JPH04255514A - 内燃機関の排気微粒子捕集装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は内燃機関、特に、ディ
ーゼル機関において排気ガス中の微粒子を捕集するため
の装置における微粒子フィルタの新規なシール構造に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼル機関では排気ガス中のパティ
キュレート等の微粒子の捕集のため排気管中に排気微粒
子捕集装置を配置している。同装置は排気管に接続され
るステンレス鋼等の金属製のケースにコージュライト等
のセラミックよりなるフィルタを配置して構成される。 フィルタに捕集されたパティキュレートの定期的な焼却
を行うためのヒータ手段が具備され、フィルタの再生を
行うことができる。また、排気ガスがケースとフィルタ
との間を素通りするのを防止するためフィルタの外周を
包囲するようにシール部材が配置される。シール部材は
ケースとフィルタとの間の間隙を充填しており、排気ガ
スの漏洩を防止することができる。

【０００３】外側のケースはステンレス鋼等の金属であ
り、内側のフィルタはセラミックであるため、定常的に
は外側のケースの熱膨張が内側のフィルタの熱膨張より
大きい。このような熱膨張の内外での大きな差は軸線方
向、及び半径方向の双方について発生する。半径方向に
ついては、外側のケースの熱膨張が内側のフィルタの熱
膨張より大きいため、通常時には、ケースとフィルタと
の隙間は熱膨張によって拡大傾向を持つから、フィルタ
に熱膨張により大きな力が加わることはない。一方、軸
線方向についていえば、両者の熱膨張の差により、ケー
スがフィルタに対して軸方向に相対的に移動し、フィル
タに軸方向の荷重が作用し、破壊に至らしめるおそれが
あった。これを回避するため、実開昭６４−４６４１６
号公報ではフィルタ軸線と平行な方向のシールの充填密
度を中央で大きく、両端で小さくしている。これにより
、フィルタの保持は充填密度の大きな中央部で行い、軸
方向両端部では充填が疎なためケースに対しフィルタの
相対摺動が許容され、破壊に至るような大きな力が加わ
らないように意図している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来技術は通常使用時
のケースとフィルタとの間の軸線方向の熱膨張の差の対
策に着目しており、半径方向の熱膨張の差については考
慮していない。先に述べたように通常時にはケースの熱
膨張がフィルタの熱膨張より大きく、これは半径方向に
はなんら応力を発生させるものでない。ところが、フィ
ルタの再生時については、フィルタの熱膨張がケースの
熱膨張より大きくなることがある。即ち、再生時にフィ
ルタに捕集されたパティキュレートを焼却するが、その
燃焼に要する時間は短時間（２〜３分）であり、かつそ
の燃焼も着火面から下流に伝播する燃焼であるため、フ
ィルタ内のパティキュレートの燃焼部分の温度は急激に
上昇するが、その熱がケースに伝達する前に燃焼が終わ
ってしまい、ケースの温度上昇は殆どない。そのため、
ケースの熱膨張は殆ど発生せず、フィルタの熱膨張が相
対的に大きくなる。その結果、フィルタの熱膨張が大き
くなる。

【０００５】従来技術ではケースの軸線方向と平行な方
向の熱膨張の対策としてその方向のシール部材の充填密
度を変えている。しかしながら、この構造では上述のよ
うにフィルタの熱膨張が大きい場合、シールが密な中央
部分における横断面において過大な半径方向応力が加わ
り、これによりフィルタがクラックに至るおそれがあっ
た。

【０００６】この発明はフィルタ再生時におけるフィル
タのクラックのおそれを解消することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明によれば、筒状
ケース内にフィルタを配置し、該フィルタの全周を包囲
するように帯状のシール部材を配置した内燃機関の排気
微粒子捕集装置において、前記シール部材は、フィルタ
に対するシール部材の周方向位置の変化に応じて、フィ
ルタ軸線と平行な方向における位置が適宜変化するよう
に配置されることを特徴とする内燃機関の排気微粒子捕
集装置が提供される。

【０００８】

【作用】シール部材はフィルタの全周を包囲するように
配置されており、排気ガスを漏洩を防止することができ
る。前記シール部材は、フィルタに対するシール部材の
周方向位置の変化に応じて、フィルタ軸線と平行な方向
における位置が適宜変化する。そのため、フィルタ再生
時のフィルタの半径方向熱膨張があった場合にフィルタ
に発生する応力は同一横断面に集中せず、軸線方向にお
いて異った横断面に分散させることができる。

【０００９】

【実施例】図１において、筒状ケース１０は両端に円錐
状部１２を形成し、その端部に排気管への接続用のフラ
ンジ１４を有している。ケース１０内にパティキュレー
トフィルタ１６が配置され、このフィルタ１６は、例え
ば、コージュライト等の通気性のセラミックをハニカム
状に形成して構成される。図示しないが、周知のように
、ハニカム形状によって排気ガスの流れ方向と平行な方
向に多数の排気ガス通路が形成され、排気ガス通路は入
口側端部が開き出口側端部が閉じたものと、入口側端部
が閉じ出口側端部が開いたものとが交互に形成され、エ
ンジンからの排気ガスは入口側が開いた排気ガス通路に
が導入され、通路間を隔離する通気性壁面を通過して、
パティキュレートは捕集され、排気ガスは隣接する出口
が開いた排気ガス通路に導入され、排気管に向け排出さ
れる。

【００１０】電気的ヒータ１８がケース１０内における
フィルタ１６の入口側もしくは出口側に配置される。ヒ
ータ１８は通常時は作動しないが、フィルタ１６の再生
作動時にＯＮされ、フィルタ内に捕集されたパティキュ
レートはヒータより発生する熱によって着火され、焼却
される。

【００１１】フィルタ１６の外周にはインコネル等の耐
熱性金属ワイヤよりなるクッション部材２０とシール部
材２２とが巻回配置され、フィルタとケース１０の内周
との間の環状隙間を充填している。シール部材２２は、
例えば、セラミックとバーミキュライトとを有機バイン
ダーで結合した熱膨張性シート材料（例えばインタラム
（登録商標））より構成される。シール部材２２はケー
ス１０の内周、フィルタ１６の外周に密接配置され、ケ
ース１０とフィルタ１６との間の隙間に排気ガスが漏洩
するのを防止すると共に、幾分の弾性支持機能を達成す
る。また、クッション部材２０はフィルタをケース１０
内で弾性的に支持する役目を果たすものである。

【００１２】この発明の第１の実施例によれば、シール
部材２２は（ｂ）　の展開図に示すように山型帯状に成
形され、金属ワイヤを織布状に形成されるクッション部
材は、ケースとフィルタとの間の空間におけるシール部
材２２が占める以外の部分を充填するような形状に形成
されている。（ｂ）　の展開形状のクッション部材２０
及びシール部材２２はエンドレスに構成され、フィルタ
１６の外周に嵌挿され、その外周よりハウジング１０が
半割りの状態で装着され、図示しないボルト等の締結具
によって組立られる。

【００１３】（ｂ）　のようにシール部材２２が展開状
態で帯状山型に形成されているため、フィルタの外周に
装着した場合はフィルタに対するシール部材２２の周方
向位置の変化に応じてシール部材２２の、フィルタ軸線
と平行な方向における横断面の位置は変化される。即ち
、（ｂ）　の上側の位置ではシール部材２２の横断面は
フィルタ１６の端面と面一に配置され、１８０　°反対
側の位置シール部材２２の横断面はフィルタ１６の端面
から離間して位置している。

【００１４】フィルタ１６に捕集されたパティキュレー
トを焼却する際に、ヒータ１８は発熱作動される、その
熱によってフィルタ１６内のパティキュレート内の着火
燃焼が行われる。ところが、その燃焼に要する時間はせ
いぜい２〜３分程度の短時間であり、かつその燃焼も着
火面から下流に伝播する燃焼であるため、フィルタ１６
内のパティキュレートの燃焼部分の温度は急激に上昇す
るが、その熱がケース１０に伝達するうちに燃焼が終わ
ってしまい、ケース１０の温度上昇は殆どない。そのた
め、ケース１０の熱膨張は殆ど発生せず、フィルタ１６
の熱膨張が相対的に大きくなる。フィルタの半径方向の
膨張はシール２２の部分で受け止められる。シール部材
２２はフィルタ１６の円周方向に沿ってフィルタ１６に
対する位置がフィルタ軸線方向と平行な方向において一
定ではなく変化する。そのため、再生時の熱によりフィ
ルタが半径方向に熱膨張したときにその熱膨張により発
生する応力は一つの横断面に集中せず、異った軸線上に
位置する横断面に分散される。その結果、熱膨張による
応力を逃し易い構造となっている。即ち、図１（ａ）　
の断面Ａ−Ａ　は上側のみにシール部材２２が位置され
、１８０　°反対側ではフリーであり、半径方向の膨張
を逃すことができる。同様に、断面Ｂ−Ｂ　の位置では
下側のみにシール部材２２が位置され、上側はフリーで
あり、熱膨張を逃すことができる。

【００１５】従来技術では単なる環状のシール部材をフ
ィルタの外周に巻回することになるため、半径方向の応
力が一つの横断面に集中して発生し、熱膨張により周囲
から締めつけるような応力を受け、クラック等の不具合
の発生のおそれがあるが、この発明はフィルタの半径方
向の熱膨張は異った横断面に分散させることでクラック
の発生を回避することできる。

【００１６】クッション部材は、ケースとフィルタとの
間の空間におけるシール部材が占める以外の部分を充填
するような形状に形成されているため、シール部材の山
形帯材形状に係わらず、ケース内でフィルタを安定して
支持するとができる。

【００１７】図３の（Ａ）　〜（Ｅ）　はシール部材の
各種実施例を示す。（Ａ）　は展開図で段状をなしてお
り、端部に相補的な段部３０，３２　をを形成し、エン
ドレスに形成したとき円滑に環状に接続される。 （Ｂ）　は図１（ｂ）　と同様の山形であり、端部に切
欠４０と突起４２とを有し、円滑な環状に形成できるよ
うになっている。 （Ｃ）　では山型の山、谷の部分を一部平坦に形成して
いる。 （Ｄ）　では鋸歯状をなしている。 （Ｅ）　では凹凸状に形成したものである。

【００１８】

【発明の効果】この発明ではシール部材は、フィルタに
対するシール部材の周方向の位置の変化に応じてフィル
タ軸線と平行な方向におけるフィルタの位置を転じさせ
ることで、フィルタの熱膨張があった場合の半径方向応
力を異った横断面に分散させることができ、クラックの
発生を抑制することができる。また、帯状のシール部材
を同一横断面において巻回する従来のものと比較した、
シール面積を増加させることができ、シール性能を向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１の（ａ）　はこの発明の微粒子浄化装置の
長手方向断面図、（ｂ）　はシール部材及びクッション
部材の展開図を示す。

【図２】図２は図１のＡ−Ａ　線に沿って表す断面図。

【図３】図３は（Ａ），　（Ｂ），　（Ｃ），　（Ｄ）
，　（Ｅ）　は、各実施例における、シール部材及びク
ッション部材、及びシール部材単独の展開図である。

【符号の説明】

１０…ケース １６…フィルタ １８…ヒータ ２０…クッション部材 ２２…シール部材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　筒状ケース内にフィルタを配置し、該
   フィルタの全周を包囲するように帯状のシール部材を配
   置した内燃機関の排気微粒子捕集装置において、前記シ
   ール部材は、フィルタに対するシール部材の周方向位置
   の変化に応じて、フィルタ軸線と平行な方向における位
   置が適宜変化するように配置されることを特徴とする内
   燃機関の排気微粒子捕集装置。