JP5811394B2 - Diesel particulate filter - Google Patents

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Description

本発明は排ガス用の捕集フィルタに関する。詳しくは、使用時及び再生時における熱応力によるクラック等の欠陥発生が抑制された、ディーゼルパティキュレートフィルタに関する。   The present invention relates to a collection filter for exhaust gas. Specifically, the present invention relates to a diesel particulate filter in which occurrence of defects such as cracks due to thermal stress during use and regeneration is suppressed.

ディーゼル機関から排出される粒子状物質(パティキュレートマター、以下「PM」とも称する。)を捕集するために、ディーゼルエンジン自動車にはディーゼルパティキュレートフィルタ(以下「DPF」ともいう。)が設けられる。一般にDPFは排ガスとの接触面積を高めるために規則的に並んだセルを有するハニカム構造体(ハニカム基材)を備えており、該ハニカム構造体は高耐熱性および多孔質性を有するセラミックス(典型的にはコージェライト、炭化ケイ素等)を主体として構成されていることが多い。このためDPF自体の脆性および耐衝撃性は比較的低く、これを実際の自動車の排気系において使用するためには、該DPFの移動を制限するような保持ケースを用いて、該DPF全体を覆うことが必要となる。一般に、上記DPFを用いた排ガスの浄化システムにおいては、該DPFの外周縁に無機材料(典型的にはアルミナ繊維)から成るマットまたは金属製ネットの様な保持部材(緩衝部材)を巻き付けた上で、これらを金属製触媒コンバータケース(金属シェル)の中に収容することにより触媒コンバータを形成し、これを排気通路に設置して用いる。
特許文献1及び特許文献2には、上記排ガス捕集フィルタ及び該フィルタを収容した触媒コンバータの構成について記載されている。具体的には、特許文献1にはディーゼルパティキュレートフィルタと外方を覆う金属シェルの間に配置される保持シール材から構成されるディーゼルパティキュレートフィルタが開示されている。また、特許文献2にはフィルタ本体外周に設けた補助体と、フィルタとケース間に圧縮状態で配置された保持要素とを係合した排ガス浄化装置が開示されている。
In order to collect particulate matter (particulate matter, hereinafter referred to as “PM”) discharged from a diesel engine, a diesel particulate filter (hereinafter also referred to as “DPF”) is provided in a diesel engine vehicle. . In general, a DPF includes a honeycomb structure (honeycomb base material) having regularly arranged cells in order to increase the contact area with exhaust gas, and the honeycomb structure is a ceramic having high heat resistance and porosity (typically In particular, cordierite, silicon carbide, etc.) are often the main constituents. For this reason, the brittleness and impact resistance of the DPF itself are relatively low, and in order to use it in an actual automobile exhaust system, the entire DPF is covered with a holding case that restricts the movement of the DPF. It will be necessary. In general, in the exhaust gas purification system using the DPF, a holding member (buffer member) such as a mat or metal net made of an inorganic material (typically alumina fiber) is wound around the outer periphery of the DPF. These are housed in a metal catalytic converter case (metal shell) to form a catalytic converter, which is used in the exhaust passage.
Patent Document 1 and Patent Document 2 describe the configuration of the exhaust gas collecting filter and a catalytic converter containing the filter. Specifically, Patent Document 1 discloses a diesel particulate filter that includes a holding seal material disposed between a diesel particulate filter and a metal shell that covers the outside. Patent Document 2 discloses an exhaust gas purifying device in which an auxiliary body provided on the outer periphery of a filter body and a holding element arranged in a compressed state between the filter and the case are engaged.

ところで、上記DPFの排気系における使用過程において、該DPFの隔壁の表面や細孔において捕集され経時的に堆積した粒子状物質(PM)は、排ガスの流通抵抗の増大及び内燃機関の出力低下をもたらす。このため、DPFに堆積した粒子状物質を適宜除去することにより該DPFを再生(以下「PM再生」ともいう。)し、排ガス流通能力を回復させる必要がある。この再生処理としては酸化触媒を用いた連続再生方法や、ヒーターやバーナーによる加熱再生方式等の技術が知られている。
しかしながら上記PM再生時にはDPF内において不均一な温度上昇が生じ易く、この場合、局所的に熱応力が発生するために該DPF内に割れやクラック等の欠陥が生じ易いという不具合があった。
このようなDPF再生時の熱応力による欠陥発生を抑制するための技術として、例えば特許文献3及び特許文献4に記載された従来技術が知られている。即ち、特許文献3にはセラミックハニカム構造体の外周壁部の熱膨張係数が、セル壁部の径方向の熱膨張係数より小さいセラミックハニカム構造体が開示されている。また、特許文献4には、ガス流入面とガス流出面との両面を結ぶ方向に圧縮応力を負荷させながら使用するセラミックフィルタについて記載されている。
By the way, in the process of using the DPF in the exhaust system, the particulate matter (PM) collected on the surface and pores of the partition wall of the DPF and accumulated with time increases the flow resistance of the exhaust gas and decreases the output of the internal combustion engine. Bring. For this reason, it is necessary to regenerate the DPF by appropriately removing the particulate matter deposited on the DPF (hereinafter also referred to as “PM regeneration”) to recover the exhaust gas circulation capacity. As this regeneration treatment, techniques such as a continuous regeneration method using an oxidation catalyst and a heating regeneration method using a heater or a burner are known.
However, during the PM regeneration, a non-uniform temperature rise is likely to occur in the DPF, and in this case, there is a problem that defects such as cracks and cracks are likely to occur in the DPF due to local generation of thermal stress.
Conventional techniques described in, for example, Patent Document 3 and Patent Document 4 are known as techniques for suppressing the occurrence of defects due to thermal stress during DPF regeneration. That is, Patent Document 3 discloses a ceramic honeycomb structure in which the thermal expansion coefficient of the outer peripheral wall portion of the ceramic honeycomb structure is smaller than the radial thermal expansion coefficient of the cell wall portion. Patent Document 4 describes a ceramic filter that is used while applying a compressive stress in a direction connecting both the gas inflow surface and the gas outflow surface.

特許第4465792号公報Japanese Patent No. 4465792 特開2008−8162号公報JP 2008-8162 A 特開2004−75523号公報JP 2004-75523 A 特開2003−311114号公報JP 2003-31114 A

しかしながら上述したような従来のDPFにおいては、使用時(即ちPMを捕集して排ガスから除去する時)及びPM再生時(即ちDPF内に堆積したPMを燃焼により除去する時)におけるクラック等の欠陥発生の抑制に関して、まだまだ改善の余地があり十分なものとはいえない。
特に、捕集されたPMがDPFに多く堆積している状態において、自動車が急減速または急停車した場合などには上記PMが急激燃焼(異常燃焼)する現象が起こり得る。このような上記PMの異常燃焼が起こった場合、DPF全体の温度をPM再生に最適な温度域内に制御することはもはや困難であり、いわばDPFが熱暴走した状態となり得る。このとき、特にDPFの下流側端面付近において局所的に、想定以上の急激な温度上昇が生じ、熱膨張差により発生する熱応力によって該DPFにクラックが生じることが避けられなかった。
However, in the conventional DPF as described above, cracks and the like during use (that is, when PM is collected and removed from the exhaust gas) and when PM is regenerated (that is, when PM accumulated in the DPF is removed by combustion) There is still room for improvement regarding the suppression of defects, which is not sufficient.
In particular, in a state where a large amount of collected PM is accumulated in the DPF, when the automobile suddenly decelerates or stops suddenly, a phenomenon may occur in which the PM suddenly burns (abnormal combustion). When such abnormal combustion of PM occurs, it is no longer difficult to control the temperature of the entire DPF within the temperature range optimal for PM regeneration, so to speak, the DPF may be in a state of thermal runaway. At this time, it was inevitable that a sudden temperature increase more than expected occurred locally near the downstream end face of the DPF, and cracks occurred in the DPF due to the thermal stress generated by the thermal expansion difference.

これに対し上述した従来技術において、例えば特許文献1や特許文献2に記載されるように、DPF外周にマットやネット等を保持部材として巻き付け、これを圧縮しながら金属ケースに収容することにより、DPFにある程度の圧力(即ち、該DPFの軸芯に直交する面内方向への面圧)を掛けることが可能である。上記保持部材によるDPFへの上記面内方向への圧力負荷により、PM再生時の異常燃焼時にDPF内に発生する熱応力をある程度、緩和することが可能であり、一定のクラック発生抑制効果があると考えられる。
しかしながら上記DPFでは、走行中に保持部材であるマット繊維やネットが劣化することにより、使用初期に負荷されていた面圧が著しく低下し、クラック発生の抑制効果を失い易いという問題があった。また上記保持部材により負荷される面圧の大きさは、ハニカム構造体や保持部材の寸法精度に依存するため、各触媒コンバータによってバラつきがあり、クラック抑制効果が小さい場合があるという問題があった。
On the other hand, in the above-described conventional technology, for example, as described in Patent Document 1 and Patent Document 2, a mat, a net, or the like is wound around the DPF outer periphery as a holding member and accommodated in a metal case while compressing it. It is possible to apply a certain amount of pressure to the DPF (that is, a surface pressure in an in-plane direction perpendicular to the axis of the DPF). Due to the pressure load applied to the DPF by the holding member in the in-plane direction, the thermal stress generated in the DPF at the time of abnormal combustion during PM regeneration can be relieved to some extent, and there is a certain crack generation suppressing effect. it is conceivable that.
However, the DPF has a problem in that the mat fiber and the net, which are holding members, are deteriorated during traveling, so that the surface pressure applied in the initial stage of use is remarkably lowered and the effect of suppressing the occurrence of cracks is easily lost. Further, since the magnitude of the surface pressure loaded by the holding member depends on the dimensional accuracy of the honeycomb structure and the holding member, there is a problem that there is a variation depending on each catalytic converter, and the crack suppressing effect may be small. .

また一方で、DPFを構成するハニカム構造体の気孔率を下げる、または該ハニカム構造体の壁厚を厚くすることにより、該ハニカム構造体自体の熱容量を増加させ、これにより熱応力に由来するクラックの発生を抑制することが可能である。しかしこの場合、排ガスによる圧力損失が増大し、燃費の悪化を招来するという問題があった。   On the other hand, by reducing the porosity of the honeycomb structure constituting the DPF, or increasing the wall thickness of the honeycomb structure, the heat capacity of the honeycomb structure itself is increased, thereby causing cracks due to thermal stress. Can be suppressed. However, in this case, there is a problem that pressure loss due to exhaust gas increases and fuel consumption is deteriorated.

本発明はかかる課題を解決すべく創出されたものであり、圧力損失や燃費等の性能に影響を与えることなくDPFのクラック等の欠陥発生を抑制することを目的とする。また、クラック発生に対する煤堆積限界量(Soot Mass Limit、以下「SML」ともいう。)を向上させることを目的とする。上記SMLの値は大きいほどDPF再生までのインターバルを長く設定することができ、燃費及び信頼性の向上に繋がるため重要である。   The present invention has been created to solve such problems, and an object thereof is to suppress the occurrence of defects such as cracks in the DPF without affecting the performance such as pressure loss and fuel consumption. It is another object of the present invention to improve the soot accumulation limit amount (Soot Mass Limit, hereinafter also referred to as “SML”) against crack generation. The larger the SML value is, the longer the interval until DPF regeneration can be set, which is important because it leads to improvement in fuel consumption and reliability.

本発明者らは、様々な角度から検討を加え、上記目的を実現することのできる本発明を創出するに至った。
即ち、ここに開示されるディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)は、ディーゼル機関の排ガスを浄化するために、上記ディーゼル機関の排気通路に設置されて使用される筒状のDPFである。ここで上記排気通路において上記排ガスが上記DPFに流入する側を上流側とし、上記排ガスが上記DPF内を通過して流出する側を下流側としたとき、上記DPFの上記上流側および上記下流側のうちの少なくとも一方の外周端部において、局所的に外方から中心方向に向けて圧縮力が掛けられていることを特徴とする。
かかるDPFによると、該DPFの使用時またはPM再生時において、DPF内にたとえ急激な温度変化があった場合であっても、熱応力が緩和され、クラックの発生が抑制される。また、かかるDPFによるとSMLが向上し、これにより燃費の向上、及び信頼性の向上が図られる。特にウォールフロータイプのDPFを使用する場合には、目封じ材が施され、強度が他の部分と比較して相対的に大きい上記DPFの上流側端部、または下流側端部において上記圧縮力を負荷するため、比較的大きい圧縮力(または圧力)を掛けることが可能となり、より高い熱応力緩和の効果が得られる。さらに、ケース保持用の保持部材とは独立して上記圧縮力を掛けるため、寸法精度に由来するSMLのバラつきおよび低下を抑制することができ、信頼性が向上する。
The present inventors have studied from various angles and have come to create the present invention capable of realizing the above object.
That is, the diesel particulate filter (DPF) disclosed here is a cylindrical DPF that is used in the exhaust passage of the diesel engine in order to purify the exhaust gas of the diesel engine. Here, in the exhaust passage, when the exhaust gas flows into the DPF as an upstream side, and when the exhaust gas passes through the DPF and flows out as a downstream side, the upstream side and the downstream side of the DPF. A compression force is locally applied from the outside toward the center in at least one of the outer peripheral end portions.
According to such a DPF, even when there is a sudden temperature change in the DPF when the DPF is used or during PM regeneration, the thermal stress is alleviated and the generation of cracks is suppressed. Further, according to such a DPF, the SML is improved, thereby improving the fuel consumption and the reliability. In particular, when a wall flow type DPF is used, a sealing material is applied, and the compressive force is applied to the upstream end portion or the downstream end portion of the DPF having a relatively large strength compared to other portions. Therefore, a relatively large compressive force (or pressure) can be applied, and a higher thermal stress relaxation effect can be obtained. Furthermore, since the compressive force is applied independently of the holding member for holding the case, it is possible to suppress variations and lowering of the SML derived from the dimensional accuracy, and the reliability is improved.

ここで、上記圧縮力がDPF下流側端部の外周端部において局所的に負荷されている場合(即ち該圧縮力がDPF下流側端部の外周端部に局所的に掛けられている場合)、該DPFはPMが堆積した状態でのPMの異常燃焼時において、熱膨張差による熱応力を緩和することができるため、上記DPF下流側端部におけるクラックの発生を抑制することができる。このためクラック発生に対する煤堆積限界量(SML)が向上し、これによりPM燃焼(DPF再生)までのインターバルを長くすることができることから、燃費の向上、及び信頼性の向上が図られる。   Here, when the compressive force is locally loaded at the outer peripheral end of the DPF downstream end (that is, when the compressive force is locally applied to the outer peripheral end of the DPF downstream end) Since the DPF can relieve the thermal stress due to the difference in thermal expansion during the abnormal combustion of the PM in a state where the PM is deposited, the occurrence of cracks at the downstream end of the DPF can be suppressed. For this reason, the soot accumulation limit amount (SML) with respect to crack generation is improved, and the interval until PM combustion (DPF regeneration) can be lengthened. Therefore, improvement in fuel consumption and improvement in reliability are achieved.

また、上記圧縮力がDPF上流側端部の外周端部において負荷されている場合(即ち該圧縮力がDPF上流側端部の外周端部に局所的に掛けられている場合)、DPF再生時の急速昇温、およびその後の再生急停止による急冷によって生じる熱応力を緩和することができ、上記DPF上流側端部におけるクラックの発生を抑制することができる。   Further, when the compressive force is applied at the outer peripheral end of the DPF upstream end (that is, when the compressive force is locally applied to the outer peripheral end of the DPF upstream end), during DPF regeneration The thermal stress generated by the rapid temperature increase of and the rapid cooling due to the subsequent rapid regeneration stop can be alleviated, and the generation of cracks at the upstream end of the DPF can be suppressed.

ここに開示されるDPFの好ましい一態様では、上記DPFの外周端部において、上記局所的圧縮力が外周全域に亘って略一様に掛けられていることを特徴とする。
かかるDPFによると、該DPFの外周端部の外周縁において、該DPFの軸心に直交する面の面内方向に対し、満遍なくほぼ均一に圧縮力が掛かることとなる。これにより熱応力によるクラック発生に対して、より高い抑制効果が図られる。
In a preferred aspect of the DPF disclosed herein, the local compressive force is applied substantially uniformly over the entire outer periphery at the outer peripheral end of the DPF.
According to such a DPF, a compressive force is uniformly applied almost uniformly in the in-plane direction of the surface orthogonal to the axis of the DPF at the outer peripheral edge of the outer peripheral end of the DPF. Thereby, the higher suppression effect with respect to the crack generation by a thermal stress is achieved.

ここに開示されるDPFの他の好ましい一態様では、上記略一様の圧縮力は、拘束バンドで上記DPFの外周を締め付けることにより実現されていることを特徴とする。
かかるDPFによると拘束バンド(バンド状器具)により、特に熱応力が発生し易い箇所である下流側端部または上流側端部に対して、選択的に略一様の圧縮力を負荷することができる。このためハニカム構造体の素材や規模などに依存して変化するクラックの発生モード、位置、または程度に応じて、適切な大きさの上記圧縮力を簡便に負荷することができる。またかかる拘束バンドを用いると、DPFの端部に上記圧縮力を負荷しつつ、該DPFの胴部に対しては上記圧縮力を掛けないようにすることが可能である。このため、リングオフクラックなど、DPFの胴部への過度な圧縮力の負荷に由来するクラック発生を防止することができる。
In another preferable aspect of the DPF disclosed herein, the substantially uniform compressive force is realized by tightening an outer periphery of the DPF with a restraining band.
According to such a DPF, it is possible to selectively apply a substantially uniform compressive force to the downstream end or the upstream end, which is a place where thermal stress is particularly likely to occur, by the restraining band (band-shaped instrument). it can. For this reason, the compression force of an appropriate magnitude can be easily applied in accordance with the crack generation mode, position, or degree that varies depending on the material and scale of the honeycomb structure. Further, when such a restraining band is used, it is possible to apply the compressive force to the end portion of the DPF and not apply the compressive force to the body portion of the DPF. For this reason, it is possible to prevent the occurrence of cracks such as ring-off cracks originating from an excessive compressive force applied to the body portion of the DPF.

ここに開示されるDPFの他の好ましい一態様では、上記DPFの端面から少なくとも20mmよりも近い外周端部領域に上記拘束バンドの一部が重なるように設置されることを特徴とする。
かかるDPFによると、PMの異常燃焼など急激な温度変化により発生する熱応力に由来する外周端部近傍のクラック発生を効果的に抑制することができる。
In another preferred aspect of the DPF disclosed herein, the DPF is installed so that a part of the restraint band overlaps with an outer peripheral end region closer than at least 20 mm from the end face of the DPF.
According to such a DPF, it is possible to effectively suppress the generation of cracks in the vicinity of the outer peripheral end portion derived from thermal stress generated by a rapid temperature change such as abnormal combustion of PM.

ここに開示されるDPFの他の好ましい一態様では、上記拘束バンドの幅(即ちDPFの外周端部領域を拘束する部分の幅)が5mm以上20mm以下であることを特徴とする。
かかるDPFによると、急激な温度変化により発生する熱応力の主要な発生部位に対し、適切に上記拘束バンドにより圧縮力を負荷することができるため、クラック発生の抑制を図ることができる。
In another preferred aspect of the DPF disclosed herein, the width of the restraining band (that is, the width of the portion restraining the outer peripheral end region of the DPF) is 5 mm or more and 20 mm or less.
According to such a DPF, it is possible to appropriately apply a compressive force to the main generation site of thermal stress generated by a rapid temperature change by the restraining band, and thus it is possible to suppress the generation of cracks.

ここに開示されるDPFの他の好ましい一態様では、上記圧縮力を掛けることにより上記DPFに負荷される圧力が25℃において1MPa以上5MPa以下であることを特徴とする。
かかるDPFによると内燃機関が高負荷で作動した場合や、DPF内のPM異常燃焼により該DPFが高温(典型的には400℃以上900℃以下)に加熱された場合であっても、上記DPFに対して正の値である上記圧力(または圧縮力)が負荷された状態(より好ましくはDPFの外周部における温度が500℃である場合において0.2MPa以上の圧力が負荷された状態)に保たれ得る。このため、かかる高温状態においても熱応力によるクラック発生を抑制することができる。
In another preferable aspect of the DPF disclosed herein, the pressure applied to the DPF by applying the compressive force is 1 MPa or more and 5 MPa or less at 25 ° C.
According to such a DPF, even when the internal combustion engine operates at a high load or when the DPF is heated to a high temperature (typically 400 ° C. or more and 900 ° C. or less) due to abnormal PM combustion in the DPF, the DPF In a state in which the pressure (or compressive force) that is a positive value is loaded (more preferably in a state in which a pressure of 0.2 MPa or more is loaded when the temperature at the outer peripheral portion of the DPF is 500 ° C.) Can be kept. For this reason, generation | occurrence | production of the crack by a thermal stress can be suppressed also in this high temperature state.

ここに開示される排ガス浄化装置は、本明細書に開示されたいずれかのDPFを使用することを特徴とする。
かかる排ガス浄化装置によるとSMLが向上するため、PM再生までのインターバルが長くなり、燃費の向上及び信頼性の向上が図られる。
The exhaust gas purifying apparatus disclosed herein uses any of the DPFs disclosed in this specification.
According to such an exhaust gas purifying apparatus, since SML is improved, an interval until PM regeneration is extended, and fuel efficiency and reliability are improved.

一実施形態に係る排ガス浄化装置の概略図である。It is the schematic of the exhaust gas purification apparatus which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る排ガス浄化装置における制御部の構成を模式的に説明した図である。It is the figure which demonstrated typically the structure of the control part in the exhaust gas purification apparatus which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係るDPFにおいて使用されるハニカム構造体の斜視図である。It is a perspective view of the honeycomb structure used in DPF concerning one embodiment. 一実施形態に係るDPFの斜視図である。It is a perspective view of DPF concerning one embodiment. 一実施形態に係るDPFにおいて使用される拘束バンドの斜視図である。It is a perspective view of the restraint band used in DPF concerning one embodiment. 一実施形態に係るDPFの斜視図である。It is a perspective view of DPF concerning one embodiment. 一実施形態に係るDPFの斜視図である。It is a perspective view of DPF concerning one embodiment. 一実施形態に係る排ガス浄化部の断面図である。It is sectional drawing of the exhaust gas purification part which concerns on one Embodiment. 実施例1、3及び比較例1に係るDPFについて、非定常強制再生試験を行った際に設置した熱電対の設置場所を説明する図である。It is a figure explaining the installation place of the thermocouple installed when performing the unsteady forced regeneration test about DPF which concerns on Example 1, 3 and Comparative Example 1. FIG. 実施例1に係るDPFについて煤堆積量が8.3g/個である場合の、非定常強制再生試験における温度挙動を示した図である(縦軸:温度(℃)、横軸:時間(秒))。It is the figure which showed the temperature behavior in the unsteady forced regeneration test in case the soot accumulation amount is 8.3 g / piece | unit about the DPF which concerns on Example 1. (A vertical axis | shaft: Temperature (degreeC), A horizontal axis: Time (second) )). 比較例1に係るDPFについて煤堆積量が6.7g/個である場合の、非定常強制再生試験における温度挙動を示した図である(縦軸:温度(℃)、横軸:時間(秒))。It is the figure which showed the temperature behavior in the unsteady forced regeneration test in case the soot accumulation amount is 6.7 g / piece | unit about the DPF which concerns on the comparative example 1 (a vertical axis | shaft: temperature (degreeC), a horizontal axis: time (second). )). 比較例1に係るDPF(煤堆積量:6.7g/個)についての非定常強制再生試験後の下流側端面の写真である。It is a photograph of the downstream end face after the unsteady forced regeneration test about DPF (soot accumulation amount: 6.7 g / piece) concerning comparative example 1. 比較例1に係るDPFについての急冷試験後の上流側端面の写真である。It is a photograph of the upstream end face after the rapid cooling test about DPF concerning the comparative example 1.

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. Note that matters other than matters specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention can be grasped as design matters of those skilled in the art based on the prior art in this field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field.

ここで開示されるDPF及び該DPFを備える排ガス浄化装置の一実施形態について図面を用いて説明する。図1及び図2に示すように、本実施形態に係る排ガス浄化装置100は大まかに言って、ディーゼルエンジンを主体とするエンジン部1(エンジン部1にはエンジンを駆動するためのアクセルその他の操作系を含む。)と、該エンジン部1に連通する排気系に設けられる排ガス浄化部40と、該排ガス浄化部40と該エンジン部1との間の制御を司るECU(電子制御ユニット)30とにより構成されている。   An embodiment of the DPF disclosed herein and an exhaust gas purification apparatus including the DPF will be described with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 and 2, the exhaust gas purification apparatus 100 according to this embodiment is roughly an engine unit 1 mainly composed of a diesel engine (the engine unit 1 includes an accelerator for driving the engine and other operations. An exhaust gas purification unit 40 provided in an exhaust system communicating with the engine unit 1, and an ECU (electronic control unit) 30 that controls the exhaust gas purification unit 40 and the engine unit 1. It is comprised by.

エンジン部1は、典型的には複数ある燃焼室2と、燃料タンク24に連通する燃料ポンプ23および燃料供給管22を介して供給されてきた燃料を各燃焼室2に噴射する燃料噴射弁3とを備えている。各燃焼室2は、吸気マニホルド4および排気マニホルド5と連通している。吸気マニホルド4は吸気ダクト6を介して、排気ターボチャージャ7のコンプレッサ7aの出口に接続されている。コンプレッサ7aの入口は、吸入空気量検出器8を介してエアクリーナ9に接続されている。吸気ダクト6内にはスロットル弁10が配置されている。吸気ダクト6の周りには、吸気ダクト6内を流れる空気を冷却するための冷却装置11が配置されている。排気マニホルド5は、排気ターボチャージャ7の排気タービン7bの入口に接続されている。排気タービン7bの出口は、排気管12に接続されている。   The engine unit 1 typically includes a plurality of combustion chambers 2, a fuel pump 23 communicating with a fuel tank 24, and a fuel injection valve 3 that injects fuel supplied via a fuel supply pipe 22 into each combustion chamber 2. And. Each combustion chamber 2 communicates with an intake manifold 4 and an exhaust manifold 5. The intake manifold 4 is connected to the outlet of the compressor 7 a of the exhaust turbocharger 7 via the intake duct 6. An inlet of the compressor 7 a is connected to an air cleaner 9 via an intake air amount detector 8. A throttle valve 10 is disposed in the intake duct 6. Around the intake duct 6, a cooling device 11 for cooling the air flowing in the intake duct 6 is arranged. The exhaust manifold 5 is connected to the inlet of the exhaust turbine 7 b of the exhaust turbocharger 7. The outlet of the exhaust turbine 7 b is connected to the exhaust pipe 12.

排気マニホルド5と吸気マニホルド4とは、排ガス再循環(以下、EGRと称する。)通路18を介して互いに連結されている。EGR通路18内には、電子制御式の制御弁19が配置されている。また、EGR通路18の周りには、EGR通路18内を流れるEGRガスを冷却するための冷却装置20が配置されている。   The exhaust manifold 5 and the intake manifold 4 are connected to each other via an exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as EGR) passage 18. An electronically controlled control valve 19 is disposed in the EGR passage 18. A cooling device 20 for cooling the EGR gas flowing in the EGR passage 18 is disposed around the EGR passage 18.

排気管12内には、排ガス中に燃料を供給(噴射)する燃料供給弁15が配置されており、さらに下流側には排ガス浄化部40が配置されている。排ガス浄化部40は、排ガス中のCOやHCを酸化するための酸化触媒50と、排ガス中のPMを捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)60を備えている。   A fuel supply valve 15 that supplies (injects) fuel into the exhaust gas is disposed in the exhaust pipe 12, and an exhaust gas purification unit 40 is disposed further downstream. The exhaust gas purification unit 40 includes an oxidation catalyst 50 for oxidizing CO and HC in the exhaust gas, and a diesel particulate filter (DPF) 60 that collects PM in the exhaust gas.

図2に示すように、ECU30は、エンジン部1と排ガス浄化部40との間の制御を行うユニットであり、デジタルコンピュータを含んでいる。ECU30は、双方向性バスによって互いに接続されたROM(リードオンメモリ)、RAM(ランダムアクセスメモリ)、CPU(マイクロプロセッサ)、入力ポートおよび出力ポートを有している。
図示しないアクセルペダルには、アクセルペダルの踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサが接続されている。該負荷センサの出力電圧は、対応するAD変換機を介して入力ポートに入力される。更に入力ポートには、クランクシャフトが所定の角度(例えば15°)回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサが接続される。
As shown in FIG. 2, the ECU 30 is a unit that performs control between the engine unit 1 and the exhaust gas purification unit 40, and includes a digital computer. The ECU 30 has a ROM (read-on memory), a RAM (random access memory), a CPU (microprocessor), an input port, and an output port that are connected to each other via a bidirectional bus.
A load sensor that generates an output voltage proportional to the amount of depression of the accelerator pedal is connected to an accelerator pedal (not shown). The output voltage of the load sensor is input to the input port via the corresponding AD converter. Further, a crank angle sensor that generates an output pulse every time the crankshaft rotates by a predetermined angle (for example, 15 °) is connected to the input port.

排ガス浄化部40における温度センサ及び差圧センサからの出力信号は、それぞれ対応するAD変換機を介して入力ポートに入力される。一方、出力ポートは、対応する駆動回路を介して燃料噴射弁3、スロットル弁10の駆動用ステップモータ、制御弁19、燃料タンク24に連通する燃料ポンプ23及び燃料供給弁15に接続されている。このように、燃料噴射弁3、燃料供給弁15等は、ECU30により制御されている。
なお、上述の制御系自体は本発明を特徴付けるものではなく、従来この種の内燃機関(ディーゼルエンジン)で採用されるものでよく、これ以上の詳細な説明は省略する。
Output signals from the temperature sensor and the differential pressure sensor in the exhaust gas purification unit 40 are input to the input port via corresponding AD converters. On the other hand, the output port is connected to the fuel injection valve 3, the step motor for driving the throttle valve 10, the control valve 19, the fuel pump 23 communicating with the fuel tank 24, and the fuel supply valve 15 through corresponding drive circuits. . In this way, the fuel injection valve 3, the fuel supply valve 15, and the like are controlled by the ECU 30.
The above-described control system itself does not characterize the present invention, and may be conventionally employed in this type of internal combustion engine (diesel engine), and further detailed description thereof is omitted.

次に、本発明を特徴付ける排ガス浄化部40に備えられたDPF60について説明する。ここに開示されるDPF60は筒状のハニカム構造体を備える。
図3に示すように、上記ハニカム構造体70は規則的に配列したセル72を有する。ここでハニカム構造体70としては、該ハニカム構造体70の両端面において隣接するセル72が、互いに反対側の端面を目封じされていることを特徴とするウォールフロータイプのハニカム構造体70が好適に用いられる。ウォールフロータイプのハニカム構造体70は、排ガスが上記ハニカム構造体70の多孔質隔壁を介してセル72間を流通する間にPMが捕集されるものであり、捕集効率が良好であり製造も容易である。
上記ハニカム構造体70は、ディーゼル機関が高負荷条件で運転された際に発生する高温(例えば400℃以上)の排ガスに急激に曝されたときにも安定した性状を有するものであればよく、従来、この種のハニカム構造体70に用いられる材料を用いることができる。該材料としては、コージェライト、チタン酸アルミニウム、炭化ケイ素(SiC)などのセラミックス、またはステンレスなどの金属(合金)が挙げられる。この中で、コージェライト及びチタン酸アルミニウムは熱膨張係数が比較的小さく、本明細書に開示された技術により優れた効果、即ち、DPF60外周端部における圧縮力負荷によるクラック発生の抑制効果、が発現し易いため特に好適に用いられ得る。
Next, the DPF 60 provided in the exhaust gas purification unit 40 characterizing the present invention will be described. The DPF 60 disclosed herein includes a tubular honeycomb structure.
As shown in FIG. 3, the honeycomb structure 70 has regularly arranged cells 72. Here, as the honeycomb structure 70, a wall flow type honeycomb structure 70 characterized in that the cells 72 adjacent to each other on both end faces of the honeycomb structure 70 are sealed at opposite end faces. Used for. The wall flow type honeycomb structure 70 is a structure in which PM is collected while the exhaust gas flows between the cells 72 through the porous partition walls of the honeycomb structure 70, and the collection efficiency is good. Is also easy.
The honeycomb structure 70 only needs to have a stable property even when it is suddenly exposed to high-temperature exhaust gas (for example, 400 ° C. or more) generated when the diesel engine is operated under a high load condition. Conventionally, the material used for this kind of honeycomb structure 70 can be used. Examples of the material include cordierite, aluminum titanate, ceramics such as silicon carbide (SiC), and metals (alloys) such as stainless steel. Among them, cordierite and aluminum titanate have a relatively small thermal expansion coefficient, and an excellent effect by the technique disclosed in the present specification, that is, an effect of suppressing the occurrence of cracks due to a compressive force load at the outer peripheral end of the DPF 60. Since it is easy to express, it can be particularly preferably used.

また、ここに開示されるDPF60は上流側端部または下流側端部の少なくとも一方の外周端部において、外方から中心方向に向けて圧縮力が掛けられている。
上記圧縮力を負荷する手段としては、上記DPF60の外周端部において中心方向に向かって圧縮力(または圧力)を負荷することができるものであれば、特に限定されないが、以下に具体的手段を例示する。なお下記の例示は、上記圧縮力の負荷手段を限定する目的で記載したものではない。
上記圧縮力の負荷手段としては、例えば、拘束バンドで上記DPF60の外周を締め付けることが挙げられる。即ち、上記DPF60の外周部に上記拘束バンドを一定の引っ張り力を掛けながら巻き付け、該引っ張り力を維持するようにバンド固定器具(バンドクランプ)により該拘束バンドを固定することにより行うことができる。上記拘束バンドを圧縮力の負荷手段として使用すると、上記DPF60の外周端部において上記圧縮力を外周全域に亘って略一様に掛けることが可能となるため好適である。
また他の例では、ホースクランプまたはホースバンドを上記DPF60の外周部に設置し、付属するねじを締め付ける、または、ばね式固定器具により固定する等により上記DPF60の外周端部において圧縮力を掛けることができる。
上述する圧縮力を掛けるために使用される器具(典型的には上記拘束バンド)の材料としてはチタン、銅、ステンレス、形状記憶合金など、融点が概ね900℃以上(より好適には1000℃以上、さらに好適には1300℃以上)の金属または合金が好適に用いられる。
Further, in the DPF 60 disclosed herein, a compressive force is applied from the outside toward the center at at least one outer peripheral end of the upstream end or the downstream end.
The means for applying the compressive force is not particularly limited as long as the compressive force (or pressure) can be applied toward the center at the outer peripheral end of the DPF 60. Specific means are described below. Illustrate. In addition, the following illustration is not described in order to limit the load means of the said compression force.
Examples of the compressing force loading means include tightening the outer periphery of the DPF 60 with a restraining band. That is, it can be performed by winding the restraining band around the outer periphery of the DPF 60 while applying a certain pulling force, and fixing the restraining band with a band fixing device (band clamp) so as to maintain the pulling force. The use of the restraining band as a compressive force loading means is preferable because the compressive force can be applied substantially uniformly over the entire outer peripheral end of the DPF 60.
In another example, a hose clamp or a hose band is installed on the outer periphery of the DPF 60, and a compressive force is applied to the outer periphery of the DPF 60 by tightening an attached screw or fixing with a spring-type fixing device. Can do.
The material used for applying the compressive force described above (typically, the above-mentioned restraint band) has a melting point of approximately 900 ° C. or higher (more preferably 1000 ° C. or higher, such as titanium, copper, stainless steel, shape memory alloy). More preferably, a metal or alloy at 1300 ° C. or higher is preferably used.

図4は上記DPF60の下流側端部に上記拘束バンドを局所的に巻き付けることにより局所的に上記圧縮力を掛けている一実施態様について説明した図である。即ち、図4に示すDPF60Aでは、該DPF60Aを排気通路においた際に排ガスが流出する側(図中では「Rr側」と記載)の端面近傍の外周縁において、拘束バンド80を局所的に巻き付けることにより上記圧縮力を掛けている。
また図5では上記拘束バンド80の構成について説明する。即ち、上記拘束バンド80は一定の幅及び厚さを有するバンド部82と、該バンド部82を固定するためのバンド固定器具(バンドクランプ)84とを備えている。
FIG. 4 is a diagram for explaining an embodiment in which the compressive force is locally applied by locally wrapping the restraining band around the downstream end of the DPF 60. That is, in the DPF 60A shown in FIG. 4, when the DPF 60A is placed in the exhaust passage, the restraining band 80 is locally wound around the outer peripheral edge in the vicinity of the end surface on the side from which the exhaust gas flows (described as “Rr side” in the drawing) Therefore, the compression force is applied.
FIG. 5 illustrates the configuration of the restraining band 80. That is, the restraining band 80 includes a band portion 82 having a certain width and thickness, and a band fixing device (band clamp) 84 for fixing the band portion 82.

図6は上記DPF60の上流側端部に局所的に上記圧縮力が負荷されている場合の、DPF60Bについて説明した図である。即ち、ここに開示されるDPF60Bは、該DPF60Bを排気通路においた際に排ガスが流入する側(図中では「Fr側」と記載)の端面近傍の外周縁において、上記拘束バンド80が局所的に巻き付けられることにより、局所的に上記圧縮力が負荷されている。
また図7は上記DPF60の上流側端部および下流側端部の両方に局所的に上記圧縮力が掛けられている場合の、DPF60Cについて説明した図である。即ち、ここに開示されるDPF60Cは、上記上流側(Fr側)及び上記下流側(Rr側)の両端面近傍の外周縁において、上記拘束バンド80が局所的に巻き付けられ、上流側端部および下流側端部の両方に局所的に上記圧縮力が負荷されている。
6 is a diagram illustrating the DPF 60B when the compressive force is locally applied to the upstream end portion of the DPF 60. FIG. That is, in the DPF 60B disclosed herein, the restraining band 80 is locally disposed on the outer peripheral edge in the vicinity of the end face on the side (referred to as “Fr side” in the drawing) into which the exhaust gas flows when the DPF 60B is placed in the exhaust passage. By being wound around, the compressive force is locally applied.
FIG. 7 is a diagram illustrating the DPF 60C when the compressive force is locally applied to both the upstream end and the downstream end of the DPF 60. That is, in the DPF 60C disclosed herein, the restraining band 80 is locally wound around the outer peripheral edges in the vicinity of both the upstream side (Fr side) and the downstream side (Rr side), and the upstream end and The compressive force is locally applied to both downstream ends.

上記拘束バンド80は、上記DPF60の端面から少なくとも20mmよりも近い外周端部領域に上記拘束バンド80の一部が重なるように設置されることが好ましい。即ち、上記拘束バンド80の上記端面に近い方の端が、上記DPF60の端面から20mm以上離れている状態で巻き付けられることはあまり好ましくない。上記DPF60の端面と該端面に近い方の拘束バンド80の端までの距離が20mmより大きい場合、温度が急激に上昇して熱応力が発生し易いDPF端面近傍の部位と、上記圧縮力の負荷により熱応力緩和が可能である部位との重なりが小さくなるため、クラック発生抑制効果が低下しがちである。またウォールフロータイプのDPF60を用いた場合は、目封じ材が施され相対的に強度が増しているDPFの端面近傍部位と、上記拘束バンド80の巻き付け部位との重なりが小さくなるため、大きい圧縮力を負荷することができなくなり、クラック発生抑制効果が減少する虞がある。
上記DPF60の端面と該端面に近い方の拘束バンド80の端までの距離は15mm以下(さらには10mm以下、さらには5mm以下、例えば0mm以上3mm以下)であるとより好適である。
The restraint band 80 is preferably installed so that a part of the restraint band 80 overlaps with an outer peripheral end region closer than at least 20 mm from the end face of the DPF 60. That is, it is not preferable that the end of the restraining band 80 that is closer to the end face is wound in a state where it is separated from the end face of the DPF 60 by 20 mm or more. When the distance from the end face of the DPF 60 to the end of the restraining band 80 closer to the end face is greater than 20 mm, the temperature is rapidly increased and a portion near the DPF end face where thermal stress is likely to occur, and the load of the compressive force Therefore, the effect of suppressing the occurrence of cracks tends to be reduced because the overlap with the portion where thermal stress relaxation is possible is reduced. Further, when the wall flow type DPF 60 is used, since the overlap between the portion near the end face of the DPF to which the sealing material is applied and the strength is relatively increased and the portion where the restraint band 80 is wound is reduced, the compression is large. There is a possibility that the force cannot be applied, and the crack generation suppressing effect is reduced.
It is more preferable that the distance between the end face of the DPF 60 and the end of the restraining band 80 closer to the end face is 15 mm or less (more 10 mm or less, further 5 mm or less, for example, 0 mm or more and 3 mm or less).

また、上記拘束バンド80の幅は5mm以上20mm以下(より好適には6mm以上15mm以下、さらに好適には8mm以上13mm以下)であることが好ましい。上記拘束バンド80の幅が5mmより細すぎる場合、熱応力が発生するDPF60の部位に対して圧縮力の負荷部位の幅が小さすぎるために、クラック発生抑制効果が減少しがちである。また上記拘束バンド80の幅が50mmより広すぎる場合は、熱応力緩和の効果が飽和しており、さらに圧縮力の負荷に由来する別モードのクラック(例えばリングオフクラック)を誘発する虞がある。ここで上記リングオフクラックは上記DPF60の軸方向の伸縮を拘束した場合に起こり易い。   The width of the restraining band 80 is preferably 5 mm or more and 20 mm or less (more preferably 6 mm or more and 15 mm or less, and further preferably 8 mm or more and 13 mm or less). When the width of the restraint band 80 is too narrow than 5 mm, the crack generation suppression effect tends to decrease because the width of the load portion of the compressive force is too small with respect to the portion of the DPF 60 where the thermal stress is generated. Further, when the width of the restraint band 80 is too wide than 50 mm, the effect of thermal stress relaxation is saturated, and there is a risk of inducing another mode crack (for example, ring-off crack) derived from the load of compressive force. . Here, the ring-off crack is likely to occur when the expansion and contraction of the DPF 60 in the axial direction is restricted.

上記圧縮力を掛けることにより上記DPF60に負荷される圧力(または圧縮応力)は、25℃において0.5MPa以上6MPa以下(より好適には1MPa以上5MPa以下、さらに好適には1.5MPa以上4MPa以下、例えば2MPa以上3MPa以下)であることが好適である。25℃における上記圧力が0.5MPaより小さすぎる場合、クラック発生の抑制効果が小さくなる虞がある。またこの場合、後述するように上記圧縮力を負荷する手段が金属製の拘束バンドである場合など、上記圧縮力の負荷器具が上記DPF60よりも熱膨張し易いものであった場合、上記DPF60が高温に加熱された場合に適当な圧縮力が負荷されなくなる虞がある。また25℃における上記圧力が6MPaより大きすぎる場合、DPF60を構成するハニカム構造体の強度を上回って上記圧縮力が負荷される虞があり、クラックまたは割れなどの欠陥発生の要因となり得る。   The pressure (or compressive stress) applied to the DPF 60 by applying the compressive force is 0.5 MPa to 6 MPa (more preferably 1 MPa to 5 MPa, more preferably 1.5 MPa to 4 MPa at 25 ° C. For example, 2 MPa or more and 3 MPa or less). When the pressure at 25 ° C. is too smaller than 0.5 MPa, the effect of suppressing the occurrence of cracks may be reduced. Further, in this case, when the means for applying the compressive force is a metal restraining band as will be described later, when the compressive force load device is more easily thermally expanded than the DPF 60, the DPF 60 is When heated to a high temperature, there is a risk that an appropriate compressive force will not be applied. On the other hand, if the pressure at 25 ° C. is more than 6 MPa, the compressive force may be applied exceeding the strength of the honeycomb structure constituting the DPF 60, which may cause defects such as cracks or cracks.

上記圧縮力負荷のために使用する器具(典型的には拘束バンド80)はDPF60の外周縁に直接触れるように設置することが可能である。一方、該器具と該DPF60との間隙には、耐熱性のある(典型的には無機材料を主体とする)マットなどを緩衝材として挟み込んでもよい。上記緩衝材は、DPFと上記器具との接触部位において該器具により負荷される圧縮力を均一化する機能(即ち緩衝機能)を有するだけでなく、断熱機能を有するものであるとより好適である。かかる緩衝材(さらには断熱材)によると、PM再生時などに高温(例えば500℃程度)となる上記DPF60からの伝熱による上記器具の温度上昇を抑制することができ、上記器具の熱膨張による圧縮力低下が抑制される。上記緩衝材としては、アルミナ繊維またはシリカ繊維を主体とするセラミックマット、あるいはセラミックウールなどが好適に用いられる。   The instrument used for the compressive force load (typically, the restraining band 80) can be installed so as to directly touch the outer peripheral edge of the DPF 60. On the other hand, a heat-resistant mat (typically mainly composed of an inorganic material) or the like may be sandwiched between the device and the DPF 60 as a buffer material. It is more preferable that the cushioning material not only has a function of uniformizing the compressive force applied by the instrument at the contact portion between the DPF and the instrument (that is, a cushioning function) but also has a heat insulating function. . According to such a cushioning material (and further a heat insulating material), it is possible to suppress an increase in temperature of the device due to heat transfer from the DPF 60 that becomes a high temperature (for example, about 500 ° C.) during PM regeneration, etc., and thermal expansion of the device Compressive force drop due to is suppressed. As the buffer material, a ceramic mat mainly composed of alumina fiber or silica fiber, or ceramic wool is preferably used.

次に、上記DPF60を用いて形成された排ガス浄化部40の一実施態様を図8に示す。ここに開示される排ガス浄化部40は、上記DPF60及び該DPF60の上流側に設置される酸化触媒(DOC)50、およびこれらが収容されて形成される触媒コンバータ90を備える。上記触媒コンバータ90は、上記DPF60及び酸化触媒50が、それぞれの胴部外周にマットやネットなどの保持部材92が配置された上で触媒コンバータケース94内に圧入収容されて形成される。
上記DPF60において、上記保持部材92は上記拘束バンド80を巻き付けた部位と重ならない部位に巻き付けられることが好ましい。具体的には上記保持部材92は、上記DPF60の両端面から15mm以上30mm以下(より好ましくは20mm以上25mm以下)離れた胴部外周において使用することが好ましい。
上記保持部材92は触媒コンバータケース94の中で上記DPF60、または上記酸化触媒50が移動し、触媒コンバータケース94と衝突することにより発生するDPF60または酸化触媒50のクラック、割れ等を防止することを主たる目的として使用されるものであり、従来、この種の目的で用いられているものを用いることができる。上記保持部材92としては、例えばアルミナ繊維またはシリカ繊維を主体とするセラミックマット、又は金属製ネットなどを好適に用いることができる。
Next, an embodiment of the exhaust gas purification unit 40 formed using the DPF 60 is shown in FIG. The exhaust gas purification unit 40 disclosed herein includes the DPF 60, an oxidation catalyst (DOC) 50 installed on the upstream side of the DPF 60, and a catalytic converter 90 formed by housing these. The catalytic converter 90 is formed by press-fitting and storing the DPF 60 and the oxidation catalyst 50 in a catalytic converter case 94 after a holding member 92 such as a mat or a net is disposed on the outer periphery of each body portion.
In the DPF 60, the holding member 92 is preferably wound around a portion that does not overlap with the portion around which the restraining band 80 is wound. Specifically, the holding member 92 is preferably used on the outer periphery of the body portion that is 15 mm or more and 30 mm or less (more preferably 20 mm or more and 25 mm or less) away from both end faces of the DPF 60.
The holding member 92 prevents cracks, cracks, etc. of the DPF 60 or the oxidation catalyst 50 generated when the DPF 60 or the oxidation catalyst 50 moves in the catalytic converter case 94 and collides with the catalytic converter case 94. It is used as a main purpose, and those conventionally used for this type of purpose can be used. As the holding member 92, for example, a ceramic mat mainly composed of alumina fibers or silica fibers, or a metal net can be preferably used.

ここに開示されるDPF60をPM再生する方法としては、従来知られているような酸化触媒を用いた連続再生方法や、ヒーターやバーナーによる加熱再生方式等の技術により行うことができる。上記図8に示す排ガス浄化部40では、DPF60の上流側に配置された酸化触媒50に対し燃料が添加されることにより、該酸化触媒50において酸化熱が生じ、該酸化熱により下流側のDPF60が加熱される。上記DPF60が十分に高温となると堆積したPMが燃焼し、該DPF60のPM再生がなされる。   The method for regenerating PM of the DPF 60 disclosed herein can be performed by techniques such as a conventionally known continuous regeneration method using an oxidation catalyst or a heating regeneration method using a heater or a burner. In the exhaust gas purification unit 40 shown in FIG. 8, the fuel is added to the oxidation catalyst 50 disposed on the upstream side of the DPF 60, so that oxidation heat is generated in the oxidation catalyst 50, and the downstream side DPF 60 is generated by the oxidation heat. Is heated. When the DPF 60 reaches a sufficiently high temperature, the deposited PM burns and PM regeneration of the DPF 60 is performed.

以下、本発明に関するいくつかの実施例につき説明するが、本発明をかかる具体例に示
すものに限定することを意図したものではない。
Several examples relating to the present invention will be described below, but the present invention is not intended to be limited to those shown in the specific examples.

<実施例1>
セル数300cpsi(cells per square inch)、セル壁厚0.3mm、セル壁のピッチ1.47mm、容量3L、全長150mm、外径寸法160mmであり、気孔率が48%のコージェライト製ウォールフローDPFを用意した。該DPFのセル壁表面に所定量のアルミナ及び所定量の貴金属をコートした。
次に上記DPFの下流側端部において、中心方向への圧縮力を負荷するために拘束バンドを巻き付け固定した。具体的には上記DPFの軸方向に直交する端面のうち、該DPFを自動車の排気通路に設置したときに排ガスの流出側となる下流側端面近傍の外周縁に、幅9.6mm、厚さ0.5mmのステンレス製バンド(BAND−IT社製)を巻き付けた。このときDPFの上記下流側端面と、該端面に近い方のバンド端部との距離が5mmより大きくならないように配置した。上記バンドは常温(25℃)において、単位幅当たりS=163.5kg/cmの引っ張り力で締め付け、バンドに付属しているバンド締め具(バンドクランプ)によりバンドを固定することにより、上記引っ張り力を維持したままバンドを上記DPFに装着した。このときバンドクランプ部とDPFとの接触面(あるいは接触点)には少量のセラミックウールを挟み込み緩衝材とした。
<Example 1>
Cordierite wall flow DPF with a cell count of 300 cpsi (cells per square inch), cell wall thickness of 0.3 mm, cell wall pitch of 1.47 mm, capacity of 3 L, total length of 150 mm, outer diameter of 160 mm, and porosity of 48% Prepared. A predetermined amount of alumina and a predetermined amount of noble metal were coated on the cell wall surface of the DPF.
Next, a restraining band was wound and fixed at the downstream end of the DPF in order to load a compressive force in the center direction. Specifically, among the end faces orthogonal to the axial direction of the DPF, a width of 9.6 mm and a thickness are formed on the outer peripheral edge in the vicinity of the downstream end face that becomes the exhaust gas outflow side when the DPF is installed in the exhaust passage of the automobile. A 0.5 mm stainless steel band (manufactured by BAND-IT) was wound. At this time, the DPF was disposed so that the distance between the downstream end surface of the DPF and the band end portion closer to the end surface was not larger than 5 mm. The band is tightened at a normal temperature (25 ° C.) with a pulling force of S = 163.5 kg / cm per unit width, and the band is fixed by a band clamp attached to the band. The band was attached to the DPF while maintaining the above. At this time, a small amount of ceramic wool was sandwiched between the contact surface (or contact point) between the band clamp portion and the DPF to obtain a cushioning material.

上述の様に、一定幅を有するバンド材料を用いて円柱形状(筒状)を有するDPFの外周縁の一部に圧縮応力を負荷した場合、バンド装着部においてDPFに掛かる圧力(面圧)(q)は上記単位幅当たりの引っ張り力(S)と、DPFの軸芯に直交する断面の半径(r)を用いて以下の様に算出される。
q=S/r=163.5(kg/cm)/8(cm)=20.4(kg/cm
=2.0MPa
本実施例のように、常温(25℃)において上記圧力(2.0MPa)を負荷した場合、例えPMの異常燃焼などによりバンド装着部のDPF外壁の温度が500℃まで昇温し、拘束バンド(ステンレス製)の熱膨張によりDPFに負荷される圧力が低下した場合であっても、該圧力(500℃)は0.5MPaを下回らないことを確認した。
上記製造方法により製造したバンド装着DPFを実施例1に係るDPFとする。
As described above, when a compressive stress is applied to a part of the outer periphery of a DPF having a cylindrical shape (cylindrical shape) using a band material having a certain width, the pressure (surface pressure) applied to the DPF in the band mounting portion ( q) is calculated as follows using the pulling force (S) per unit width and the radius (r) of the cross section perpendicular to the axis of the DPF.
q = S / r = 163.5 (kg / cm) / 8 (cm) = 20.4 (kg / cm 2 )
= 2.0 MPa
When the above pressure (2.0 MPa) is applied at room temperature (25 ° C.) as in this embodiment, the temperature of the DPF outer wall of the band mounting portion is raised to 500 ° C. due to abnormal combustion of PM, etc. It was confirmed that the pressure (500 ° C.) did not fall below 0.5 MPa even when the pressure applied to the DPF was lowered due to the thermal expansion of (stainless steel).
The band-mounted DPF manufactured by the above manufacturing method is defined as a DPF according to the first embodiment.

<実施例2>
実施例1に係るDPFの上記製造方法において、バンドの装着部をDPFの下流側端部ではなく、上流側端部のみとしたDPFを製造した。具体的には、上記DPFの端面のうち、該DPFを自動車の排気通路に設置したときに排ガスの流入側となる上流側端面近傍の外周縁に、上記実施例1において用いたのと同様のバンド材を巻き付けて固定した。このときDPFの上記上流側端面と、該端面に近い方のバンド端部との距離は5mmより大きくならないように配置した。上記バンドによる引っ張り力、及び、常温(25℃)におけるバンド装着部において負荷される圧力は上記実施例1と同様とした。かかる製造方法により製造されたバンド装着DPFを実施例2に係るDPFとする。
<実施例3>
実施例1に係るDPFの上記製造方法において、バンドをDPFの下流側端部に加えて上流側端部にも装着(即ち、上流部と下流部の両端部にバンド装着)したDPFを製造した。具体的には実施例1と同様の下流側端部と、実施例2と同様の上流側端部の2箇所にバンドを装着したこと以外は、実施例1及び実施例2に係るDPFと同様の製造方法によりDPFを製造した。かかる製造方法により製造したバンド装着DPFを実施例3に係るDPFとする。
<比較例1>
上記実施例1において、DPFに対してバンドを装着しないこと以外は実施例1と同様にしたDPFを製造した。これを比較例1に係るDPFとする。
<Example 2>
In the above-described method for manufacturing a DPF according to Example 1, a DPF was manufactured in which the band mounting portion was not the downstream end of the DPF, but only the upstream end. Specifically, among the end faces of the DPF, the outer periphery in the vicinity of the upstream end face that becomes the exhaust gas inflow side when the DPF is installed in the exhaust passage of the automobile is the same as that used in the first embodiment. Band material was wound and fixed. At this time, the distance between the upstream end face of the DPF and the end of the band closer to the end face was set so as not to be larger than 5 mm. The pulling force by the band and the pressure applied to the band mounting part at room temperature (25 ° C.) were the same as in Example 1. The band-mounted DPF manufactured by such a manufacturing method is defined as a DPF according to the second embodiment.
<Example 3>
In the manufacturing method of the DPF according to Example 1, a DPF was manufactured in which a band was attached to the upstream end in addition to the downstream end of the DPF (that is, the band was attached to both ends of the upstream and downstream portions). . Specifically, it is the same as the DPFs according to the first and second embodiments except that the bands are attached to the two downstream ends as in the first embodiment and the upstream end as in the second embodiment. DPF was manufactured by the manufacturing method of. The band-mounted DPF manufactured by the manufacturing method is referred to as a DPF according to the third embodiment.
<Comparative Example 1>
In Example 1 above, a DPF was produced in the same manner as Example 1 except that no band was attached to the DPF. This is the DPF according to Comparative Example 1.

<煤(PM)堆積試験>
上記DPFにおいてPMが十分量堆積し、該PMを燃焼させることによりDPFを再生させる必要がある状態を再現するため、上記実施例及び比較例に係るDPFをエンジン排気管に装着しPMを捕集させた。具体的には、まず、上記実施例及び比較例に係るDPFの外周に両端20mmを空けて保持用のアルミナマット約50g(厚さ約8mm)を巻き、該アルミナマットを巻いた状態のDPFを金属製コンバータケースに圧入保持した。
次に、上記触媒コンバータに保持されたDPFを2.2Lエンジンの排気管に装着し、エンジン回転数1800rpm、主噴射量15mm/st、トルク55N・m、入りガス温度250℃となるようにエンジンを回転させ、排ガスをDPFに流入させることにより煤の堆積量が所定量(例えばDPF1個当たり煤が5〜10gの範囲内の所定量)となるようにPMをDPFに捕集した。その後、上記DPFを300℃で2時間熱処理することにより堆積したPMから可溶性有機成分(SOF成分)を除去した。
<Powder (PM) deposition test>
In order to reproduce the state in which a sufficient amount of PM accumulates in the DPF and the DPF needs to be regenerated by burning the PM, the DPF according to the embodiment and the comparative example is attached to the engine exhaust pipe and the PM is collected. I let you. Specifically, first, about 50 g (thickness: about 8 mm) of holding alumina mat is wound around the outer periphery of the DPF according to the above-described examples and comparative examples, and the DPF in a state where the alumina mat is wound is wound. It was press-fitted and held in a metal converter case.
Next, the DPF held by the catalytic converter is mounted on the exhaust pipe of the 2.2 L engine so that the engine speed is 1800 rpm, the main injection amount is 15 mm 3 / st, the torque is 55 N · m, and the input gas temperature is 250 ° C. By rotating the engine and flowing exhaust gas into the DPF, PM was collected in the DPF so that the amount of soot accumulated was a predetermined amount (for example, a predetermined amount within a range of 5 to 10 g of soot per DPF). Thereafter, the DPF was heat treated at 300 ° C. for 2 hours to remove soluble organic components (SOF components) from the deposited PM.

<非定常強制再生試験;DPF内温度測定とクラック発生の観測>
煤を所定量溜めたDPFに対し、該DPF内の温度を測定するために所定位置(後に詳述する。)に熱電対を設置し、再度エンジンの排気管に装着した。このとき上記図8に示すように該DPFの上流側である排気通路内に酸化触媒(DOC)を配置した。
上記酸化触媒は、セル数400cpsi、φ160mm×L100mm、容量2Lのハニカム基材に対して、アルミナ及びゼオライトを主体(120g/L)とし、白金2g/L、パラジウム1g/Lを混合したスラリーをコートし、乾燥後、350℃で1時間焼成させることにより製造した。
次に、エンジンを回転させ排ガスを排気通路内に流通させることにより酸化触媒(DOC)で酸化熱を発生させ、これにより下流側のDPFを加熱した。具体的にはまずエンジンをバイパス排管に接続し、エンジン回転数2000rpm、トルク100N・m、空気の質量流量(Ga)75±3g/秒となるようにエンジンを回転させたのち、排管をメイン排管に切り替え3分間保持した。その後、燃料添加前の触媒床温度であるベース床温が290℃である状態において、酸化触媒の上流から排気管へ燃料添加を開始し、酸化触媒で燃焼させることによりDPFを加熱した。
その後、DPFの入口における排ガス温度が680℃に達したところで直ちに燃料添加を止め、エンジン回転数を800rpm、空気質量流量(Ga)が9g/秒となるまで低下させた(いわゆるアイドリング状態にした)。上記操作により比較的低流量で酸素濃度の高いガスがDPF内に流入するため、DPF内に堆積したPMが一気に燃焼し、急速にDPF内床温が上昇する。
上記試験条件は、実車走行においてDPFを再生し始めたとき(即ちPMが堆積した状態でDPF入りガス温度が680℃近傍となったとき)に急減速または停車することによりDPF内の煤が一気に燃焼して熱暴走を起こす最悪な条件を模擬している。
上記、非定常強制再生試験時のDPF内の温度挙動、及び該試験が終了した後のクラック発生の有無を観測した。クラック発生の観測については、上記試験後に上記DPFを取り出し、該DPFの全体(特に下流端部付近、及び外周付近)を目視、または顕微鏡(光学顕微鏡または走査型電子顕微鏡)により観察することにより行った。
<Unsteady forced regeneration test; DPF temperature measurement and cracking observation>
For the DPF in which a predetermined amount of soot was accumulated, a thermocouple was installed at a predetermined position (to be described in detail later) in order to measure the temperature in the DPF, and was attached to the exhaust pipe of the engine again. At this time, as shown in FIG. 8, an oxidation catalyst (DOC) was placed in the exhaust passage upstream of the DPF.
The above oxidation catalyst is coated with a slurry of alumina and zeolite as the main component (120 g / L), platinum 2 g / L, and palladium 1 g / L mixed on a honeycomb substrate with 400 cpsi cells, φ160 mm × L100 mm and 2 L capacity. And dried and then fired at 350 ° C. for 1 hour.
Next, the engine was rotated to cause exhaust gas to flow through the exhaust passage, thereby generating oxidation heat with the oxidation catalyst (DOC), thereby heating the downstream DPF. Specifically, the engine is first connected to the bypass exhaust pipe, the engine is rotated so that the engine speed is 2000 rpm, the torque is 100 N · m, and the air mass flow rate (Ga) is 75 ± 3 g / second. Switch to main drain and hold for 3 minutes. Thereafter, in a state where the base bed temperature, which is the catalyst bed temperature before fuel addition, is 290 ° C., fuel addition is started from the upstream of the oxidation catalyst to the exhaust pipe, and the DPF is heated by burning with the oxidation catalyst.
After that, when the exhaust gas temperature at the DPF inlet reached 680 ° C., the fuel addition was stopped immediately, and the engine speed was reduced to 800 rpm and the air mass flow rate (Ga) was reduced to 9 g / sec (so-called idling state). . As a result of the above operation, a gas having a relatively low flow rate and a high oxygen concentration flows into the DPF. Therefore, the PM accumulated in the DPF burns all at once, and the DPF bed temperature rapidly rises.
The above test condition is that when the DPF starts to be regenerated in actual vehicle running (that is, when the temperature of the gas containing the DPF becomes around 680 ° C. with PM accumulated), the soot in the DPF is suddenly decelerated or stopped. Simulates the worst conditions of burning and causing thermal runaway.
The temperature behavior in the DPF during the unsteady forced regeneration test and the occurrence of cracks after the test was observed were observed. Regarding the observation of crack generation, the DPF is taken out after the test, and the entire DPF (particularly near the downstream end and the outer periphery) is visually observed or observed with a microscope (an optical microscope or a scanning electron microscope). It was.

<DPF内温度分布とクラック発生>
上記非定常強制再生試験を行っている時のDPF内部、及び外部における温度変化について測定した。ここで実施例及び比較例に係るDPF内に設置した熱電対の位置(16箇所)は図9に示す通りである。即ち、DPFの上流側(Fr側)端面の近傍に、DPFの軸芯に直交する断面である円の中心から端部に向かって、(1)〜(5)の順で合計5箇所に熱電対を設置した。またDPFの上流側端面と下流側端面の中間地点であるDPFの軸芯に直交する断面(以下「中間断面」ともいう。)において断面の中心から端部に向かって、(6)〜(10)の順で合計5箇所に熱電対を設置した。さらにDPFの下流側(Rr側)端面の近傍に、DPFの軸芯に直交する円形断面の中心から端部に向かって、(11)〜(15)の順で合計5箇所に熱電対を設置した。合わせて、上記DPFに対して排ガスが流入する入口付近のガス温度を測定するため、DPFの外部であって該DPFの上流側端面から約1cmの距離にある(16)の場所に熱電対を設置した。
上記熱電対により測定された非定常強制再生試験時におけるDPFの温度挙動について図10(実施例1)及び図11(比較例1)に示す。
図10は、実施例1に係るDPFにおいて、煤堆積量が8.3g/個と比較的多い場合における温度挙動を示す。図10では試験開始から約110秒後に、入りガス温度(16)が680℃に到達している。この時点で、燃料添加を直ちに止めたことにより、一旦、各箇所における温度は下降する傾向を示した。しかしながら、DPFの中間断面の中央部付近である(6)〜(8)、及び下流側端面の中央部付近である(11)〜(13)においては、温度が再び上昇する傾向を示し、試験開始から160〜220秒付近において温度の極大値を示した。DPF内で最も高い温度を示したのは下流側端面の中心付近である(11)あるいは(12)であり、その最高温度は約900℃に達した。これらの結果から煤が一定量堆積した場合における急速な煤の燃焼において、DPFの下流側端面中心部が最も高温に加熱され易い部位であることが確認された。
<DPF temperature distribution and crack generation>
The temperature change inside and outside the DPF during the unsteady forced regeneration test was measured. Here, the positions (16 places) of the thermocouples installed in the DPF according to the example and the comparative example are as shown in FIG. That is, in the vicinity of the upstream end face (Fr side) of the DPF, there are five thermoelectrics in the order of (1) to (5) from the center of the circle, which is a cross section perpendicular to the axis of the DPF, to the end. A pair was installed. Further, in a cross section (hereinafter, also referred to as “intermediate cross section”) perpendicular to the axis of the DPF that is an intermediate point between the upstream end face and the downstream end face of the DPF (6) to (10 ) Thermocouples were installed at a total of 5 locations in the order. Furthermore, in the vicinity of the end face on the downstream side (Rr side) of the DPF, thermocouples are installed in a total of five locations in the order of (11) to (15) from the center of the circular cross section perpendicular to the axis of the DPF toward the end. did. At the same time, in order to measure the gas temperature in the vicinity of the inlet where the exhaust gas flows into the DPF, a thermocouple is placed outside the DPF and at a position of (16) at a distance of about 1 cm from the upstream end face of the DPF. installed.
FIG. 10 (Example 1) and FIG. 11 (Comparative Example 1) show the temperature behavior of the DPF during the unsteady forced regeneration test measured by the thermocouple.
FIG. 10 shows the temperature behavior in the DPF according to Example 1 when the soot accumulation amount is relatively large at 8.3 g / piece. In FIG. 10, about 110 seconds after the start of the test, the incoming gas temperature (16) reaches 680 ° C. At this point, the temperature at each location tended to decrease once the fuel addition was stopped immediately. However, in (6) to (8) near the center of the intermediate section of the DPF and (11) to (13) near the center of the downstream end face, the temperature tends to rise again, and the test The maximum value of temperature was shown in the vicinity of 160 to 220 seconds from the start. The highest temperature in the DPF was (11) or (12) near the center of the downstream end face, and the maximum temperature reached about 900 ° C. From these results, it was confirmed that in the rapid burning of soot when a certain amount of soot is deposited, the center part of the downstream end face of the DPF is the part that is most likely to be heated to the highest temperature.

上記実施例1に係るDPF(煤堆積量:8.3g/個)を上記試験後に取り出して、クラック発生の有無を観察した。その結果、上記DPFのいずれの部位においてもクラック等の欠陥は発生していないことが確認された。即ち、下流側端部にバンドを装着した場合(実施例1)では、DPF内の温度が急上昇し、その最高温度が約900℃に達した場合であっても熱応力によるクラックは発生しないことが確認された。また、本試験条件における煤堆積限界量(SML)は少なくとも8.3g/個であることが確認された。   The DPF according to Example 1 (soot accumulation amount: 8.3 g / piece) was taken out after the test and observed for occurrence of cracks. As a result, it was confirmed that no defects such as cracks occurred in any part of the DPF. That is, when a band is attached to the downstream end (Example 1), the temperature in the DPF rises rapidly, and cracks due to thermal stress do not occur even when the maximum temperature reaches about 900 ° C. Was confirmed. In addition, it was confirmed that the soot deposition limit (SML) in this test condition was at least 8.3 g / piece.

図11は、比較例1に係るDPFにおいて、煤堆積量が6.7g/個である場合における温度挙動を示す。試験開始から約110秒後に、入りガス温度(16)が680℃に到達し、その後、燃料添加を止めたことにより、DPFの中間断面の中央部(6)〜(8)、及び下流側断面の中央部(11)〜(13)において高い温度上昇を示した。最も高い温度を示したのは下流側端面の中心付近である(11)あるいは(12)であり、その最高温度は約850℃であった。   FIG. 11 shows the temperature behavior when the soot accumulation amount is 6.7 g / piece in the DPF according to Comparative Example 1. About 110 seconds after the start of the test, the inlet gas temperature (16) reached 680 ° C., and then the fuel addition was stopped, so that the central sections (6) to (8) of the intermediate section of the DPF and the downstream section In the central portions (11) to (13), a high temperature increase was shown. The highest temperature was (11) or (12) near the center of the downstream end face, and the maximum temperature was about 850 ° C.

上記比較例1に係るDPF(煤堆積量:6.7g/個)を上記試験後に取り出して、クラック発生の有無を観察した。その結果、下流側端面の外周部から中央部にかけてクラックが発生していることが確認された。この時の下流側端面の写真を図12に示す。図12において矢印はクラックが発生した部位を指し示している。
以上の結果より、バンドを装着していない場合においては、DPF内の最高温度が約850℃である場合であっても熱応力によりDPFの下流側端面においてクラックが発生することが確認された。また、本試験条件における煤堆積限界量(SML)は6.7g/個未満であることが明らかとなった。
The DPF (soot accumulation amount: 6.7 g / piece) according to Comparative Example 1 was taken out after the test and observed for occurrence of cracks. As a result, it was confirmed that cracks were generated from the outer peripheral portion to the central portion of the downstream end face. A photograph of the downstream end face at this time is shown in FIG. In FIG. 12, an arrow indicates a portion where a crack has occurred.
From the above results, it was confirmed that when the band was not attached, even if the maximum temperature in the DPF was about 850 ° C., cracks occurred on the downstream end face of the DPF due to thermal stress. Moreover, it became clear that the soot deposition limit amount (SML) in this test condition is less than 6.7 g / piece.

これらの結果より、バンドを下流側端面に装着することにより、PM(または煤)の急激燃焼による下流側端面付近の温度上昇に対して、クラック発生が抑制されることが確認された。またバンドの下流側端面装着により、SMLが向上(少なくとも1.24倍)することが確認された。   From these results, it was confirmed that by attaching the band to the downstream end face, the occurrence of cracks was suppressed against the temperature increase near the downstream end face due to the rapid combustion of PM (or soot). It was also confirmed that the SML was improved (at least 1.24 times) by mounting the downstream end face of the band.

<急冷試験>
次に、特にDPFの上流側端面におけるクラック発生に対して過酷な条件、即ち、上流側端面における高温からの急速な温度低下を実現し、該端面付近のクラック発生挙動を観測した。
具体的には実施例2、3、及び比較例1に係る合計3種類のDPF(即ち、上流側端部にバンド装着(実施例2)、上流側及び下流側の両端部にバンド装着(実施例3)、バンド非装着(比較例1))に対し、上記煤堆積試験と同様にして所定量の煤(5〜20g/個)を堆積させた。その後、上記非定常強制再生試験と同様に、上記DPF及びDOCをエンジンの排気管に装着し、エンジンを始動させることによりDPFの入りガス温度を680℃まで昇温させ、680℃に達した直後にイグニッションスイッチを切ってエンジンを停止させた。一般にDPFが再生温度(680℃)まで加熱された状態で上記のように直ちにエンジンが停止された場合、DPFの上流側端面近傍が急速に放冷され、上流側外周部において最大温度勾配が生じる。よってこの場合、DPFの上流側端部で熱応力によるクラックが発生し易い状態となる。
<Rapid cooling test>
Next, particularly severe conditions were observed for the occurrence of cracks at the upstream end face of the DPF, that is, a rapid temperature drop from a high temperature at the upstream end face was realized, and the crack generation behavior near the end face was observed.
Specifically, a total of three types of DPFs according to Examples 2 and 3 and Comparative Example 1 (that is, band attachment at the upstream end (Example 2), and band attachment at the upstream and downstream ends (implementation) A predetermined amount of soot (5 to 20 g / piece) was deposited in the same manner as in the soot deposition test for Example 3) and no band (Comparative Example 1)). After that, as in the unsteady forced regeneration test, the DPF and DOC are mounted on the exhaust pipe of the engine and the engine is started to raise the temperature of the DPF gas to 680 ° C. and immediately after reaching 680 ° C. The engine was stopped by turning off the ignition switch. In general, when the DPF is heated to the regeneration temperature (680 ° C.) and the engine is immediately stopped as described above, the vicinity of the upstream end face of the DPF is rapidly cooled and a maximum temperature gradient is generated in the upstream outer peripheral portion. . Therefore, in this case, cracks due to thermal stress are likely to occur at the upstream end of the DPF.

<クラック発生挙動の観察結果>
上記急冷試験の後、排気通路からDPFを取り出しクラック発生の有無を観測した。その結果、実施例2及び実施例3に係るDPFでは煤の堆積量に関係なく、いずれの場合においてもクラックが発生していないことが確認された。これに対し比較例1に係るDPFでは、煤の堆積量に関係なく、いずれの場合においても上流側端面においてクラックが発生していることが確認された。
図13に比較例1に係るDPFの上記急冷試験の後における上流側端面の写真を示す。図13において矢印で指し示した部位にクラックが発生している。即ち、比較例1に係るDPFは上流側端面の外周に近傍する部分においてクラックが発生していることが判る。
これらの結果より、バンドを上流側端面に装着することにより、高温(680℃)のDPFを急速に放冷した場合であっても、上流側端面のクラック発生を抑制することができることが確認された。
<Observation results of crack generation behavior>
After the rapid cooling test, the DPF was taken out from the exhaust passage and observed for occurrence of cracks. As a result, in the DPFs according to Example 2 and Example 3, it was confirmed that cracks did not occur in any case regardless of the amount of soot accumulated. On the other hand, in the DPF according to Comparative Example 1, it was confirmed that cracks occurred on the upstream end face in any case regardless of the amount of soot accumulated.
FIG. 13 shows a photograph of the upstream end face of the DPF according to Comparative Example 1 after the rapid cooling test. In FIG. 13, a crack is generated at a part indicated by an arrow. That is, it can be seen that the DPF according to Comparative Example 1 is cracked in a portion near the outer periphery of the upstream end face.
From these results, it was confirmed that by attaching the band to the upstream end face, cracking of the upstream end face can be suppressed even when the high-temperature (680 ° C.) DPF is rapidly cooled. It was.

また、実施例3に係るDPF(即ち、上流側及び下流側の両端面に圧力を負荷したDPF)では、上記非定常強制再生試験及び上記急冷試験に係る結果より、最大煤堆積量(SML)が向上し、また下流側端面及び上流側端面におけるクラック発生も抑制されることが確認された。   Further, in the DPF according to Example 3 (that is, DPF in which pressure is applied to both end faces on the upstream side and the downstream side), the maximum soot deposition amount (SML) is obtained from the results of the unsteady forced regeneration test and the rapid cooling test. It was confirmed that the cracks on the downstream end face and the upstream end face were suppressed.

1 エンジン部
2 燃焼室
12 排気管
30 ECU(電子制御ユニット)
40 排ガス浄化部
50 酸化触媒(DOC)
60 ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)
60A ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)
60B ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)
60C ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)
70 ハニカム構造体
72 セル
80 拘束バンド
82 バンド部
84 バンド固定具(バンドクランプ)
90 触媒コンバータ
92 保持部材
94 触媒コンバータケース
100 排ガス浄化装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine part 2 Combustion chamber 12 Exhaust pipe 30 ECU (electronic control unit)
40 Exhaust gas purification unit 50 Oxidation catalyst (DOC)
60 Diesel particulate filter (DPF)
60A Diesel particulate filter (DPF)
60B Diesel particulate filter (DPF)
60C Diesel particulate filter (DPF)
70 honeycomb structure 72 cell 80 restraint band 82 band part 84 band fixture (band clamp)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 90 Catalytic converter 92 Holding member 94 Catalytic converter case 100 Exhaust gas purification apparatus

Claims (7)

ディーゼル機関の排ガスを浄化するために、前記ディーゼル機関の排気通路に設置されて使用される筒状のディーゼルパティキュレートフィルタであって、
前記排気通路において前記排ガスが前記ディーゼルパティキュレートフィルタに流入する側を上流側とし、前記排ガスが前記ディーゼルパティキュレートフィルタ内を通過して流出する側を下流側としたとき、
前記パティキュレートフィルタの前記上流側の外周端部において局所的に外方から中心方向に向けて外周全域に亘って略一様に圧縮力が掛けられており、
前記略一様の圧縮力は、拘束バンドで前記ディーゼルパティキュレートフィルタの外周を締め付けることにより実現されており、
ここで前記拘束バンドは、一定の幅及び厚さを有するバンド部と、該バンド部を固定するためのバンドクランプとを備えており、
前記ディーゼルパティキュレートフィルタの外周に前記バンド部が一定の引っ張り力を掛けながら巻き付けられ、該引っ張り力が維持されるように前記バンドクランプにより該バンド部が固定されていることを特徴とする、ディーゼルパティキュレートフィルタ。
In order to purify the exhaust gas of a diesel engine, a cylindrical diesel particulate filter that is installed and used in the exhaust passage of the diesel engine,
In the exhaust passage, when the exhaust gas flows into the diesel particulate filter as an upstream side, and when the exhaust gas passes through the diesel particulate filter and flows out as a downstream side,
The outer peripheral edge portion of the upstream side of the particulate filter, and substantially uniformly compressive force is multiplied over the entire periphery toward the center from locally outward,
The substantially uniform compressive force is realized by tightening the outer periphery of the diesel particulate filter with a restraining band,
Here, the restraint band includes a band portion having a certain width and thickness, and a band clamp for fixing the band portion,
The diesel engine is characterized in that the band part is wound around the outer periphery of the diesel particulate filter while applying a constant tensile force, and the band part is fixed by the band clamp so that the tensile force is maintained. Particulate filter.
記ディーゼルパティキュレートフィルタと前記拘束バンドとの間には、緩衝材が挟み込まれていることを特徴とする、請求項1に記載のディーゼルパティキュレートフィルタ。 Between the front Symbol diesel particulate filter and the restraining bands, wherein the buffer material is sandwiched, diesel particulate filter according to claim 1. 前記緩衝材は、セラミックマットまたはセラミックウールであることを特徴とする、請求項2に記載のディーゼルパティキュレートフィルタ。 The diesel particulate filter according to claim 2 , wherein the buffer material is ceramic mat or ceramic wool . 前記ディーゼルパティキュレートフィルタの端面から少なくとも20mmよりも近い外周端部領域に前記拘束バンドの一部が重なるように設置されることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載のディーゼルパティキュレートフィルタ。 Wherein the portion of the diesel particulate said constraining band to the outer peripheral end region closer than at least 20mm from the end face of the filter is placed so as to overlap, as claimed in any one of claims 1 to 3 Diesel particulate filter. 前記拘束バンドの幅が5mm以上20mm以下であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載のディーゼルパティキュレートフィルタ。 The diesel particulate filter according to any one of claims 1 to 4, wherein a width of the restraint band is 5 mm or more and 20 mm or less. 前記圧縮力を掛けることにより前記ディーゼルパティキュレートフィルタに負荷される圧力が25℃において1MPa以上5MPa以下であることを特徴とする、請求項1〜のいずれか一項に記載のディーゼルパティキュレートフィルタ。 The diesel particulate filter according to any one of claims 1 to 5 , wherein a pressure applied to the diesel particulate filter by applying the compressive force is 1 MPa or more and 5 MPa or less at 25 ° C. . 請求項1〜のいずれか一項に記載のディーゼルパティキュレートフィルタを備えることを特徴とする、排ガス浄化装置。 An exhaust gas purification apparatus comprising the diesel particulate filter according to any one of claims 1 to 6 .
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