JP3587270B2 - dpf playback system using a heater - Google Patents

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    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

Description

【0001】 [0001]
【産業上の利用分野】 BACKGROUND OF THE INVENTION
本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガスを浄化処理する排気ガス浄化装置におけるヒーターを用いたDPF再生システムに関する。 The present invention relates to a DPF regeneration system using a heater in the exhaust gas purification device for purifying treating exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as a diesel engine.
【0002】 [0002]
【従来の技術】 BACKGROUND OF THE INVENTION
従来、ディーゼルエンジン等の排気ガス中のパティキュレート(粒子状物質)を浄化する場合には、コージェライトによって形成されたフィルター(ディーゼル・パティキュレート・フィルター;DPF)をディーゼルエンジンの排気側に接続し、フィルターの表面にパティキュレートを捕集することによりなされている。 Conventionally, when purifying particulates in the exhaust gas such as a diesel engine (particulate matter), a filter formed by cordierite; Connect (diesel particulate filter DPF) on the exhaust side of the diesel engine It has been made by collecting particulates on the surface of the filter.
【0003】 [0003]
このようなDPFを長時間使用すると、フィルターには黒煙を主成分とするパティキュレートが堆積し、圧力損失が上昇し、エンジンに負荷がかかる。 With prolonged use of such a DPF, the filters were deposited particulates composed mainly of black smoke, the pressure loss is increased, the load on the engine is applied. そこで、バーナー等で着火させたり、電気ヒーターでDPFを高温に加熱すること等により、堆積したパティキュレートを燃焼させて除去し、DPFを再生する処理が必要となる。 Accordingly, or is ignited by a burner or the like, such as by heating the DPF in electric heater to a high temperature, to burn the deposited particulates is removed, the process of reproducing the DPF is necessary.
【0004】 [0004]
ところが、このDPFが融点(1200〜1300℃)の低いコージェライトによって形成されている場合には、着火によるDPF再生処理では、DPFの一端にてパティキュレートに着火した後、そのDPFに着火位置側からエアを供給すると、パティキュレートの不均一な燃焼が生じて、局部的な温度上昇が生じ、再生処理を繰り返し行うと、DPFが溶損して再利用が不可能になる等の問題があった。 However, if this DPF is formed by a low cordierite melting point (1200 to 1300 ° C.), in the DPF regeneration process by ignition, after ignition particulates at one end of the DPF, the ignition position side to the DPF supplying air from occurring uneven burning of particulates, local temperature rise occurs, the repeated reproduction process, there is a problem such that the DPF becomes impossible reused melting .
【0005】 [0005]
また、ヒーター線をDPF内に埋め込んで高温に加熱する方法もあるが、コージェライトのもつ熱伝導率により燃焼に充分な温度に保つのは不可能であるか、又は、長時間を必要とする問題があった。 Further, there is a method of heating to a high temperature by embedding the heater wire into the DPF, or it is impossible to keep a temperature sufficient for combustion by the thermal conductivity with the cordierite, or requires a long time there was a problem.
【0006】 [0006]
このような問題を解決するため、DPFとして耐熱性及び熱伝導性に優れた炭化珪素焼結体を使用することが提案されている。 Thus in order to solve the problem, it has been proposed to use a heat-resistant and high thermal conductivity silicon carbide sintered body as DPF. しかし、この方法では、材料の熱伝導性が高すぎるので、相当の熱量がDPFの径方向、すなわち、DPFの外周にあるケーシング方向に伝わって放熱が生じる等の欠点があった。 However, in this method, since the thermal conductivity of the material is too high, the radial considerable amount of heat DPF, i.e., a drawback of such heat dissipation occurs transmitted to the casing direction in the outer periphery of the DPF.
【0007】 [0007]
【発明が解決しようとする課題】 [Problems that the Invention is to Solve
特開平3−23307号公報には、図2のように、DPFの外周に配設されたヒーター線5と、ヒーター線5と通路2aの内壁との間に配設された高断熱材層6とを備えることにより、均一かつ短時間に再生可能な温度に加熱する技術が開示されている。 JP-A-3-23307, as shown in FIG. 2, the heater wire 5 disposed on the outer periphery of the DPF, high thermal insulating material layer disposed between the inner wall of the heater wire 5 and the passage 2a 6 by providing the bets, technology for heating to a temperature renewable uniformly and in a short time it is disclosed.
【0008】 [0008]
しかしながら、DPFにパティキュレートを低温で燃焼させる触媒金属を担持させた場合等には400℃程度の加熱でパティキュレートの燃焼が可能であるが、触媒金属を担持させるには構造上問題となることもあり、このような触媒を担持しない場合は600℃以上に加熱することとなるので、材料のもつ絶縁性が問題となる。 However, although the like case of carrying catalyst metal to burn the particulates at a low temperature in the DPF is possible burning of particulates by heating at about 400 ° C., it becomes a structural problem in supporting the catalyst metal There is also, since the heating of such catalysts when not carried on more than 600 ° C., insulating possessed by the material is problematic. 一般に炭化珪素等の非酸化物系のセラミック材料は、温度とともに絶縁抵抗値が低下する。 In general non-oxide ceramic materials such as silicon carbide, the insulation resistance decreases with temperature. 従って、ヒーターをDPFと接触させて電気加熱による熱効率を上げようとすると、高温では漏電が生じ、耐電圧の規格をクリアできない等の大きな障害があった。 Therefore, when the heater is contacted with DPF when you increase the thermal efficiency by electric heating, leakage occurs at higher temperatures, there is a major obstacle for such can not clear the standards of withstand voltage.
【0009】 [0009]
また、ヒーター線を複数に分割したDPF内に埋め込み、DPFと通路の内壁との間に高断熱材層を配設させると、各分割部分における温度分布が小さくなり、発生する応力は低く、クラックの発生が未然に防止されるが、DPFの外周部付近の温度が上がらず、再生が不完全になる問題があった。 Also, embedded within the DPF obtained by dividing a heater wire into a plurality and is arranged a high heat insulating material layer between the inner wall of the DPF and the passage, the temperature distribution becomes small in each divided portion, the stress generated is low, cracks Although occurrence of is prevented, not rise the temperature of the vicinity of the outer peripheral portion of the DPF, there is reproduced may be incomplete problem.
【0010】 [0010]
本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、高温に加熱しても漏電の生じないDPF再生システムを提供することを目的するものである。 The present invention has been made to solve these problems, it is to aim to provide a DPF regeneration system be heated to a high temperature does not cause leakage.
【0011】 [0011]
【課題を解決するための手段】 In order to solve the problems]
上記課題を解決するために、本発明は、内燃機関の排気側に連結する通路を備えたケーシングと、上記通路内に配設されたDPFと、上記DPFの外周に配設されたヒーターとを備えたDPF再生システムにおいて、上記DPFが、多孔質炭化珪素焼結体からなるものであり、上記DPFと上記ヒーターとの間に熱伝導性の優れた高絶縁抵抗をもつセラミック層が配設されて構成されるものである。 In order to solve the above problems, the present invention includes a casing having a passage connecting the exhaust side of the internal combustion engine, a DPF disposed in the passage, and a heater disposed on the outer periphery of the DPF in DPF regeneration system comprising, above the DPF is made of a porous silicon carbide sintered body, a ceramic layer having a high insulation resistance and excellent thermal conductivity between the DPF and the heater is arranged it is intended to be constructed Te.
【0012】 [0012]
上記熱伝導性の優れた高絶縁抵抗をもつセラミック層としては、曲げ強度が強く、打ち抜き加工性に優れるものが好ましい。 As the ceramic layer having excellent high insulation resistance of the heat conductive, strong bending strength, preferably excellent in punching processability.
上記熱伝導性の優れた高絶縁抵抗をもつセラミック層としては、例えば、電熱用マイカ板(日本マイカ製作所社製、Z523、軟質マイカ)等を挙げることができる。 As the ceramic layer having excellent high insulation resistance of the heat conductivity, for example, heating for mica plate (Nippon Mica Seisakusho, Z523, soft mica), and the like.
上記電熱用マイカ板としては、接着剤としてけい素樹脂を主成分としたものが好ましい。 The mica plate for the electric heat, those mainly composed of silicon resin as an adhesive is preferred.
上記電熱用マイカ板の厚さは、0.3〜1.0mmが好ましい。 The thickness of the electric heat for mica plate, 0.3 to 1.0 mm is preferred.
【0013】 [0013]
本発明のDPF再生システムは、上記DPFを高温に加熱するために、上記ヒーターと上記通路の内壁との間に高断熱材層が配設されたものが好ましい。 DPF regeneration system of the present invention, in order to heat the DPF to a high temperature, that the high heat insulating material layer between the heater and the inner wall of the passage is disposed is preferable.
【0014】 [0014]
上記高断熱材層としては、例えば、アルミナ−シリカセラミックファイバー、アルミナファイバー、ジルコニアファイバー、シリカファイバー、ロックウール、石綿等の無機質ファイバー;ナイロン、ケブラー等の有機質ファイバー;ウレタン等の発泡体の成形体;これらの組み合わせ等を挙げることができる。 As the high heat insulating material layer, for example, alumina - silica ceramic fiber, alumina fiber, zirconia fiber, silica fiber, rock wool, inorganic fibers asbestos and the like; nylon, organic fibers Kevlar or the like; molding of foam such as urethane ; it can be mentioned a combination thereof. 好ましくは、無機質ファイバーを一部又は全体に使用するものである。 Preferably, it is to use a mineral fiber part or all.
また、上記DPFと上記通路の内壁との間の一部に空間を形成して空気層を高断熱材層の一部としてもよい。 Further, an air layer may be part of a high heat insulating material layer to form a space portion between the DPF and the inner wall of the passage.
【0015】 [0015]
【作用】 [Action]
本発明のDPF再生システムは、上記DPFと上記ヒーターとの間に熱伝導性の優れた高絶縁抵抗をもつセラミック層を配設することにより、600℃以上の高温に加熱して、多孔質炭化珪素焼結体からなるDPFの絶縁抵抗値が低下しても、漏電が生じない。 DPF regeneration system of the present invention, by disposing the ceramic layer having a high insulation resistance and excellent thermal conductivity between the DPF and the heater is heated to temperatures higher than 600 ° C., porous carbonized also insulation resistance value of DPF made of sintered silicon decreases, leakage does not occur.
従って、本発明のDPF再生システムは、DPFにパティキュレートを低温で燃焼させる触媒を担持させずに、600℃以上の高温でパティキュレートを燃焼させてDPF再生処理をすることができる。 Accordingly, DPF regeneration system of the present invention, without carrying a catalyst to burn the particulates at a low temperature DPF, can be burned particulates at a high temperature of at least 600 ° C. to by DPF regeneration process.
更に、本発明のDPF再生システムは、上記ヒーターと上記通路の内壁との間に高断熱材層を配設することにより、DPFを高温に均一に加熱して、パティキュレートを完全燃焼させることができる。 Further, DPF regeneration system of the present invention, by disposing a high heat insulating material layer between the heater and the inner wall of the passage, and uniformly heat the DPF to a high temperature, making it possible to complete combustion of particulates it can.
【0016】 [0016]
【実施例】 【Example】
実施例1 Example 1
以下、本発明の実施例1であるDPF再生システムについて、図面を参照して説明する。 Hereinafter, the DPF regeneration system according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 図1は実施例1におけるDPF再生システムの断面図であり、図3は実施例1における排気ガス浄化装置の概略図及び部分断面図である。 Figure 1 is a sectional view of the DPF regeneration system in the first embodiment, FIG. 3 is a schematic view and a partial sectional view of an exhaust gas purification apparatus according to the first embodiment. 同一の構成要素には同一の符号を付すことにより、重複説明を省略する。 By the same reference numerals are assigned to the same components, the duplicated description thereof is omitted.
【0017】 [0017]
図3において、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中に接続されている。 3, an exhaust gas purification device 1 comprises a casing 2 made of a metal pipe, passage 2a of the casing 2 is connected to the exhaust pipe in Ea of the engine E. このケーシング2内には排気ガスを浄化するための触媒を担持させたDPF3が配設されている。 DPF3 supporting a catalyst for purifying exhaust gas is disposed in the casing 2.
図1において、DPF3の外周には、熱伝導性の優れた高絶縁抵抗をもつセラミック層4が密着して配設され、セラミック層4の外周に一本のセラミックヒーター線からなる再生用ヒーター5がDPFの軸線と垂直に所定の間隔で並ぶように取り巻いて配設されている。 In Figure 1, on the outer periphery of the DPF 3, the ceramic layer 4 having excellent high insulation resistance of the heat conductivity is disposed in close contact, reproduced heater 5 made of a single ceramic heater wire on the outer circumference of the ceramic layer 4 There are disposed surrounding so as to line up at given spacings perpendicular to the axis of the DPF.
また、ケーシング2の通路2aの内壁には、ヒーター5を被覆する高断熱材層6が装着されている。 Further, on the inner wall of the passage 2a casing 2, the high heat insulating material layer 6 which covers the heater 5 is mounted.
【0018】 [0018]
DPF3は、多孔質炭化珪素焼結体によってハニカム状に成形されるとともに、全体として角柱状をなしている。 DPF3, together are formed into a honeycomb shape by a porous silicon carbide sintered body, and has a overall prismatic. そして、このDPF3には軸線方向に平行に延びる多数のガス通過孔が形成され、各ガス通過孔の供給側及び排出側のいずれか一端が炭化珪素質の小片によって交互に封止されている。 Then, this DPF3 number of gas passage holes extending parallel to the axial direction is formed in either one of the supply side and the discharge side of the gas passage holes are sealed alternately by a small piece of silicon carbide.
【0019】 [0019]
図3に示すように、内燃機関Eの排気ガスがケーシング2の供給側からDPF3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捕集される。 As shown in FIG. 3, the exhaust gas of an internal combustion engine E is introduced into DPF3 from the supply side of the casing 2, the walls of the gas passage hole, particulates in exhaust gas is trapped. そして、浄化された排気ガスがDPF3から排出される。 The purified exhaust gas is discharged from the DPF 3.
【0020】 [0020]
このように使用されるDPF3の再生処理を行う場合には、DPF3に所定量のパティキュレートを捕集した状態で、ヒーター5によるDPF3の加熱を開始する。 Thus in the case of performing reproduction processing of DPF 3 to be used, while collecting a predetermined amount of particulates in DPF 3, to start heating of the DPF 3 by the heater 5. そして、DPF3の温度が所定温度(400〜800℃)に達したとき、ケーシング2に燃焼促進用の2次エアの供給を開始する。 When the temperature of DPF3 reaches a predetermined temperature (400 to 800 ° C.), to start the supply of the secondary air for combustion promoting the casing 2. そして、この処理を継続することにより、DPF3内のパティキュレートが燃焼され、DPF3が再生される。 By continuing this process, the combustion particulates in DPF 3, DPF 3 is reproduced.
【0021】 [0021]
ここで、DPF3の再生処理に関する具体的な実験データについて説明する。 Here is a description of a specific experimental data relating to the reproduction processing of the DPF 3. 実験条件として、DPF3は、直径140mm、長さ140mm、熱伝導率0.029cal/cm・sec・℃、比熱0.22cal/g・℃のものを使用した。 As experimental conditions, DPF 3 is used 140 mm, length 140 mm, thermal conductivity 0.029cal / cm · sec · ℃, those specific heat 0.22cal / g · ℃ diameter. DPF3の外周の断熱材4は、セラミックファイバー製、厚さ25mm、熱伝導率0.08kcal/ m・hr・℃のものを使用した。 Heat insulating material 4 of the outer periphery of DPF3 was used ceramic fiber, thickness 25 mm, those of the thermal conductivity of 0.08kcal / m · hr · ℃.
DPF3の外周の熱伝導性の優れた高絶縁抵抗をもつセラミック層4は、電熱用マイカ板(日本マイカ製作所社製、Z523、軟質マイカ)を使用した。 Ceramic layer 4 having excellent high insulation resistance of the heat conductivity of the outer periphery of the DPF3 are electrothermal for mica plate (Nippon Mica Seisakusho, Z523, soft mica) were used.
また、ヒーター5は12V−2.5kWのものを使用した。 In addition, the heater 5 was used in the 12V-2.5kW. 更に、コンプレッサーからの二次エア供給量は、50L/minとした。 Furthermore, the secondary air supply from the compressor, was 50L / min.
【0022】 [0022]
排気ガス中のパティキュレート捕集は、圧力センサPsにて検出される圧力が所定量に到達するまで捕集動作を継続した。 Collecting particulates in the exhaust gas, the pressure detected by the pressure sensor Ps was continued collecting operation to reach a predetermined amount. この間のパティキュレート捕集量の算出については、DPF3の容積をガス通過孔の部分の総量とし、パティキュレート捕集量は捕集処理の前後における重量変化に基づいて求めた。 The calculation of this period particulate collection amount, the volume of DPF3 the total amount of the portion of the gas passage holes, particulate collection amount was determined on the basis of the weight change before and after the collection process.
【0023】 [0023]
DPF3からの漏電については、微少電流計又は漏電流計により測定した。 The leakage from the DPF 3, was measured by a micro current meter or leakage current meter.
DPF3の再生処理時間については、DPF3の上流側側面の中心を計測点Pとして、熱電対を配置してその温度変化を監視した。 The reproduction processing time DPF3 is the center of the upstream side of the DPF3 as the measurement point P, to monitor the temperature changes by placing a thermocouple. 計測点Pの温度は、DPF3に捕集されたパティキュレートの燃焼終了時に急激に降下するので、ヒーター5への通電開始時間から温度降下時点までの時間を再生処理時間として計測した。 Temperature measurement point P, since drops rapidly at the end burning of particulates trapped in the DPF 3, and measuring the time from the energization start time of the heater 5 to a temperature drop when the reproduction processing time.
【0024】 [0024]
その結果、実施例1の装置を使用して600℃で電気ヒーターで加熱した再生処理した場合、漏電は0Aであり、認められなかった。 As a result, when the reproducing process is heated by an electric heater at 600 ° C. using the apparatus of Example 1, leakage is 0A, was observed. 所要再生処理時間は32分であった。 The required reproduction processing time was 32 minutes.
【0025】 [0025]
比較例1 Comparative Example 1
以下、比較例1であるDPF再生システムについて、図面を参照して説明する。 Hereinafter, the DPF regeneration system is a comparative example 1 will be described with reference to the drawings. 図2は比較例1におけるDPF再生システムの断面図である。 Figure 2 is a cross-sectional view of the DPF regeneration system in Comparative Example 1. 同一の構成要素には同一の符号を付すことにより、重複説明を省略する。 By the same reference numerals and the same elements, and thus redundant description will be omitted.
【0026】 [0026]
図2において、DPF3の外周に、熱伝導性の優れた高絶縁抵抗をもつセラミック層を使用しなかったこと以外は実施例1と同様の構成とし、同様の実験を行った。 In Figure 2, the outer periphery of the DPF 3, except for not using the ceramic layer having excellent high insulation resistance of the heat conductivity the same structure as in Example 1, a similar experiment was performed.
【0027】 [0027]
その結果、比較例1の装置を使用して600℃で電気ヒーターで加熱した再生処理した場合、漏電は約0.1mAであった。 As a result, when the reproducing process is heated by an electric heater at 600 ° C. using the apparatus of Comparative Example 1, leakage was about 0.1 mA. 所要再生処理時間は33分であった。 The required reproduction processing time was 33 minutes.
【0028】 [0028]
【発明の効果】 【Effect of the invention】
本発明のDPF再生システムは、上述のような構成よりなるので、再生処理において600℃以上の高温に加熱して、多孔質炭化珪素焼結体からなるDPFの絶縁抵抗値が低下しても、漏電が生じないことから、DPFにパティキュレートを低温で燃焼させる触媒を担持させずに、600℃以上の高温でパティキュレートを燃焼させてDPF再生処理をすることができる。 DPF regeneration system of the present invention, which has the above-described configuration, by heating to temperatures higher than 600 ° C. In the reproduction processing, also an insulation resistance value of DPF made of a porous silicon carbide sintered body is lowered, since the leakage does not occur, without carrying a catalyst to burn the particulates at a low temperature DPF, it can be burned particulates at a high temperature of at least 600 ° C. to by DPF regeneration process.
【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
【図1】実施例1のDPF再生システムの断面図。 Figure 1 is a cross-sectional view of the DPF regeneration system of the first embodiment.
【図2】比較例1のDPF再生システムの断面図。 2 is a cross-sectional view of the DPF regeneration system of Comparative Example 1.
【図3】実施例1の排気ガス浄化装置の概略図及び部分断面図。 3 is a schematic view and a partial sectional view of an exhaust gas purifying apparatus of Example 1.
【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS
1 排気ガス浄化装置2 ケーシング2a 通路3 DPF 1 exhaust gas purification device 2 casing 2a passage 3 DPF
4 セラミック層5 ヒーター6 高断熱材層 4 ceramic layer 5 heater 6-insulated material layer

Claims (2)

  1. 内燃機関の排気側に連結する通路を備えたケーシングと、前記通路内に配設されたDPFと、前記DPFの外周に配設されたヒーターとを備えたDPF再生システムにおいて、 A casing having a passage connecting the exhaust side of the internal combustion engine, a DPF disposed in said passageway, the DPF regeneration system comprising a heater disposed on an outer periphery of the DPF,
    前記DPFが、多孔質炭化珪素焼結体からなるものであり、 The DPF is is made of a porous silicon carbide sintered body,
    前記DPFと前記ヒーターとの間に熱伝導性の優れた高絶縁抵抗をもつセラミック層が配設されたことを特徴とするDPF再生システム。 DPF regeneration system, wherein a ceramic layer having a high insulation resistance and excellent thermal conductivity between said DPF heater is disposed.
  2. 前記ヒーターと前記通路の内壁との間に高断熱材層が配設された請求項1記載のDPF再生システム。 DPF regeneration system of claim 1, wherein the high heat insulating material layer is disposed between the inner wall of the passage and the heater.
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