JPH0557311U - 排気ガス浄化装置 - 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壊に対する抵抗性の強い多
孔質セラミックス焼結体のハニカムフィルタを提供す
る。 【構成】 本考案では内燃機関Ｅの排気側に連通する通
路２ａを備えたケーシング２内に複数の部分からなるフ
ィルタ３，４が配置される。各フィルタ３，４は多孔質
炭化珪素焼結体を用いてハニカム上に形成される。フィ
ルタ３，４はガスの流れ方向に沿って近接配置される。
上流側フィルタ３の気孔径は下流側フィルタ４の気孔径
より大きく設定される。

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等の内燃機関から排出されるガス中に含まれる パティキュレートを除去するための排気ガス浄化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及び考案が解決しようとする課題】

従来、この種の装置としては、例えば内燃機関の排気側に連通する通路を備え たケーシング内に、パティキュレートの浄化を行う円柱状の多孔質炭化珪素焼結 体製のハニカムフィルタを配置し、その通路内においてハニカムフィルタの排気 ガス流入側に、バーナー等の再生処理用熱源を配設したものが知られている。

【０００３】 また、前記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ると 共に、各セルの両端開口のうち何れか一方が各セル毎に交互に封止されている。 このような装置では、前記フィルタに所定量のパティキュレートが捕集されると 、バーナーが点火され、それによりフィルタが８００℃〜１０００℃に加熱され る。その結果、パティキュレートが燃焼焼失して、フィルタが元の状態に再生さ れる。

【０００４】 ところが、多孔質炭化珪素焼結体製のハニカムフィルタは、急激な温度変化（ 熱衝撃）に弱いという欠点がある。即ち、再生時におけるバーナーの点火によっ てフィルタの排気ガス流入側端面が急激に前記温度まで加熱されると、フィルタ の両端面の温度差が拡大するからである。このような温度差の拡大は、フィルタ に作用する応力（引っ張り応力または圧縮応力）の増大をもたらす。そして、そ の応力がフィルタの機械的強度を越える場合、クラックの発生によってフィルタ が破損に到るという問題がある。

【０００５】 同様に、フィルタを前記温度に加熱した後に、低温の排気ガスが供給されるこ とによりフィルタの排気ガス流入側端面が急激に冷却されるような場合でも、そ の熱衝撃によってフィルタに破損が生じ易くなる。

【０００６】 本考案は上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的は、熱衝撃に起因 するフィルタの破損を確実に防止できる排気ガス浄化装置を提供することにある 。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

上記の課題を解決するために、本考案では、内燃機関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、内燃機関の排気ガスを浄化するフィルタにお いて、前記フィルタは複数の部分から構成され、各部分がガスの流れ方向に沿っ て近接配置している。

【０００８】

【作用】

本考案の構成によれば、フィルタが熱衝撃に遭遇した場合、先ず上流側に配置 されたフィルタが熱衝撃の影響を受け、フィルタの温度が変化する。その後、温 度変化は上流側のフィルタの端面を介して、徐々に下流側のフィルタ側に波及す る。このように、上流側に配置されたフィルタが下流側に配置されたフィルタの 好適な熱緩衝体として作用するため、下流側のフィルタへの熱衝撃を確実に緩和 することができ、クラック発生の原因となる応力の発生を未然に回避できる。

【０００９】 前記フィルタは、上流側及び下流側の２つの部分からなり、各部分は多孔質セ ラミックスによってハニカム状に形成され、かつ上流側部分の気孔径が下流側よ りも大きく設定されていることが望ましい。この場合、下流側フィルタの気孔径 及び気孔率は、それぞれ５μｍ〜５０μｍ，３０％〜７０％の範囲内となるよう に設定される。前記各部分を圧力損失の小さいハニカム形状にすると共に、上流 側部分の気孔径を下流側よりも大きく設定することにより、排気ガスが両フィル タを通過する前後における圧力損失の増大が確実に防止される。

【００１０】 フィルタの材料となる多孔質セラミックスには、例えば多孔質炭化珪素焼結体 、多孔質アルミナ焼結体、コージエライト焼結体、ジルコニア焼結体等を使用す ることが好適である。

【００１１】 また、前記フィルタは、上流側及び下流側の２つの部分からなり、上流側フィ ルタは三次元網目構造をなすことが望ましい。その理由は、上流側フィルタを圧 力損失の小さい三次元網目構造にすることにより、圧力損失の増大を確実に防止 するためである。

【００１２】 更に、上流側のフィルタ自体に、フィルタ全体の２０％〜３０％の濾過能力を 付与すれば、下流側フィルタと共に設置した場合でも、装置全体の大型化や濾過 能力の低下を引き起こす原因となることはない。

【００１３】

【実施例及び比較例】

〔実施例１〕 以下に、本考案をディーゼルエンジン用の排気ガス浄化装置に具体化した一実 施例について図１〜図３に基づき詳しく説明する。

【００１４】 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が内燃機関としてのディーゼルエンジンＥの排気 管路Ｅａに接続されている。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、排気ガスの流れ方向に沿って上流側ハニカ ムフィルタ３及び下流側ハニカムフィルタ４が互いに近接して配設されている。 また、通路２ａ内において両フィルタ３，４の更に上流側には、再生処理用の熱 源としてバーナー５が設けられている。

【００１５】 図２及び図３に示すように、本実施例の下流側ハニカムフィルタ４は気孔径が １５μｍ，気孔率が５０％，熱伝導率が０．０５cal/cm・sec ・℃の多孔質炭化 珪素焼結体によってハニカム状に形成され、全体として長さ１００mm，直径１４ ０mmの円柱状を呈している。また、フィルタ４には、その軸線方向に沿って複数 の連通孔４ａが形成され、各連通孔４ａは厚さ０．２mmの内壁４ｂによって隔て られている。各連通孔４ａの排気ガス流入側及び流出側の何れかの端部は、多孔 質焼結体からなる封止片４ｃによって交互に封止され、これにより流入側または 流出側の何れかに開口するセル４ｄ₁ ，４ｄ₂ が形成されている。

【００１６】 また、図２に示す上流側ハニカムフィルタ３は前記フィルタ４と同様に多孔質 炭化珪素焼結体によって円柱状に形成されている。その軸線方向の長さは５０mm ，直径は１４０mmであり、前記フィルタ４よりも短い。また、気孔径は１００μ ｍ，気孔率は５０％であって前記フィルタ４よりも気孔径は大きく、気孔率は小 さい。熱伝導率は０．０８cal/cm・sec ・℃である。前記フィルタ３には、前記 フィルタ４と同様にその軸線方向に沿って複数の連通孔３ａが形成され、各連通 孔３ａは厚さ０．３mmの内壁３ｂによって隔てられている。そして、各連通孔３ ａの排気ガス流入側及び流出側の何れかの端部は、多孔質焼結体製の封止片３ｃ で封止されている。この封止により、流出入側の何れかに開口するセル３ｄ₁ ， ３ｄ₂ が形成されている。

【００１７】 このような両フィルタ３，４を、図１及び図２のように互いに近接した状態で 所定位置に配置して、ディーゼルエンジンＥを始動させた。この場合、ディーゼ ルエンジンＥが放出した排気ガスは、図２にて矢印Ａ₁ で示すように、先ず上流 側ハニカムフィルタ３の流入側に開口するセル３ｄ₁ に導入される。そして、排 気ガスは、内壁３ｂを通過して、流出側に開口する隣接のセル３ｄ₂ に導入され た後に、上流側ハニカムフィルタ３から排出される。そして、排気ガスが前記内 壁３ｂを通過する際に、排気ガス中に含まれるパティキュレートのうち、約３０ ％程度が捕集される。

【００１８】 更に、下流側ハニカムフィルタ４の流入側に開口するセル４ｄ₁ に流入した排 気ガスは、矢印Ａ₂ で示す経路を経て、即ち内壁４ｂを介して流出側に開口する 隣接のセル４ｄ₂ に導入される。そして、排気ガスが前記内壁４ｂを通過する際 に、排気ガス中に含まれる残りのパティキュレートが捕集され、浄化された排気 ガスのみが下流側ハニカムフィルタ４から排出される。上記の捕集動作は両フィ ルタ３，４に所定量のパティキュレートが捕集されるまで継続される。

【００１９】 次に、上記のように使用された両フィルタ３，４の再生処理について説明する 。両フィルタ３，４に所定量のパティキュレートが捕集されたことが排気ガスの 圧力損失、即ち、排気ガスが両フィルタ３，４を通過する前後の圧力差の増大に よって検知されると、バーナー５が点火され、両フィルタ３，４が８００℃〜１ ０００℃程度になるまで加熱される。この処理により、両フィルタ３，４に捕集 されたパティキュレートが燃焼され、両フィルタ３，４がパティキュレートを捕 集する前の元の状態に再生される。

【００２０】 さて次に、以上のように形成された排気ガス浄化装置１の特性の評価試験につ いて説明する。 本特性評価試験では、所定時間の間、両フィルタ３，４に排気ガスを流通して パティキュレートを捕集させた後に、両フィルタ３，４をバーナー５にて急激に ８００℃〜１０００℃に加熱した。次いで、フィルタ３，４に８０℃の排気ガス を供給して急激に冷却した。前記の一連の処理を繰り返し行い、両フィルタ３， ４に対して約７００℃の熱衝撃を与えた。

【００２１】 そして、両フィルタ３，４の中心軸線上にて、フィルタ４の流入側端面上の位 置Ｐa ，両フィルタ３，４の接触面上の位置Ｐb ，フィルタ４の流出側端面上の 位置Ｐc の温度Ｔa ，Ｔb ，Ｔc をそれぞれ経時的に測定した（図１参照）。ま た、加熱及び冷却過程での両位置Ｐa ，Ｐb における最大温度差ΔＴabと、両位 置Ｐb ，Ｐc における最大温度差ΔＴbcとをそれぞれ測定した。更に、排気ガス が各フィルタ３，４を通過する際の圧力損失をそれぞれ測定すると共に、熱衝撃 に起因するクラックの発生状況を調査した。また、両フィルタ３，４から放出さ れた排気ガスの浄化の度合いを調査することにより、フィルタの濾過能力の優劣 を判定した。これらの結果を表１に示す。

【００２２】 表１から明らかなように、本排気ガス浄化装置１においては、排気ガスが上流 側フィルタ４を通過する際の圧力損失は１８０mmＨｇ，下流側フィルタ３を通過 する際の圧力損失は２５０mmＨｇであった。また、位置Ｐa ，Ｐb における最大 温度差ΔＴab及び位置Ｐb ，Ｐc における最大温度差ΔＴbcを測定した結果、そ れぞれ５０℃，８０℃を示した。このように、前記測定値は何れもクラックが発 生する温度差よりも小さかった。特に、ΔＴbcの測定値が小さかったことから、 上流側フィルタ３によって熱衝撃が確実に緩和されていることが示唆された。尚 、何れのフィルタ３，４にもクラックは認められなかった。また、両フィルタ３ ，４の濾過能力も良好であった。 〔実施例２〕 図４には実施例２の排気ガス浄化装置６が示されている。この排気ガス浄化装 置６は、排気ガスの流れ方向に沿って互いに近接配置された２個のフィルタ４， ７を備えている。本実施例２にて下流側に配置されるフィルタとしては、前記実 施例１と同一のサイズかつ同一の形状を有するハニカム状のフィルタ４が用いら れている。一方、上流側に配置されるフィルタ７には、前記実施例１のハニカム 状のフィルタ３とは異なり、塊状に丸められたアルミナ繊維（繊維の太さが２μ ｍ〜５０μｍ）からなるフィルタ７が用いられている。この上流側フィルタ７は 軸線方向の長さが５０mm，直径が１４０mm，熱伝導率が０．０１cal/cm・sec ・ ℃であり、全体として円柱状を呈するものである。

【００２３】 前記両フィルタ４，７をケーシング２内の所定位置に配置して、上述の測定及 び調査を行った。これらの結果を表１に示す。 表１から明らかなように、本排気ガス浄化装置６においては、排気ガスが上流 側フィルタ７を通過する際の圧力損失は３０mmＨｇ，下流側フィルタ４を通過す る際の圧力損失は２５０mmＨｇであった。また、最大温度差ΔＴab，ΔＴbcはそ れぞれ３８℃，１２０℃であり、クラックが発生する温度差よりも小さかった。 また、前記実施例１と同様にΔＴbcの測定値が小さかったことから、上流側フィ ルタ７によって熱衝撃が確実に緩和されていることが示唆された。尚、何れのフ ィルタ４，７にもクラックは認められなかった。また、両フィルタ４，７の濾過 能力も前記実施例１と同様に良好であった。 〔実施例３〕 図５には実施例３の排気ガス浄化装置８が示されている。この排気ガス浄化装 置８は、排気ガスの流れ方向に沿って互いに近接配置された２個のフィルタ４， ９を備えている。本実施例３にて下流側に配置されるフィルタとしては、前記実 施例１と同一のサイズかつ同一の形状を有するハニカム状のフィルタ４が用いら れている。一方、上流側に配置されるフィルタ９は、前記各実施例１，２のフィ ルタ３，７とは異なり、三次元網目構造を有するフォーム形状を備えている。ま た、フィルタ９を形成する材料には、多孔質炭化珪素焼結体が用いられている。 この上流側フィルタ９は軸線方向の長さが５０mm，直径が１４０mm，熱伝導率が ０．０４cal/cm・sec ・℃であり、全体として円柱状を呈するものである。また 、その気孔径及び気孔率は、何れも下流側フィルタ４よりも大きく、前者は８５ ％に、後者は１０００μｍ〜２０００μｍに設定されている。

【００２４】 前記両フィルタ４，９をケーシング２内の所定位置に配置して、上述の測定及 び調査を行った。尚、本実施例では、両フィルタ３，４に加わる熱衝撃を約８０ ０℃に設定した。これらの結果を表１に示す。

【００２５】 表１から明らかなように、本排気ガス浄化装置８においては、排気ガスが上流 側フィルタ９を通過する際の圧力損失は３０mmＨｇ，下流側フィルタ４を通過す る際の圧力損失は２５０mmＨｇであった。また、最大温度差ΔＴab，ΔＴbcはそ れぞれ６０℃，９０℃であり、クラックが発生する温度差よりも小さかった。ま た、前記両実施例１，２と同様にΔＴbcの測定値が小さかったことから、上流側 フィルタ９によって熱衝撃が確実に緩和されていることが示唆された。尚、何れ のフィルタ４，９にもクラックは認められなかった。また、両フィルタ４，９の 濾過能力も良好であった。 〔比較例〕 更に、前記実施例１〜３に対する比較例として、下流側ハニカムフィルタのみ を配設した従来タイプの排気ガス浄化装置を構成した。そして、本比較例につい ても上述の測定及び調査を行った。これらの結果を表１に示す。

【００２６】 表１から明らかなように、比較例の排気ガス浄化装置のフィルタでは、圧力損 失及びフィルタの濾過能力については前記実施例１〜３とほぼ同程度の結果を得 た。しかし、熱衝撃を緩和する手段を持たない本装置では、前記最大温度差ΔＴ bcは２３０℃となり、クラックが発生する温度差よりも大きくなった。その結果 、ハニカムフィルタにはクラックが生じ、フィルタが破損するに到った。

【００２７】 以上の結果を勘案すると、前記実施例１〜３の排気ガス浄化装置は、従来タイ プの排気ガス浄化装置に比して優れた特性を備えているということが分かる。

【００２８】

【表１】

【００２９】 表中、○印は下流側フィルタにクラックが発生しなかったことを、×印はクラ ックが発生していたことを示している。 尚、本考案は上記各実施例に限定されるものではなく、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ができる。例えば、 （ａ）上流側フィルタを、有底の円筒状に形成し、その底部及び側部に多くの 微細孔を設けることにより全体としてストレーナのような形状にしても良い。尚 、前記底部は前記底部は下流側フィルタ４の端面に近接して配置される。また、 複数の円板状のフィルタを積層することにより、前記上流側フィルタを構成して も勿論良い。

【００３０】 （ｂ）また、上流側フィルタをステンレス耐熱合金、ハステロイ繊維等を用い て形成することも可能である。 （ｃ）下流側フィルタ４をフィルタの軸線方向と平行にまたは垂直に分割して 、複数のユニットからなるフィルタとしても良い。この構成によれば、熱衝撃に 対する耐久性をより一層向上させることができる。

【００３１】

【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によれば、熱衝撃に起因する フィルタの破損を確実に防止できるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案を具体化した排気ガス浄化装置の一実
施例を示す部分正断面図である。

【図２】 図１の排気ガス浄化装置における上流側及び
下流側ハニカムフィルタの拡大正断面図である。

【図３】 下流側ハニカムフィルタの左側面図である。

【図４】 実施例２の排気ガス浄化装置における上流側
フィルタ及び下流側ハニカムフィルタを示す拡大正断面
図である。

【図５】 実施例３の排気ガス浄化装置における上流側
フィルタ及び下流側ハニカムフィルタを示す拡大正断面
図である。

【符号の説明】

１，６，８ 排気ガス浄化装置、２ ケーシング、２ａ
通路、３，４，７，９ フィルタ、Ｅ 内燃機関とし
てのディーゼルエンジン。

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】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、内燃
   機関（Ｅ）の排気ガスを浄化するフィルタ（３，４，
   ７，９）を備えた排気ガス浄化装置（１，６，８）にお
   いて、 前記フィルタ（３，４，７，９）は複数の部分から構成
   され、各部分がガスの流れ方向に沿って近接配置されて
   いることを特徴とする排気ガス浄化装置。
2. 【請求項２】前記フィルタ（３，４）は、上流側及び下
   流側の２つの部分からなり、各部分は多孔質セラミック
   スによってハニカム状に形成され、かつ上流側部分の気
   孔径が下流側よりも大きく設定されていることを特徴と
   する請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
3. 【請求項３】前記フィルタ（９，４）は、上流側及び下
   流側の２つの部分からなり、上流側フィルタ（９）は三
   次元網目構造をなすことを特徴とする請求項１に記載の
   排気ガス浄化装置。