱ヒータ20を収容し接着剤で仮固定する。そして,
図7に示すように,スペーサ40と電熱ヒータ20とを
ハニカムフィルタ10の外周面101に巻きつける。続
いて,図8に示すように,電熱ヒータ20の露出部をシ
ール部材30にて巻回する。次いで,図9に示すよう
に,外周全体に再度シール部材30を巻回し,最後に,
図10に示すようにケース15に収納する。
【0028】次に,本例のトラッパ1の作用効果につい
て述べる。本例の電熱ヒータ20の片端部202はシー
ル部材30によって固定されている。しかし,この固定
されている片端部202の封止長Lは全長L0 の10〜
30%とわずかであり,電熱ヒータ20の残りの大部分
はスペーサ40の溝45の中に遊嵌状態に収容されてい
る。
【0029】従って,電熱ヒータ20が熱せられて膨張
しても,電熱ヒータ20はスペーサ40の溝45中を自
由に膨張,拡大する。そのため,従来例の図16で示し
たようなシール部材による膨張の抑制によって生ずる変
形は発生しない。次に,このことを実験例によって示
す。
【0030】図11に示すような温度変化のサイクル
を,従来例と本例のトラッパ1の電熱ヒータ20に対し
て,各々1000サイクル加えた。従来例においては図
16に示すような変形に伴う端部での縮みSが顕著に発
生した。従来例での縮みSは,電熱ヒータの軸方向の間
隔130mmに対して25mmである。それに対して本
例の電熱ヒータ20については,同一間隔130mmに
対して1mmの縮みに止まり,縮みは1/25に減少し
た。
【0031】このように本例のトラッパ1では電熱ヒー
タ20の熱変動サイクルに伴う変形が大幅に減少し,電
熱ヒータ20の抵抗変化はほとんど生じない。上記のよ
うに,本例によれば電熱ヒータの変形を防止して安定し
たヒータ加熱を行ない,フィルタの良好な再生処理を行
うことのできるパティキュレート捕集用のトラッパを提
供することができる。
【0032】実施例2 本例は,実施例1におけるトラッパ1の製法を変更した
他の実施例である。実施例1においては,1枚のシート
状のスペーサ40に電熱ヒータ20を仮固定し,ハニカ
ムフィルタ10の外周に巻き付けたが,本例では,図1
2(a)に示すように,4枚のシート状のスペーサ42
に4分割した電熱ヒータ22をそれぞれ仮固定し,電熱
ヒータ22の片端部222をシール部材32で固定す
る。
【0033】そして,それぞれをハニカムフィルタ10
に取り付けた後,全体をシール部材30でシールし,ケ
ース15でケーシングし,同図(b)に示すように完成
体としてのトラッパ1に組み立てる。その他については
実施例1と同様である。
【0034】実施例3 本例は実施例1のように一枚のシート状のスペーサ40
と電熱ヒータ20をハニカムフィルタ10に巻き付ける
のではなく,また,実施例2のようにこれを4分割する
のでもなく,図13(a)に示すようにスペーサ43,
電熱ヒータ23及びシール部材33を当初から円筒状に
成形したものである。そして,同図(b)に示すよう
に,ハニカムフィルタ10をその中に嵌挿させて,完成
体としてのトラッパ1に組み立てる。その他については
実施例1と同様である。
【0035】実施例4 本例は,実施例1〜実施例3において,トラッパ1の製
法を変更したもう1つの実施例である。実施例1〜実施
例3においては,スペーサ40,42,43に溝45を
設けておき,溝45に電熱ヒータ20を埋め込む方法に
より組付けを行ったが,本例は図14(a)に示すよう
にスペーサ41と電熱ヒータ21とを予め一体成形す
る。
【0036】即ち,電熱ヒータ21には,予めスペーサ
41との間のクリアランスに相当する厚さの可燃性表層
211を三方に形成しておく。そして,このような電熱
ヒータ21をスペーサ41と一体成形する。そして,ト
ラッパ1に組み付けた後,電熱ヒータ21に通電して,
上記可燃性表層211を燃焼させて除去し,同図(b)
のように所定の空隙451を生ぜしめる。その他につい
ては,実施例1〜実施例3と同様である。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1のトラッパの表層部構成説明図。
【図2】図1のA−A矢視線部分断面図。
【図3】実施例1のハニカムフィルタと電熱ヒータとの
組付状態斜視図。
【図4】実施例1のシート状のスペーサの平面図。
【図5】図4の部分拡大図。
【図6】実施例1のスペーサと電熱ヒータの組付平面
図。
【図7】実施例1の電熱ヒータのハニカムフィルタへの
組付状態図。
【図8】実施例1における電熱ヒータの端部のシール工
程説明図。
【図9】実施例1における全体シールの説明図。
【図10】実施例1におけるトラッパの全体構成図。
【図11】実施例1における実験のヒートサイクル説明
図。
【図12】実施例2におけるトラッパの組付け方法説明
図。
【図13】実施例3におけるトラッパの組付け方法説明
図。
【図14】実施例4におけるスペーサと電熱ヒータの製
法説明図。
【図15】従来例のトラッパの説明図。
【図16】従来例のトラッパの電熱ヒータ変形の説明
図。
【符号の説明】
1...トラッパ, 10...ハニカムフィルタ, 101...入口軸端部, 102...出口軸端部, 15...ケース, 20,21,22,23...電熱ヒータ, 201...折り返し点, 202...片端部, 30,32,33...シール部材, 203...残部, 40,41,42,43...スペーサ, 45...溝,
フロントページの続き (72)発明者 林 保行 愛知県宝飯郡音羽町大字萩向山7番地 イソライト工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−258910(JP,A) 実開 平3−116722(JP,U) 実開 平4−52524(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F01N 3/02

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 筒状のハニカムフィルタと,該ハニカム
    フィルタの外周面に配設され,ハニカムフィルタの軸端
    部と軸端部との間を往復するようにつづら折りに配線さ
    れた電熱ヒータと,外周面を覆うケースと,該ケースと
    上記ハニカムフィルタとの間に配設され上記電熱ヒータ
    を外気からシールするシール部材と,該シール部材と上
    記ハニカムフィルタとの間に設けられ,上記電熱ヒータ
    をハニカムフィルタとの間に挟持し,これを遊嵌状態に
    収容する溝の付いたスペーサを有するパティキュレート
    捕集用のトラッパであって, 上記シール部材は,つづら折りに配線された上記電熱ヒ
    ータの片側の折り返し点をすべて含むように,該電熱ヒ
    ータの片端部を密着封入しており, 一方,上記スペーサは,上記シール部材に密着封入され
    ていない上記電熱ヒータの残部を遊嵌状態に収容してい
    ることを特徴とするパティキュレート捕集用のトラッ
    パ。
  2. 【請求項2】 請求項1において,上記電熱ヒータにお
    ける両軸端間の折り返し点間の軸方向距離0に対す
    る,シール部材に密着封入された上記片端部の軸方向の
    封止長Lの比率L/L0は,10〜30%の間にあるこ
    とを特徴とするパティキュレート捕集用のトラッパ。
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