JP3211471B2

JP3211471B2 - 排気微粒子浄化装置

Info

Publication number: JP3211471B2
Application number: JP08465993A
Authority: JP
Inventors: ▲英▼二岩▲崎▼
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1993-04-12
Filing date: 1993-04-12
Publication date: 2001-09-25
Anticipated expiration: 2016-09-25
Also published as: JPH06294311A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は排気微粒子浄化装置に関
し、特に、ディーゼル機関の排気ガス中に含まれるパテ
ィキュレートを排気流路中に設けたフィルタで捕集除去
する装置において、フィルタを収容するケースの熱膨張
によるクラックを防止できる排気微粒子浄化装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】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。環境汚染の観点からはこのパティキ
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フィルタを配置し、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】図６は従来の排気微粒子浄化装置Ｔの構成
を示すものである。この図に示すように、排気ガス（矢
印で示す）が流れる内燃機関の排気管３の途中には、拡
大部４と胴部５と縮小部６とを備えた金属ケース１が設
けられており、この金属ケース１の中に排気ガス中のパ
ティキュレートを捕集するためのフィルタ２が収容され
ている。フィルタ２の金属ケース１への取り付けに際し
ては、フィルタ２の両端部にステンレスのメッシュ等で
構成された取付リング７が配置され、この取付リング７
に隣接する排気ガス上流側のフィルタ２の外周部にはシ
ール材８が配置され、そして、残りのフィルタ２の外周
面と金属ケース１の胴部５の内周面との間には緩衝材９
が配置される。

【０００４】このフィルタ２には、耐熱性に富み、熱膨
張が少ないセラミック等の多孔性物質からなる隔壁を備
えたハニカム状フィルタが用いられる。このフィルタ２
は一般に円筒状をしており、その内部に隔壁で囲まれた
多数の直方体状の通路（フィルタセル）がある。そし
て、この通路の隣接するものは、排気ガスの流入側と排
気ガスの流出側で交互にセラミック製の閉塞材（プラ
グ）によって栓詰めされて閉通路となっている。従っ
て、このフィルタ２に流れ込んだ排気ガス中のパティキ
ュレートは、排気ガスがフィルタセルの壁面を通過する
際にフィルタセルに捕集される。

【０００５】ところで、フィルタ２を収容する金属ケー
ス１は、ステンレス等の金属製であるので、フィルタ２
の熱膨張率に対してその熱膨張率が約１０倍にもなる。
従って、フィルタ２の入口部で６００〜６５０℃、出口
部で４００〜４５０℃にも達する排気ガスの温度によ
り、排気微粒子浄化装置Ｔが高温に加熱されると、金属
ケース１とフィルタ２との間の熱膨張率の差により、金
属ケース１にシール材８や緩衝材９等によって固定また
は支持されているフィルタ２が軸方向に大きな応力を受
け、フィルタ２の寿命が短くなる。具体的に説明する
と、高温により金属ケース１の胴部５は軸線方向に伸長
するので、その内部に固定または支持されているフィル
タ２はその軸線方向に引っ張られることになり、フィル
タ２内に長手方向の張力が発生してこの張力に交差する
方向に亀裂を生じ、クラックが発生してフィルタ２の寿
命が短くなる。

【０００６】そこで、図５(a) に示すように、フィルタ
２を取付リング７とシール材８または緩衝材９を介して
収容した金属ケース１の胴部５を、排気ガスの流れ方向
に前ケース１ａと後ケース１ｂ，１ｂ′に分離して不連
続構造にし、この前ケース１ａと後ケース１ｂ，１ｂ′
の不連続構造の部分を接続部１２としてＵ字状に折り返
し、折り返し部を断熱シール材１３を介して接続した排
気微粒子浄化装置が提案されている（実開平１−７１１
１９号公報参照）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実開平
１−７１１１９号公報に記載の技術では、金属ケース１
の拡大部４と縮小部６からの熱は接続部１２の断熱材１
３で抑えられて胴部５に伝わりにくいが、フィルタ２の
熱がシール材８や緩衝材９を伝わって直接金属ケース１
の胴部５に及ぶことは避けられず、図５(b) に示すよう
に、依然としてフィルタ２の中央部の金属ケース１の胴
部５は、その軸線方向（長手方向）に熱膨張可能である
ため、この膨張によりフィルタ２とケース胴部５との間
のシール材８または緩衝材９が長手方向に引っ張られ、
更に、シール材８または緩衝材９がフィルタ２を長手方
向に引っ張るので、フィルタ２の中央部でクラックが発
生するという恐れがあった。

【０００８】そこで、本発明は前記従来の排気微粒子浄
化装置の有する課題を解消し、フィルタが緩衝材を介し
て金属ケース内に配置された排気微粒子浄化装置におい
て、フィルタの熱が伝導や輻射によって金属ケースに伝
わり、金属ケースが伸長したような場合でも、金属ケー
ス内に収容したフィルタの中央部が、長手方向に引っ張
られることがなく、フィルタ中央部近傍におけるクラッ
クの発生を防止してフィルタの寿命を長くすることを目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明の排気微粒子浄化装置は、内燃機関の排気ガス通路中
にフィルタを収容するケースを設け、このケース内に収
容したフィルタによって排気ガス中のパティキュレート
を捕集することにより排気ガスを浄化する排気微粒子浄
化装置において、前記ケースを、機関側の排気管に接続
する前ケース、前記フィルタを収容する主ケース、及び
後ケースとから構成し、前記主ケースは、円筒状の外管
と、この外管の内部に収納される軸方向に２分割された
内管とを備えた二重管構造とし、前記外管と前記内管と
の間に断熱空間を形成し、前記主ケースの軸方向中央部
近傍にて対向する前記内管の自由端部の間に所定の隙間
を設けると共に、前記内管の自由端部と反対側の端部
を、前記外管の端部と固定し、前記フィルタは、その外
周部に緩衝材を介して前記内管に取り付けることを特徴
としている。

【００１０】

【００１１】

【作用】本発明の排気微粒子浄化装置によれば、フィル
タを収容した二重管構造の主ケースが熱膨張する際に
は、外管の熱膨張は断熱空間によって内管の熱膨張より
も小さくなり、内管の両端部の熱膨張は外管によって規
制されるので、内管は両端部から中央部に向けて伸長
し、緩衝材を介してフィルタに中央部近傍に向かう応力
が両端から発生する。この結果、フィルタの中央部近傍
には圧縮力が作用するので、クラックが発生しにくくな
る。

【００１２】

【実施例】以下添付図面を用いて本発明の実施例を詳細
に説明する。図１(a) ，(b) は、フィルタ再生時にパテ
ィキュレートに着火する電気ヒータＨが取り付けられ、
排気ガス中のパティキュレートを捕集するためのパティ
キュレートフィルタ１４を備えた本発明の一実施例の排
気微粒子浄化装置Ｐの構成を示すものである。

【００１３】この実施例では排気微粒子浄化装置Ｐを構
成する金属ケース１０が、図１(b)に示すように、排気
管２１に接続する前ケース１１、主ケース１２、および
排気管２１に接続する後ケース１３に分割して構成され
ており、主ケース１２は更に、外管１２ｏと軸方向に２
分割されて不連続な内管１２ia，１２ibの二重管構造と
なっている。内管１２ｉは排気ガス上流側が第１の内管
１２ia、下流側が第２の内管１２ibとなっており、内管
１２ia，１２ibの自由端の対向部には所定の隙間Ｓが設
けられている。

【００１４】前ケース１１に設けられたフランジ部１１
ｆと内管１２iaに設けられたフランジ部１２ｆ、および
外管１２ｏの一方のフランジ部１２ｍは、図１(a) に示
すように、電気ヒータＨのコネクタ１７を挟んでボルト
締め或いは溶接等で連結される。また、外管１２ｏの他
方のフランジ部１２ｎと内管１２ibに設けられたフラン
ジ部１２g 、および後ケース１３に設けられたフランジ
部１３ｆもボルト締め或いは溶接等で連結される。そし
て、フィルタ１４と内管１２ia, １２ibとの間には、シ
ール材１５と、緩衝材である断熱材１６が配置されてい
る。

【００１５】パティキュレートフィルタ１４は、従来例
と同様に、多孔性物質からなるハニカム状の隔壁を備え
たハニカム状フィルタで円筒状をしており、内部に隔壁
で囲まれた多数の直方体状の通路がある。そして、この
通路の隣接するものは、排気ガスの流入側と排気ガスの
流出側で交互にセラミック製の閉塞材によって栓詰めさ
れて閉通路となっている。

【００１６】なお、以上の構成において、図２に示すよ
うに、内管１２ibのフランジ部１２ｇと外管１２ｏのフ
ランジ部１２ｎの間に、断熱材１８を挟んで外管１２
ｏ、内管１２ib、および後ケース１３をボルト、ナット
１９で締結しても良い。また、図示はしないが、同様に
内管１２iaのフランジ部１２ｆと外管１２ｏの反対側の
フランジ部１２ｍの間にも断熱材１８を挟み、外管１２
ｏ、内管１２ia、電気ヒータＨのコネクタ１７および前
ケース１１をボルト、ナットで締結しても良い。

【００１７】金属ケース１０の主ケース１２を、以上の
ように二重管とすると、排気ガスの熱や再生時のフィル
タ１４内のパティキュレートの燃焼熱は、必ず内管１２
ia,１２ibを経由して外管１２ｏに伝わる。また、内管
１２ia, １２ibによってフィルタ１４からの輻射熱も外
管１２ｏに伝わりにくくなる。従って、内管１２ia,１
２ibの方が外管１２ｏよりも温度が高くなり、熱膨張も
大きくなる。

【００１８】この結果、図１のような構成では、排気ガ
スの熱、或いは再生時の燃焼熱で内管１２ia, １２ib
は、外管１２ｏとの温度差による熱膨張の量の差だけ、
図３に矢印Ａで示すように、フィルタ１４の中央側から
中央部に向かって伸び、中央部の自由端の対向部の隙間
Ｓが縮まる。そして、この内管１２ia, １２ibの中央部
側への伸びにより、矢印Ｂで示すように、断熱材１６も
フィルタ１４の中央側へ伸びるので、この断熱材１６を
介してフィルタ１４にその両端部から中央部に向かう応
力が発生し、フィルタ１４には中央部側への圧縮力が作
用して中央部近傍のクラックが発生しにくくなる。

【００１９】また、図１(a) から図２に示すように、内
管１２iaのフランジ部１２ｆと外管１２ｏのフランジ部
１２ｍの間、または内管１２ibのフランジ部１２ｇと外
管１２ｏのフランジ部１２ｎの間に、断熱材１８を挟ん
で外管１２ｏと内管１２ia,１２ibを接続した場合に
は、内管１２ia, １２ibから外管１２ｏへの熱が一層伝
わりにくくなり、外管１２ｏに対する内管１２ia, １２
ibの温度差を大きくすることができ、フィルタ１４への
中央部への圧縮力を増やすことができるので、クラック
が一層発生しにくくなる。

【００２０】図４(a) はフィルタ１４と内管１２ia, １
２ibとの間にシール材１５のみを設けた実施例であり、
内管１２ia, １２ibの自由端の間の隙間Ｓの部分にはシ
ール材１５が設けられていない。図４(b) はフィルタ１
４と内管１２ia, １２ibとの間に、フィルタ１４の両端
側の外周部に緩衝材である断熱材１６を配置し、中央部
側にシール材１５を配置した実施例である。この実施例
でも内管１２ia, １２ibの自由端の間の隙間Ｓの部分に
はシール材１５が設けられていない。このように、フィ
ルタ１４と内管１２ia, １２ibとの間のシール材１５や
緩衝材である断熱材１６の配置は種々考えられ、以上説
明した実施例に限定されるものではない。

【００２１】そして、図４(a) ，(b) に示した実施例に
おいても、高温時に内管１２ia, １２ibが矢印Ａのよう
に伸長すると、図４(c) に示すように、内管１２ia, １
２ibの伸びによってシール材１５が矢印Ｂで示すように
フィルタ１４の円筒面に中央部に向かう圧縮力を与え
る。この圧縮力は、フィルタ１４の温度が高く、クラッ
クが発生し易いときほど、内管１２ia, １２ibの伸びが
大きくなり、シール材１５を介してフィルタ１４の軸方
向に大きな圧縮力が作用し、クラック発生が防止され
る。

【００２２】以上説明したように、本発明では、フィル
タのケースへの熱伝導を単純に抑制するのではなく、内
管に伝わった熱による膨張を積極的に利用し、この膨張
によってフィルタを中央部側に圧縮するので、フィルタ
のクラックをより確実に防止することができる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
フィルタが緩衝材を介してケース内に配置された排気微
粒子浄化装置において、フィルタの熱が伝導や輻射によ
ってケースに伝わってケースが伸長すると、ケース内に
収容したフィルタの中央部が中央部方向に圧縮されるの
で、高温時のフィルタ中央部近傍におけるクラックの発
生が確実に防止され、フィルタの寿命を長くすることが
できるという効果がある。また、このケースの外周部に
断熱空間を介して第２のケースを設けたものでは、第２
のケースの熱膨張は断熱空間によってその内側にあるケ
ースの熱膨張よりも小さくなり、フィルタ両端側のケー
ス端部の外側への熱膨張は第２のケースによって規制さ
れ、ケースはフィルタ中央部の自由端方向に向かって伸
長するので、ケース両端部におけるフィルタの引っ張り
応力がさらに減り、フィルタにクラックが発生しにくく
なるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a) は本発明の排気微粒子浄化装置の一実施例
の構成を示す断面図であり、(b) は(a) のフィルタ収容
ケースの構造を示す組立斜視図である。

【図２】図１の排気微粒子浄化装置における内管と外管
の接続部の別の実施例を示す部分拡大断面図である。

【図３】図１の排気微粒子浄化装置における高温時の内
管および緩衝材のフィルタへの作用を説明する図であ
る。

【図４】(a) は本発明の排気微粒子浄化装置の別の実施
例の構成を示す簡略断面図であり、(b) は本発明の排気
微粒子浄化装置の更に別の実施例の構成を示す簡略断面
図であり、(c) は(a) ，(b) のフィルタ中央部における
高温時の内管およびシール材の作用を示す説明図であ
る。

【図５】(a) はフィルタケースの熱膨張を抑える従来の
フィルタケース構造を説明する断面図であり、(b) は
(a) における問題点を説明する図である。

【図６】機関の排気通路に設けられた従来の排気微粒子
浄化装置におけるフィルタ収容部の構造を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１０…金属ケース１１…前ケース１２…主ケース１２ｉ，１２ia，１２ib…内管１２ｆ，１２ｇ，１２ｍ，１２ｎ…フランジ部１２ｏ…外管１３…後ケース１４…フィルタ１５…制御回路１６…断熱材（緩衝材）１８…断熱材Ｈ…電気ヒータＰ…本発明の一実施例の排気微粒子浄化装置Ｓ…隙間

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 3/02 - 3/038 F01N 3/08 - 3/38 F01N 9/00 F01N 11/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気ガス通路中にフィルタを
収容するケースを設け、このケース内に収容したフィル
タによって排気ガス中のパティキュレートを捕集するこ
とにより排気ガスを浄化する排気微粒子浄化装置におい
て、前記ケースを、機関側の排気管に接続する前ケース、前
記フィルタを収容する主ケース、及び後ケースとから構
成し、前記主ケースは、円筒状の外管と、この外管の内部に収
納される軸方向に２分割された内管とを備えた二重管構
造とし、前記外管と前記内管との間に断熱空間を形成
し、前記主ケースの軸方向中央部近傍にて対向する前記
内管の自由端部の間に所定の隙間を設けると共に、前記
内管の自由端部と反対側の端部を、前記外管の端部と固
定し、前記フィルタは、その外周部に緩衝材を介して前記内管
に取り付けることを特徴とする排気微粒子浄化装置。