JPH0542625U - 排気ガス浄化装置のハニカムフイルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出さ
れる煤等を捕集するためのハニカムフィルタであって、
急激な温度変化に起因する破損に対する抵抗性の強い多
孔質炭化珪素焼結体製のハニカムフィルタを提供する。 【構成】 内燃機関Ｅの排気側に連通する通路２ａを備
えたケーシング２内に配置されるハニカムフィルタ３で
あって、そのハニカムフィルタ３は上流側端面Ｓ1 から
下流側に向かってその外径Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃが次第に大
きくなる部分を有する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれるパティキュレートを除 去するための装置に用いられるハニカムフィルタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来、排気ガス浄化装置のハニカムフィルタは、炭化珪素、窒化珪素、コージ エライト等のセラミックス材料により円柱状に形成され、ディーゼルエンジンの 排気側に連通する通路を備えたケーシング内に配置された状態で、排気ガス中の パティキュレートを浄化する。

【０００３】 また、ハニカムフィルタには軸線方向に延びる複数のセルが形成され、各セル の両端開口は封止材によって市松模様状に封止されている。前記各セルに所定量 のパティキュレートが捕集されると、パティキュレートがフィルタの上流側に設 けられたバーナーにより燃焼され、これによりフィルタが元の状態に再生される 。また、この再生処理は通常、８００℃〜１０００℃という高温状態で行われる ため、前記フィルタに使用する材料としては、耐熱性に優れる多孔質の炭化珪素 が良いとされている。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

ところが、多孔質炭化珪素製のハニカムフィルタは、好適な耐熱性を備える反 面、急激な温度変化（熱衝撃）には弱いという欠点がある。例えば、前記再生時 において、フィルタの排気ガス流入側端面を前記温度まで急激に加熱した場合に は、フィルタの受ける熱衝撃、即ちフィルタ両端面間の温度差はΔＴ＝８００℃ にも到達する。このように、フィルタ両端面間の温度差の拡大によってフィルタ の半径方向に作用する応力（引っ張り応力または圧縮応力）が増大すると、フィ ルタの周方向にクラックが発生し易くなり、フィルタが破損に到ってしまう。

【０００５】 また、再生のために加熱されたフィルタに１００℃程度の燃焼促進用エアを供 給した場合や、高速回転しているエンジンの回転数を急激に低下させた場合（例 えば、高速走行から急激にアイドリング状態にした場合等）にも、フィルタは熱 衝撃に遭遇し、フィルタ両端面間の温度差が拡大してしまう。その結果、フィル タの周方向にクラックが発生し易くなり、破損してしまう。

【０００６】 更に、フィルタが上述のような熱衝撃を受けた場合には、フィルタ両端面間の みならず、中心部と外周部との間でも温度差が生じることが知られている。その 際、フィルタの周方向に作用する応力によって、軸線方向にクラックが生じてし まう。

【０００７】 そこで、上記の事情に鑑みて本考案者らが種々の検討を重ねた結果、フィルタ が熱衝撃に遭遇したときにはフィルタの軸線方向に極端な温度勾配が形成され、 図５（ａ）に示すように、この温度勾配はフィルタの半径方向にも及びかつ軸線 Ｌに対してほぼ対称になることが判明した。従って、フィルタの上流側部分に、 上流側端面から下流側に向かってその外径が次第に増加する部分を設けて、熱衝 撃を受ける面を大きく確保すれば、フィルタ外周部からの熱伝導量を多くするこ とができ、フィルタにおける両端面間の温度差及び外周部と中心部との間の温度 差を共に小さくできることを知見した。そして、本考案者らは上記の知見に基づ きこの考案を完成させた。

【０００８】

【課題を解決するための手段及び作用】

本考案では、ディーゼルエンジンの排気側に連通する通路を備えたケーシング 内に配置され、ディーゼルエンジンの排気ガスを浄化するフィルタにおいて、前 記フィルタの上流側部分に、上流側端面から下流側に向かってその外径が次第に 増加する部分を設けている。

【０００９】 このような構成によれば、ハニカムフィルタが急激に加熱または冷却される場 合でも、フィルタの軸線方向及び半径方向に極端な温度勾配が生じることがない 。よって、クラックが発生するほど大きな応力がフィルタに作用することはなく 、フィルタの破損が未然に防止される。

【００１０】

【実施例及び比較例】

以下に、本考案をディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置に具体化した実施例 及び比較例について図面に基づき詳しく説明する。 〔実施例〕 図１に示すように、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は、ディーゼルエンジンＥの排気管路Ｅａに接続 されている。このケーシング２内には、ディーゼルエンジンＥから放出される排 気ガスを浄化するために、多孔質炭化珪素焼結体からなるハニカムフィルタ３が 配設されている。前記通路２ａ内においてフィルタ３の上流側には、再生処理用 の熱源としてバーナー４が設けられている。

【００１１】 図２及び図３に示すように、本実施例のフィルタ３は、それぞれ外径の異なる 大径部３ａ、中径部３ｂ及び小径部３ｃの各部分によって構成されている。 前記各部分は、それぞれフィルタ３の上流側から、小径部３ｃ、中径部３ｂ及 び大径部３ａの順序に配置されている。従って、図２及び図３に示すように、本 実施例のフィルタ３は、上流側端面Ｓ1 から下流側端面Ｓ2 に向かってその外径 Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃが次第に増加するような多段円柱形状をなしている。

【００１２】 前記フィルタ３の大径部３ａでは、外径Ｄａは前記通路２ａの内径とほぼ同サ イズ（１４０mm）に設定され、軸線Ｌ方向の長さはフィルタ３の全長のほぼ１／ ２（７０mm）に設定されている。中径部３ｂにおいては、外径Ｄｂは前記大径部 ３ａの外径Ｄａよりも小さく（１００mm）設定されると共に、軸線Ｌ方向の長さ は５０mmに設定されている。また、小径部３ｃにおいては、外径Ｄｃは前記中径 部３ｂの外径Ｄｂよりも小さく（５０mm）設定され、軸線Ｌ方向の長さは３０mm に設定されている。

【００１３】 図２〜図４に示すように、前記フィルタ３には軸線Ｌ方向に沿って多数のガス 通過孔５が形成され、各ガス通過孔５の上流側及び下流側の何れか一方の端部開 口は、多孔質セラミックス焼結体からなる封止片６によって交互に封止されてい る。これにより、前記フィルタ３には、上流側または下流側の何れか一方に開口 するセル７ａ，７ｂが形成されている。

【００１４】 図２にて矢印Ａで示すように、上流側に開口するセル７ａから導入された排気 ガスは、各セル７ａ，７ｂの間に位置する内壁８を介して、隣接の下流側に開口 するセル７ｂ側に流れ込む。そして、排気ガスが内壁８を通過する際に内壁８面 によってパティキュレートが捕集され、浄化された排気ガスのみがフィルタ３か ら排出される。通常、この捕集動作はフィルタ３内に所定量のパティキュレート が捕捉されるまで継続される。

【００１５】 フィルタ３に所定量のパティキュレートが捕捉された場合には、バーナー４の 点火によって、フィルタ３の加熱が開始される。フィルタ３を所定温度に加熱し て再生処理を行うことにより、フィルタ３内のパティキュレートが完全に燃焼さ れる。これにより、フィルタ３はパティキュレートを捕捉していない元の状態に 再生される。

【００１６】 さて、上述のように形成された実施例の排気ガス浄化装置１に対する特性試験 を、以下に述べる条件にて遂行した。即ち、パティキュレートが所定量に達する まで捕集動作を行った後に、バーナー４を点火して、フィルタ３をパティキュレ ートが着火する温度（７００℃）まで急速に加熱した。その後、図示しないエア コンプレッサにより、燃焼促進用の二次エア（３０℃）を毎分０．２立方メート ルの割合で１０分間流通して、フィルタ３内のパティキュレートを燃焼させた。 上記処理を繰り返し行うことで、フィルタ３に急加熱、急冷却による熱衝撃を与 えた。

【００１７】 そして、図１に示すように、フィルタ３の軸線Ｌ上において上流側端面Ｓ1 上 の位置Ｐa 、下流側端面Ｓ2 上の位置Ｐc 及び上流側端面Ｓ1 から８０mm下流側 の位置Ｐb にて、それぞれ経時的に温度Ｔa ，Ｔb ，Ｔc （℃）を測定した。ま た、フィルタ３の外周部分において上流側端面Ｓ1 から８０mm下流側の位置Ｐd にて、同じく経時的に温度Ｔd （℃）を測定した。

【００１８】 上記の測定値に基づいて、再生処理の際におけるＰa ，Ｐc 間の最大温度差Δ Ｔac（℃）とＰb ，Ｐd 間の最大温度差ΔＴbd（℃）とをそれぞれ求めた。更に 、フィルタ３におけるクラックの発生状況についての調査も行った。それらの結 果を表１に示す。

【００１９】 尚、前記実施例と同一の材料を用いて、軸線Ｌ方向の長さが１５０mm，外径が １４０mmである円柱形のフィルタ９を形成した。この従来タイプのフィルタ９を 前記実施例と同様のケーシング内に組み込むことにより、比較例の排気ガス浄化 装置を製造した。この装置に対して、同様の測定及び調査を行った結果を表１に 示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】 表１から明らかなように、実施例の排気ガス浄化装置１に備えられたフィルタ ３では、再生処理におけるＰa ，Ｐc 間の最大温度差ΔＴacは２００℃で、Ｐb ，Ｐd 間の最大温度差ΔＴbdは７０℃であった。従って、実施例のフィルタ３に は、フィルタ３の半径方向及び周方向のいずれに対しても、大きな応力は作用し ていないことが示唆された。また、再生処理を５００回繰り返した後にフィルタ ３を観察したところ、フィルタ３にクラックは全く認められなかった。前記の結 果から、フィルタ３は再生時の熱衝撃に耐え得ることが判明した。そして、フィ ルタ３の耐久性が向上した理由としては、フィルタ３の上流側面積、即ち熱衝撃 の影響を直接受け得る部分の面積が、比較例に比して大きく確保されたことによ るものと考えられた。

【００２２】 一方、比較例のフィルタ９では、最大温度差ΔＴac及びΔＴbdの値は５００℃ ，１８０℃であり、共に実施例のフィルタ３よりも大きかった。それ故、フィル タ９の半径方向及び周方向に対して、前記実施例よりも大きな応力が作用してい ることが示唆された。本比較例では再生処理を３０回繰り返した時点でクラック が発生し、フィルタ９が破損するに到った。このような結果から、比較例の装置 は前記実施例の装置に比して、熱衝撃に弱いことが分かった。

【００２３】 以下に、前記両フィルタ３，９内の任意の多数の位置において温度測定を行う ことにより、再生時におけるフィルタ３，９内の温度勾配の様子を調査した結果 を示す。

【００２４】 図５（ａ）及び（ｂ）の等温曲線Ｃから明らかなように、各フィルタ３，９に はその軸線Ｌ方向に温度勾配が生じていた。また、温度勾配は何れも軸線Ｌに対 してほぼ対称であった。しかしながら、実施例のフィルタ３の温度勾配は、比較 例のフィルタ９の温度勾配ほど極端ではなかった。更に、図５（ａ）に示した比 較例のフィルタ９では、軸線Ｌに対して垂直な面内においても温度勾配が生じて いたが、図５（ｂ）に示した実施例のフィルタ３では殆ど温度勾配が生じていな かった。

【００２５】 尚、本考案は前記実施例のみに限定されることはなく、考案の趣旨を逸脱しな い範囲内においてその構成を変更することは勿論可能である。例えば、 （ａ）前記実施例のフィルタ３に代えて、前記外径の異なる部分の数を増加した り、または減少することもできる。 （ｂ）図６に示すフィルタ１０のように、上流側端面Ｓ1 から下流側に向かって その外径が次第に増加するようなテーパ面Ｓt を前記フィルタ１０の上流側部分 に設けても良い。 （ｃ）図７に示すように、それぞれ外径の異なる複数の部分よりフィルタ１１を 構成し、かつ前記各部分に上流側端面Ｓ1 から下流側に向かってその外径が次第 に増加するようなテーパ面Ｓt を設けても良い。

【００２６】

【考案の効果】

以上詳述したように、本考案の排気ガス浄化装置のハニカムフィルタによれば 、ハニカムフィルタが急加熱または急冷却される場合でも、フィルタの軸線方向 及び半径方向に極端な温度勾配が生じることはなく、クラックが発生するほど大 きな応力がフィルタに作用することが確実に回避できるという優れた効果を奏す る。従って、フィルタの破損が未然に防止され、長期間にわたってフィルタを使 用することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案のハニカムフィルタを排気ガス浄化装
置に具体化した一実施例を示す部分正断面図である。

【図２】 実施例のハニカムフィルタを示す部分拡大断
面図である。

【図３】 図２のハニカムフィルタの左側面図である。

【図４】 図２のハニカムフィルタの右側面図である。

【図５】 （ａ）は再生時における比較例のハニカムフ
ィルタ内の温度勾配を、（ｂ）は再生時における実施例
のハニカムフィルタ内の温度勾配を示す説明図である。

【図６】 別例１のハニカムフィルタを示す斜視図であ
る。

【図７】 別例２のハニカムフィルタを示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

２ ケーシング、２ａ 通路、３ ハニカムフィルタ、
Ｅ ディーゼルエンジン、Ｓ1 上流側端面、Ｄａ，Ｄ
ｂ，Ｄｃ 外径。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ディーゼルエンジン（Ｅ）の排気側に連通
   する通路（２ａ）を備えたケーシング（２）内に配置さ
   れ、ディーゼルエンジン（Ｅ）の排気ガスを浄化するフ
   ィルタ（３）において、 前記フィルタ（３）の上流側部分に、上流側端面（Ｓ1
   ）から下流側に向かってその外径（Ｄａ，Ｄｂ，Ｄ
   ｃ）が次第に増加する部分を設けたことを特徴とする排
   気ガス浄化装置のハニカムフィルタ。