JP4571633B2 - 内燃焼エンジンからの排出ガスに含まれる粒子を濾過するブロック - Google Patents

Description

本発明は、複数のユニットを組み立てることによって形成される本体であって、特に内燃焼エンジンの排出ガスに含まれる粒子を濾過するのに使用される、特にディーゼル・タイプのもの関する。

従来、排出ガスを、大気に排出される前に、図１や２に示す従来技術の濾過器などの粒子濾過器によって浄化していた。

図１は、図２の線Ｂ〜Ｂによる横断面で粒子濾過器１を示し、図２は、図１の線Ａ〜Ａによる縦断面で粒子濾過器１を示す。

粒子濾過器１は、従来には、金属の囲い５の中に挿入された濾過体３を少なくとも１つ含む。濾過体３は、セラミック系材料（コージライト、炭化ケイ素等）を押し出して、多孔性の蜂の巣構造を形成することによって作られた、ユニット１１（参照符号１１ａ〜１１ｉ）を組み立て、加工することによって作られる。

組み立ておよび加工の前は、ユニット１１（図３参照）は、実質的に正方形の上流面１２と実質的に正方形の下流面１３との間に中心軸Ｄ−に沿って延びる直６面体の形状を有し、それらの面間に、中心軸Ｄ〜Ｄと並行の、直線から成る正方形断面の複数の通路１４が形成されている。

「周辺通路」とここで呼ぶ、ユニット１１の周囲に位置する通路１３ｐの外部面１５は、ユニット１１の外側面１６を形成する（図３参照）。ユニット１１の実質的に正方形の断面によって、この外側面１６は、４つの面１６ａ〜１６ｄを有し、それらの２対は相互に対して垂直である。

押し出し後、ユニット１１は、上流面（出口通路１４ｓ）または下流通路（入口通路１４ｅ）で交互に遮断される。このことは従来技術で知られている。

次いでユニット１１ａ〜１１ｉが、一般にケイ素および／または炭化ケイ素および／または窒化アルミニウムから成るセラミック系セメント接合部１７によって、それらを一緒に結合することによって組み立てられる。その結果できた組み立て物は、例えば円形の断面に加工することができる。これは、囲い５の中に挿入することのできる、中心軸Ｃ〜Ｃを備えた円柱状濾過体３を作り、ガスに対して不浸透性の周囲密閉部１８が、外側濾過ユニット１１ａ〜１１ｈと囲い５との間に配設される。

図２の矢印によって示すように、排出ガスの流れＦは、入口通路１４ｅを経て濾過体３に進入し、それらの通路の濾過壁２０を通過し、出口通路１４ｓ内に至り、外部に排出される。

ある期間使用すると、エンジンの性能は、濾過体３の入口通路１４ｅに蓄積した粒子または「煤」によって低下する。この理由から、濾過体３は定期的に、例えば５００キロメートル毎に再生しなければならない。再生、または「障害物の除去」は、煤をそれが点火することのできる温度に加熱することによってそれを酸化することである。

再生段階中、排出ガスは、煤の燃焼によって放たれた熱エネルギーの全てを下流方向に運ぶ。さらに、煤は様々な通路で均一に堆積するわけではないので、燃焼域は、濾過体３で均一に分布されない。最後に、濾過体３の周囲域は、金属の囲い５を通して周囲空気によって冷却される。

この結果、温度は濾過体３の様々な域で異なり、均一にならない。濾過体３の非均一な温度と、一方で濾過ユニット１１ａ〜１１ｉ、他方で接合部１７に使用される異なった種類の材料が、局部的な破損または亀裂を引き起こす可能性のある大きな局部応力を生成する。特に、ユニット１１ａ〜１１ｈと囲い５の間、ならびにユニット１１ａ〜１１ｉと接合部１７の間の界面の局部応力によって、ユニットユニット１１ａ〜１１ｉが、はがれる場合があり、それによって粒子濾過器１の耐用年数を縮小する。

本発明の目的は、このはがれの危険性を縮小するように適合された新たな濾過体を提供することである。

この目的は、特に、内燃焼エンジンの排出ガスに含まれる粒子を濾過するための濾過体において、接合部によって濾過ユニットを結合させることによって形成される濾過体であって、前記ユニットの第２の面に面し、前記接合部と接触する前記ユニットの第１の面の外側面が、突起部タイプまたは／陥凹部タイプの非平坦部を少なくとも１つ有することが注目に値する濾過体によって達成される。

この記述の残りの部分でより詳しく分かるように、ユニットの外側面の非平坦部の存在は、接合部１７の接着を助け、したがって大きな熱機械応力の場合でも、はがれの危険性を制限する。

本発明の好ましい他の特徴は以下の通りである。
前記非平坦部は、前記第１ユニットの長さ全体にわたって前記ユニットの縦軸に沿って延び、それが有利に、前記非平坦部が押し出し中に形成されることを可能にする。
前記非平坦部は、前記第１ユニットの周囲のガス出口通路の外部面によって担持される陥凹部である。
前記非平坦部は、前記第１ユニットの周囲の通路の外部壁の厚み内の陥凹部であり、それが有利に、ユニットを製作するのに必要な材料の量を縮小する。
前記非平坦部は、前記第１濾過ユニットの周囲のガス入口通路の外部面によって担持される突起部であり、それが有利に、入口通路の内部容積、したがってそれらの煤溜め容積を増大させる。
前記第１ユニットの横断平面で測定した前記非平坦部の幅は、前記通路の前記外部面の幅と実質的に等しい。
前記外側面は、相互に規則的に離隔された複数の前記非平坦部を含む。
前記第１ユニットの前記外側面の少なくとも１つの部分が、正弦曲線形状の断面を有する。
前記非平坦部は、前記第２ユニットの相補的形状の非平坦部内に収容することができるように適合される。
前記非平坦部は、前記第１ユニットの周囲の通路の外部壁の厚み内の陥凹部である。

添付図面を参照してここに掲げる以下の記述は、本発明の利点を説明し、評定する。

それらの制限しない図面では、様々な事項は、必ずしも同一縮尺で表していない。同一または類似の事項を指すのに、同じ参照符号を様々な図で使用する。

図１、２は、序文で既に述べた。図３に関しても部分的に述べられた。

本発明によれば、濾過ユニット１１の外側面１６の第１と第２面１６ａ、１６ｂは、それぞれ第１と第２非平坦部３０ａ、３０ｂを含み、それらはユニット１１の縦軸Ｄ〜Ｄに沿って延びる。非平坦部３０ａ、３０ｂは、ユニット１１の長さと等しい長さ「Ｌ」を有することが好ましく、上流面１２から下流面１３に、それぞれ周辺通路１４ａ、１４ｂの外部面３２ａ、３２ｂ上を延びる。

非平坦部３０ａ、３０ｂは、それぞれ図４、５に断面で表すが、それぞれ突起部と溝である。これらの非平坦部の幅「ｌ」は、それぞれ実質的に、周辺通路１４ａ、１４ｂの外部面３２ａ、３２ｂの幅である。非平坦部３０ａ、３０ｂはそれぞれ、単通路１４ａ、１４ｂと一致する。

非平坦部３０ａ、３０ｂは、任意の高さ「ｈ」を有することができる。高さ「ｈ」は、非平坦部３０ａ、３０ｂがそれぞれ延びる外部面３２ａ、３２ｂの周辺通路３０ａ、３０ｂの外部壁３４ａ、３４ｂの局部の厚みよりも小さいことが好ましい。

突起部３０ａおよび／または溝３０ｂを形成する周辺通路の外部壁の厚み「ｅ」は、実質的に一定であり、隣接する周辺通路の外部壁の厚み「ｅ」と実質的に等しいことが好ましい。

厚み「ｅ」は、決してゼロではないことが好ましく、言い換えれば、非平坦部は、それが形成される（複数の）周辺通路内に側方開口部を作らない。

突起部３０ａは、次いで通路１４ａの外部壁３４ａの外向きの変形の形態を取る（図４）。これは通路１４ａの有益な内部容積を増大させる。

再生の度に、灰が入口通路に蓄積し、それが通路のその後の効率を制限し、次の再生までの濾過器の使用期間を制限する。濾過器の耐用年数を延長するために、通路１４ａが入口通路、すなわち濾過されるガスが濾過ユニット１１内へと導入される通路であることが好ましい。

溝３０ｂは、出口通路１４ｂ（図５）の上を延びることが好ましい（図５）。これは、入口通路の容積の損失を回避するという利点を有する。

さらに、周辺出口通路の容積の縮小は、それが受け取る濾過済みガスの縮小容積に通路を適合させる。実際、周辺出口通路は、接合部１７と接触するその（複数）面から濾過済みガスを受け取らず、したがって、４面が濾過器作用を有する濾過ユニット内側の通路、または「内側通路」よりも小さな容積のガスしか受け取らない。図５で表す溝３０ｂは、周辺出口通路１４ｂの断面を縮小し、通路断面とそれが受け取るガスの容積との比率を、様々な出口通路同士の間で均一にする。これは、濾過ユニットを通るガスの流れをし易くし、水頭損失を縮小する。

接合部１７の、ユニット１１の外側面１６への接着をさらに高めるため、突起部３０ａおよび／または溝３０ｂの外側の面には、それ自体がそれぞれ微小非平坦部３６ａ、３６ｂを有することができる。

図６に表すように、溝３０ｂ’は、通路１４ｂ’の外部壁３４ｂ’の厚み「ｅ」の局部縮小から生じるものである。これは、濾過ユニット１１を製作するのに必要な材料の量を有利に縮小させる。さらに、この実施形態は、溝が、通路の内部容積を縮小せずに入口通路１４ａ’に作られる。

非平坦部３０ａ、３０ｂの数には制限はない。本発明の一実施形態では、突起部３０ａと溝３０ｂは、ユニット１１の外側面１６の少なくとも１つの面１６ａ〜１６ｄの幅にわたって交互に続き、好ましくはそれぞれの連続した入口通路と出口通路を覆う。縦溝３０ｂと突起部ａは、相互から規則的に離隔されることが好ましい。

突起部と溝の間の変わり目は、突出する角がない滑らかなものとすることができる。例えば、ユニットの外側面１６は、図７で表すように、少なくとも局部的には、正弦曲線形状の断面を有することができる。周辺通路の外部壁３４の厚み「ｅ」は、実質的に一定であることが好ましい。

突起部３０ａまたは溝３０ｂは、２つの通路にまたがることもでき、それは、ユニット１１の機械的一貫性を強化するので好ましい。

非平坦部３０ａ、３０ｂの形状、寸法、数は、支持体、すなわちそれらを固定する接合部１７に応じて決定されることが好ましい。非平坦部３０ａ、３０ｂの形状、寸法、数は、特に接合部１７の性質および／または厚み、ユニット１１の外側面１６の非平坦部の位置、ならびに／あるいは濾過体３内のユニット１１の位置によって決まる。したがって、同じ濾過ユニット１１の全ての面１６ａ〜１６ｄに、必ずしも同じ非平坦部が設けられるわけではない。

しかし、非平坦部の幅「ｌ」は、それらが延びる通路の幅以下であることが好ましく、実質的にそれと等しいことが好ましい。

非平坦部の幅「ｌ」も、長さ「Ｌ」も、厚み「ｅ」も、配向も本発明を制限しない。例えば本発明によると、濾過ユニット１１の外側面１６は、１つまたは複数の方向、穴、切り込み等に斜めの溝付けを有することができる。その幅、厚み、または配向は、同じ非平坦部に沿って変化することもできる。

ここに表わさない本発明の変化形態では、２つのユニットであって、それぞれの２つの面の一方が他方に接触するように配置して組み立てるよう意図されたユニットが、前記面に非平坦部を有し、それらは相補形状を有し、一方を他方の内に収容することができるように配設さる。

縦方向に延びる非平坦部は、ユニット１１の押し出し成形中に、当業者に知られている技法を使用して、適切なダイスによって製作することができる。ユニット１１の外側面１６を「彫刻」することによって、かつ／あるいは接着、溶接、または当業で知られている他の任意の技法によって材料のビード３０ａを表面に固定することによって、ユニット１１の表面の非平坦部を形成することも等しく可能である。取り付けるビード３０ａの材料は、ユニット１１の材料と同じ、またはそれとは異なることができる。

当然ながら、本発明は、説明するための限定しない例として以上に述べ、ここに表した実施形態に限定されない。

相互に面する２つのユニットのそれぞれの外側面同士の間に配設される接合部１７は、それらがユニットを一緒に固定するなら、連続的または非連続的であることができる。

濾過ユニット１１は、任意の形状を有することができる。

通路１４の断面は、正方形状に限定されない。等しく、入口通路の断面は、出口通路のそれとは異なることができる。通路の断面は、通路に沿って周期的にまたは他の形で連続的に変化することもできる。

従来技術の粒子濾過器を、図２の線Ｂ〜Ｂによる断面で表す図である。 同じ粒子濾過器を、図１の線Ａ〜Ａによる縦断面で表す図である。 本発明の濾過体を製作するのに使用することができるユニットの斜視図である図である。 図３で表すユニットの詳細を、図３の平面Ｐの断面で表す図である。 図３で表すユニットの詳細を、図３の平面Ｐの断面で表す図である。 本発明のユニットの異なった変化形態の詳細を断面で表す図である。 本発明のユニットの異なった変化形態の詳細を断面で表す図である。

Claims (9)

1. 内燃焼エンジンの排出ガスに含まれる粒子を濾過するための濾過体において、接合部（１７）によって複数の濾過ユニットを結合させることによって形成される濾過体であって、前記複数のユニットの第１ユニット（１１）の外側面（１６）が、前記複数のユニットの第２ユニットの面に前記接合部（１７）と接触する突起部タイプおよび／または陥凹部タイプの非平坦部（３０ａ、３０ｂ）を少なくとも１つ含み、
   前記非平坦部（３０ａ、３０ｂ）が、前記第１ユニット（１１）の周囲のガス出口通路（１４ｂ）の外部面（３２ｂ）によって担持される陥凹部（３０ｂ）または前記非平坦部（３０ａ、３０ｂ）が、前記第１ユニット（１１）の周囲のガス入口通路（１４ａ）の外部面（３２ａ）によって担持される突起部（３０ａ）であり、そして
   前記第１ユニット（１１）の横断平面（Ｐ）で測定した前記非平坦部（３０ａ、３０ｂ）の幅（ｌ）が、前記通路（１４ａ、１４ｂ）の前記外部面（３２ａ、３２ｂ）の幅と実質的に等しいことを特徴とする濾過体。
2. 前記非平坦部（３０ａ、３０ｂ）が、前記第１ユニット（１１）の長さ全体にわたって、前記第１ユニット（１１）の縦軸（Ｄ〜Ｄ）に沿って延びることを特徴とする請求項１に記載の濾過体。
3. 前記非平坦部が、前記通路に一致している請求項１又は２記載の濾過体。
4. 前記外側面（１６）が、相互に規則的に離隔された複数の前記非平坦部（３０ａ、３０ｂ）を含むことを特徴とする前記請求項１乃至３のいずれか一項に記載の濾過体。
5. 前記第１ユニット（１１）の前記外側面（１６）の少なくとも１つの部分が、正弦曲線形状の断面を有することを特徴とする前記請求項１乃至４のいずれか一項に記載の濾過体。
6. 前記非平坦部（３０ａ、３０ｂ）が、前記第２ユニットの相補的形状の非平坦部（３０ａ、３０ｂ）内に収容することができるように適合されることを特徴とする前記請求項１乃至５のいずれか一項に記載の濾過体。
7. 前記非平坦部（３０ａ、３０ｂ）が、前記第１ユニット（１１）の周囲の通路（１４ｂ’）の外部壁（３４ｂ’）の厚みに形成された陥凹部（３０ｂ’）の深さであることを特徴とする前記請求項１乃至６のいずれか一項に記載の濾過体。
8. 前記突起部３０ａおよび／または溝３０ｂを形成する周辺通路の外部壁の厚み「ｅ」が、実質的に一定である前記請求項１乃至７のいずれか一項に記載の濾過体。
9. 前記突起部３０ａおよび／または溝３０ｂを形成する周辺通路の外部壁の厚みは、隣接する周辺通路の外部壁の厚みと実質的に等しい前記請求項１乃至８のいずれか一項に記載の濾過体。

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