JPH04164115A - ディーゼル機関の排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はディーゼル機関の排気ガス浄化装置に関する。

〔従来の技術〕

従来のディーゼル機関の排気ガス浄化装置として、例え
ば、実公平２−１９５３９号公報開示のものが知られて
いる。この排気ガス浄化装置は、第６図に示すように、
ディーゼル機関の排気管と連通して外郭を形成するジャ
ケット１００と、このジャケット１００に内装されたデ
ィーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦとい
う。）１０１と、このＤＰＦ　１０１の上流側に対面さ
せてジャケット１００に共装された再生用電気ヒータ１
０２とを備えたものである。

この排気ガス浄化装置では、ディーゼル機関からの排気
ガスがジャケット１００内のＤＰＦＩＯｌへ導かれ、こ
のＤＰＦ　１０１で排気ガス中に含まれる炭化水素、カ
ーボン等のパティキュレートを捕集する。パティキュレ
ートがある程度捕集されれば、ＤＰＦ　１０１の捕集能
力が低下するため、再生処理として図示しないスイッチ
を介して搭載バッテリと接続された再生用電気ヒータ１
０２に所定の電力量の下で通電を行うとともに、効果的
な燃焼を行うべく所定量の排気ガスを再生用電気ヒータ
１０２及びＤＰＦ　１０１に供給し、再生用電気ヒータ
１０２のヒータ線の熱によりパティキュレートを燃焼さ
せ、ＤＰＦ　１０１の再生を図る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、従来の排気ガス浄化装置では、再生用電気ヒー
タ１０２による消費電力が搭載バッテリの容量負担とな
らないようにするため、再生用電気ヒータ１０２として
、ＤＰＦＩＯＩの一端面との当接面が６分割されたヒー
タ線をもち、ＤＰＦｌｏｌに捕集されたパティキュレー
ト量に応じた電力量の下、当接面の６分の２づつのヒー
タ線が昇温するものを採用していた。また、従来の排気
ガス浄化装置では、専らパティキュレートの効果的な燃
焼のみを考慮していたことから、所定量の排気ガスを供
給することにより燃焼を促進し、ヒータ線としてニクロ
ムが剥き出しのものを採用することにより急激な昇温を
図るとともに、再生処理後に熱を放出しやすいようにス
テンレスのみからなるジャケット１００を主として採用
していた。

このため、従来の排気ガス浄化装置では、常にＤＰＦ　
１０１の一端面全体を加熱するわけではなく、第７図に
示すように、ＤＰＦ　１０１に捕集されたパティキュレ
ート量Ｃｇ／ＩＩ）が一定量を超えた時点で当接面全体
を昇温させなければ、パティキュレートの不完全燃焼か
ら再生率（％）が低くて捕集能力が充分に回復せず、充
分な再生が困難となっていた。かといって、搭載バッテ
リの容量を充実させるなどして、常にＤＰＦ　１０１の
一端面全体を加熱するとすると、供給ガス及び直接ＤＰ
Ｆ　１０１と当接するニクロムによってＤＰＦｌｏｌが
必要以上に短時間に加熱され、かつステンレスのみから
なるジャケット１００によってＤＰＦＩＯＩに極端な温
度勾配が生じるため、ＤＰＦｌｏｌには、１２００℃以
上のコージェライトの融点を超える異常なまでの高温に
上昇することに基づく穴等の溶損や、ジャケット１００
との間の極端な温度勾配による熱衝撃に基づくひび等の
クラックが生じてしまう。　本発明は、捕集量の多少に
かかわらず再生処理によって充分な再生が行われ得るよ
うにするとともに、この再生処理によってもＤＰＦに溶
損やクラックを生じにく（することを解決すべき課題と
する。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のディーゼル機関の排気ガス浄化装置は、上記課
題を解決するため、ジャケットとして内壁に断熱コーテ
ィング層をもつものを採用し、再生用電気ヒータとして
ＤＰＦの一端面全体を加熱し耐熱セラミックで被覆され
たヒータ線を有するとともに上限温度がＤＰＦの溶損温
度に達しない範囲に設定されたものを採用するという新
規な手段を講じている。

断熱コーティング層をもつジャケットとしては、例えば
、小野田セメント製、住友金属製のセラミックライニン
グ管やセラミックライニング鋼を採用することができる
。

再生用電気ヒータとしては、例えばヒータ線がニクロム
にＳｉＯ’ｚガラス等の耐熱セラミックを施したもので
あり、このヒータ線がＤＰＦの一端面と対面して渦巻き
状に保持されているものを採用することができる。この
再生用電気ヒータは、変圧部等により、電源に接続され
て上限温度がＤＰＦの溶損温度に達しない範囲に設定さ
れる。ＤＰＦの溶損温度はＤＰＦの材質によって決定さ
れる。

本発明の排気ガス浄化装置では、ＤＰＦとして、下流側
に開口する柱状空間を有するものを採用することが望ま
しい。柱状空間は円柱状であってもよく、断面四角形等
の角柱状であってもよい。このＤＰＦとしては、コージ
ェライト、ムライトファイバ、ＳｉＣからなるものを採
用することができる。コージェライトからなるものより
ムライトからなるものの方が好ましく、ムライトからな
るものよりＳｉＣからなるものの方が好ましい。また、
このＤＰＦに白金、パラジウム、ロジウム、五酸化バナ
ジウム、酸化銅等の活性物質を担持しておくことが好ま
しい。なお、ＤＰＦは、直径（Ｄ）／高さ（Ｈ）の大き
いものの方が再生率が高くなるが、再生用電気ヒータの
ヒータ線の総面積によってＤが決定され、再生頻度によ
ってＨが決定されるため、これらヒータ線の総面積及び
再生頻度の条件により所望の再生率が設定される。

なお、この排気ガス浄化装置では、再生処理時に自然対
流程度による昇温を図ることが好ましい。

すなわち、排気ガス浄化装置が下から上へ排気ガスを導
く縦型のものであれば、排気ガスの供給を行わない。一
方、排気ガス浄化装置が水平方向で排気ガスを導く横型
のものであれば、水平方向の昇温速度が自然対流による
昇温速度を超えない程度で排気ガスの供給を行うことが
できる。

また、再生用電気ヒータとしては、１００Ｖの家庭用電
源、２００ｖの事業所用電源等の外部電源により通電さ
れるものであることが好ましい。

（作用〕 本発明の排気ガス浄化装置では、再生処理として再生用
電気ヒータに通電すれば、ヒータ線が耐熱セラミックを
介してＤＰＦの一端面全体を溶損温度に達しない上限温
度まで緩やかな昇温速度の下で加熱し、ジャケットの断
熱コーティング層がＤＰＦを保温するとともに緩やかな
温度勾配の下に置（。このため、ＤＰＦは徐々に加熱さ
れ、効果的なパティキュレートの燃焼が行われるととも
に必要以上にＤＰＦが加熱されることはない。

ＤＰＦとして下流側に開口する柱状空間を有するものを
採用した場合には、ＤＰＦが柱状空間内に熱対流を生じ
、燃え残り易く温度上昇し難い部分にも熱が効果的に伝
達され、また、下流部分にも熱が効果的に伝達され、再
生率が向上する。また、ＤＰＦとして、コージェライト
からなるものよりムライトからなるもの、ムライトから
なるものよりＳｉＣからなるものを採用した場合には、
ｓｉｃ＞ムライト〉コージェライトの順で熱伝導度がよ
いため、より効果的に熱がＤＰＦに行き渡り、再生率が
向上する。さらに、ＤＰＦに活性物質を担持させた場合
には、再生処理の際にパティキュレートの着火温度が低
下し、再生率が向上する。

再生用電気ヒータが外部電源により通電されるものであ
れば、これによる消費電力が搭載バッテリ等の内部電源
の容量の負担にならない。

自然対流程度による昇温を図れば、より緩やかな昇温速
度でＤＰＦを加熱することができる。

〔実施例・比較例〕

以下、本発明を具体化した実施例を比較例とともに図面
を参照しつつ説明する。

（実施例） この排気ガス浄化装置は図示しないフォークリフトのデ
ィーゼル機関に接続された縦型のものであり、第１図に
示すように、ディーゼル機関の排気管と連通して外郭を
形成するジャケット１と、このジャケット１に内装され
たＤＰＦ２と、このＤＰＦ２の上流側に対面させてジャ
ケット１に共装された再生用電気ヒータ３とを具備して
いる。

ジャケット１は、排気管と連通ずるインレットチューブ
ｌｌａをもつインレットキャップ１１と、このインレッ
トキャップ１１と一端が固着された筒状のジャケット本
体１２と、このジャケット本体１２の他端と固着され外
部と連通ずるアウトレットチューブ１８ａをもつアウト
レットキャップ１３とからなる。

インレットキャップ１１のインレットチューブ１１ａ内
には背圧センサ４が装備されており、この背圧センサ４
は、インジケータ６が接続されたコントールユニット５
に接続されている。また、インレットキャップ１１の内
側にはバッフル１１１が設けられている。このバッフル
１１１は、ステンレスからなる本体１１１ａと、この本
体１１１ａの内側に一体的に固着されたアルミナからな
る断熱コーティング層１１１ｂとからなり、本実施例で
は小野田セメント製のセラミックライニング鋼を採用し
ている。このバッフル１１１には排気ガスの整流のため
多数の貫孔１’ｌａが設けられている。

ジャケット本体１２は、ステンレスからなる本体１２ａ
と、この本体１２ａの内側に一体的に固＝　１０− 着されたアルミナからなる断熱コーティング層１２ｂと
からなり、本実施例では小野田セメント製のセラミック
ライニング管を採用している。

アウトレットギャップ１３の内側には、排気ガスの吸入
圧を高めて浄化能力を向上させるべく、所定間隙を有し
て固定された複数の支持棒１３１に邪魔板１３２が支持
されている。この邪魔板１３２は、ステンレスからなる
本体１３２ａと、この本体１３２ａの内側に一体的に固
着されたアルミナからなる断熱コーティング層１３２ｂ
とからなり、本実施例では小野田セメント製のセラミッ
クライニング鋼を採用している。

ジャケット１内には膨張性セラミックマット（３Ｍ製、
商品名ＩＮＴＥＲＡＭ）７によってＤＰＦ２が保持され
ている。このＤＰＦ２は、ムライトファイバーからなる
担体に白金等の活性物質を担持させたものであり、第２
図に示すように、中心部には上流側から所定距離おいて
下流側に開口する円柱状空間２０が形成されている。こ
の円柱状空間２０はハンドミルを用いて切削され、上流
側及び側方の周面にはガス漏れを起こさないようにムラ
イトファイバを含む耐熱セメントからなる隔壁が施され
ている。

ジャケット１内のＤＰＦ２の上流側には、第１図に示す
ように、ＤＰＦ２と当接して再生用電気ヒータ３が配設
されている。この再生用電気ヒータ３は、第３図に示す
ように、放射状に延びる三本の絶縁用ステイ３１と、各
絶縁用ステイ３１に保持されたヒータ線３２と、各絶縁
用ステイ３１の中央に保持された円板状の絶縁用ステイ
ターミナル３３とをもつ。ヒータ線８２は、両端が変圧
部３４及び配線コード３５を介して差し込みプラグ８６
に接続され、一端から他端まで渦巻き状にり、ＰＦ２の
一端面七当接すべく各絶縁用ステイ３１に保持されてい
る。このヒータ線Ｓ２は、第４図に示すように、ニクロ
ム製の芯材３２１と、この芯材３２１に被覆されたＳｉ
Ｏ２ガラス製の耐熱セラミツ多３２２とからなる。一方
、各絶縁用ステイ３１及び絶縁用ステイターミナル３３
は焼結アルミナ又は耐熱セラミックコーティングステン
レスからなる。各絶縁用ステイ３１は、底部３１０と、
この底部３１０からＤＰＦ２側に突出し各位置のヒータ
線３２の両側を固定する壁部３１１とをもつ。このため
、この再生用電気ヒータ３では、排気圧によるヒータ線
３２の移動が規制され、信頼性が向上している。また、
絶縁用ステイターミナル３３は、ＤＰＦ２側がヒータ線
３２と同一高さに形成されており、ヒータ線３２ととも
にＤＰＦ２の一端面と当接している。この再生用電気ヒ
ータ３は、再生処理の際に差し込みプラグ３６が外部電
源たる１００Ｖの家庭用電源のコンセントに接続され、
パティキュレートの着火温度が６００〜６５０℃である
ことから、最短再生時間とＤＰＦ２の溶損温度とより、
その出力が８０θ℃になるように変圧部３４が設定され
ている。

（比較例） 比較のため、第６図に示すように、断熱コーティング層
をもたないジャケット１ｏｏ、柱状空間をもたないＤＰ
Ｆ　１０１、従来の再生用電気ヒー〜　１３　− タ１０２を採用し、他の構成が実施例の装置と同様の比
較例の装置も用意しておいた。

（評価） 上記のように構成された実施例の排気ガス浄化装置では
、第１図に示すように、ディーゼル機関から排出された
排気ガスがインレットチューブ１１ａより導入される。

このとき、排気ガスは、バッフル１１１によって整流さ
れ、再生用電気ヒータ３からＤＰＦ２へ入り、ＤＰＦ２
によってパティキュレートが捕集され、担持された活性
物質によってＣＯ，ＨＣ等も無害化される。そして、浄
化された排気ガスは、邪魔板１３２を経てアウトレット
チューブ１３ａより排出される。

ＤＰＦ２がパティキュレートを捕集するにつれ背圧が上
昇するため、コントロールユニット５は、背圧センサ４
からの入力信号により、ＤＰＦ２の２８ｇ／Ｉ！の捕集
量に相当する一定以上の背圧でインジケータ６に出力す
る。作業者は、このインジケータ６の表示を確認するこ
とにより、フォークリフトの運転を中止し、エンジンを
停止する。

そして、再生用電気ヒータ３の差し込みプラグ３６をコ
ンセントに差し込み、再生処理を実行する。

これにより、再生用電気ヒータ３は、ＤＰＦ２と当接す
るヒータ線３２が自然対流により徐々に８００℃まで昇
温するとともに、ヒータ線３２を保持する絶縁用ステイ
３１を介して絶縁用ステイターミナル３３も自然対流に
より徐々に８００°Ｃ程度まで昇温する。また、ジャケ
ット１の断熱コーティング層１１１ｂ、１２ｂ、１１２
ｂがＤＰＦ２を保温するとともにゆるやかな温度勾配の
下に置く。さらに、円柱状空間２０により中心部が熱対
流で昇温し易いＤＰＦ２は、その中心部が絶縁用ステイ
ターミナル３３と当接し、ＤＰＦ　２全体に効果的に熱
が伝達される。このため、ＤＰＦ２の活性物質によりパ
ティキュレートの着火温度が低下された条件下、ＤＰＦ
２が全体がヒータ線３２の耐熱セラミック３２２を介し
て８００℃まで徐々に加熱される。このときの実施例の
装置及び同一の条件で評価を行った比較例の装置におけ
るＤＰＦの温度分布を第５図に示す。実施例の装置及び
比較例の装置とも測定用熱電対はＤＰＦのほぼ中央に設
けた。第５図かられかるように、実施例の装置と比較例
の装置とでは、最大１００℃の温度差がある。

このため、実施例の装置では、再生処理後のＤＰＦ２は
、第２図に示すように、パティキュレートの燃え残り部
分２１が比較的少ない状態で再生され、８０．７％の再
生率を示して効果的なパティキュレートの燃焼を行うこ
とができた。また、実施例の装置のＤＰＦ２では、必要
以上に加熱されることはなく、ＤＰ、Ｆ２のいずれの部
分においても溶損やクラックを生じることはなかった。

一方、比較例の装置では、再生処理後のＤＰＦｌｏｌは
、第８図に示すように、パティキュレートの燃え残り部
分１０１ａが比較的多い状態で再生され、不十分な６２
．８％の再生率を示した。

また、比較例の装置のＤＰＦでは、ヒータ線との当接部
分が必要以上に加熱されたためその部分に溶損が生じ、
ジャケット１００のと当接部分で極端な温度勾配があっ
たためその部分にクラックが生じた。

なお、実施例の装置では、再生用電気ヒータ３が家庭用
電源により通電されるものであるため、これによる消費
電力が搭載バッテリの容量の負担になることはなかった
。

また、比較例の装置ではパティキュレート中のサルフェ
ート等によってヒータ線が腐食・伸縮しやすく、支持枠
から外れてショート等による使用不能を生じやすかった
のに対し、実施例の装置ではヒータ線３２が被覆層３２
２をもつものであるため腐食・伸縮しにくく、耐久性に
優れて高い信頼性が得られるという効果をも奏すること
が判明した。

さらに、比較例の装置では、再生処理時にＤＰＦが１２
００℃以上程度の高温条件下に置かれるた仄、ＤＰＦに
活性物質を担持させてもＤＰＦのシンタリング（熱劣化
）によってその活性を充分に得ることができなかったが
、実施例の装置では、再生処理時にＤＰＦ２が８００℃
程度の高温条件下までしか置かれず、ＤＰＦ２に担持さ
れた活性物質の活性を有効に活用することができた。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明のディーゼル機関の排気ガ
ス浄化装置では、ＤＰＦ全体を徐々に加熱して効果的な
パティキュレートの燃焼を行いつつ、必要以上にＤＰＦ
を加熱しないため、ＤＰＦに捕集されたパティキュレー
ト量の多少に係わらずパティキュレートのほぼ完全な燃
焼を行って再生処理によって充分な再生を行うことがで
きるとともに、この再生処理によるＤＰＦの溶損やクラ
ックの発生を有効に防止することができる。

したがって、この排気ガス浄化装置をディーゼル機関の
排気管に接続すれば、再生処理によって捕集能力を充分
に回復させつつ長期間の使用が可能となり、その実用的
価値が一段と向上する。

また、ＤＰＦとして下流側に開口する柱状空間をもつも
のを採用した場合には、ＤＰＦ全体に熱を効果的に伝達
することができるため、より一層高い再生率で再生する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１〜４図は実施例の排気ガス浄化装置に係り、第１図
は全体断面図、第２図はディーゼルパティキュレートフ
ィルタの断面図、第３図は再生用電気ヒータの平面図、
第４図は再生用電気ヒータの拡大断面図である。第５図
は実施例の装置と比較例の装置とにおけるディーゼルパ
ティキュレートフィルタの温度分布を示すグラフである
。第６〜８図は従来の排気ガス浄化装置に係り、第６図
は全体模式断面図、第７図は捕集量と再生率との関係を
示すグラフ、第８図はディーゼルパティキュレートフィ
ルタの断面図である。 １・・・ジャケット １１１ｂ、１２ｂ、１８２ｂ・・・断熱コーティング層 ２・・・ＤＰＦ　（ディーゼルパティキュレートフィル
タ）　　　　　　　２０・・・円柱状空間３・・・再生
用電気ヒータ ３２・・・ヒータ線　　３２２・・・耐熱セラミック特
許出願人　　株式会社豊田自動織機製作所代理人　　　
弁理士　大　川　　宏 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　ディーゼル機関の排気管と連通して外郭を形成
   し、かつ内壁に断熱コーティング層をもつジャケットと
   、該ジャケットに内装されたディーゼルパティキュレー
   トフィルタと、該ディーゼルパティキュレートフィルタ
   の上流側に対面させて該ジャケットに共装された再生用
   電気ヒータとを備え、前記再生用電気ヒータは、前記デ
   ィーゼルパティキュレートフィルタの一端面全体を加熱
   し耐熱セラミックで被覆されたヒータ線を有するととも
   に、上限温度が該ディーゼルパティキュレートフィルタ
   の溶損温度に達しない範囲に設定されていることを特徴
   とするディーゼル機関の排気ガス浄化装置。
2. （２）　ディーゼルパティキュレートフィルタは、下流
   側に開口する柱状空間を有することを特徴とする請求項
   １記載のディーゼル機関の排気ガス浄化装置。