JPH06294313A - Trap for purifying exhaust gas - Google Patents

Trap for purifying exhaust gas

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JPH06294313A
JPH06294313A JP5058837A JP5883793A JPH06294313A JP H06294313 A JPH06294313 A JP H06294313A JP 5058837 A JP5058837 A JP 5058837A JP 5883793 A JP5883793 A JP 5883793A JP H06294313 A JPH06294313 A JP H06294313A
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JP
Japan
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porous body
filter
exhaust gas
trap
ceramic
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Application number
JP5058837A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaaki Honda
正明 本多
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Publication of JPH06294313A publication Critical patent/JPH06294313A/en
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)
  • Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)

Abstract

PURPOSE:To eliminate completely harmful component in exhaust gas discharged from a diesel engine with high collecting efficiency without increasing pressure loss in a short time by a trap which can be regenerated with low output. CONSTITUTION:A plurality of filter elements 10 each of which consists of a heater 12 incorporated integratedly with a cylindrical filter 11 are provided in a trap container 13. Each filter 11 consists of three layer construction, and each of an inner layer 11A and an outer layer 11C consists of a three dimensional steel shaped structure porous body. An intermediate layer 11B consists of a felt shaped ceramic porous body.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はディーゼルエンジンの排
気ガス中のカーボン等のパティキュレート(微粒子)を
捕集・除去するための排気ガス浄化用トラップに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exhaust gas purifying trap for collecting and removing particulates (particles) such as carbon in exhaust gas of a diesel engine.

【0002】[0002]

【従来の技術】自動車の排気ガスは、大気汚染の大きな
原因の一つで、排気ガスに含まれる有害成分を除去する
技術は極めて重要である。特に、ディーゼルエンジン車
においては、主にNOxとカーボンを主体とするパティ
キュレート(微粒子)の除去が重要な課題である。
2. Description of the Related Art Exhaust gas from an automobile is one of the major causes of air pollution, and a technique for removing harmful components contained in the exhaust gas is extremely important. Particularly in diesel engine vehicles, the removal of particulates (particulates) mainly composed of NOx and carbon is an important issue.

【0003】これらの有害成分を除去するために、EG
Rをかけたり、燃料噴射系の改善や燃焼室形状の改善を
行ったりといったエンジン側での改善も行われている
が、抜本的な決め手がなく、特開昭58−51235号
公報等では排気通路に設置したフィルタによってパティ
キュレートを捕集除去することが提案されており、この
後処理法が現在では最も実用的であると考えられてい
る。
In order to remove these harmful components, EG
Improvements have been made on the engine side, such as turning R, improving the fuel injection system, and improving the shape of the combustion chamber, but there is no fundamental deciding factor, and the exhaust gas is disclosed in JP-A-58-51235. It has been proposed to remove particulates by a filter installed in the passage, and this post-treatment method is considered to be the most practical at present.

【0004】かかる後処理法では、ディーゼルエンジン
排気に含まれるパティキュレートを捕集するためのトラ
ップとしては、使用される条件から次のような性能を満
足する必要がある。
In such a post-treatment method, as a trap for collecting particulates contained in the exhaust gas of a diesel engine, it is necessary to satisfy the following performances from the conditions of use.

【0005】まず第1に、通過排気ガスの清浄度を満足
させるだけのパティキュレートの捕集効率をもっている
ことが必要である。パティキュレート排出量は、ディー
ゼルエンジンの排気量や負荷等により変化するが、一般
にはディーゼルエンジンからの排出量の平均60%以上
を捕集できることが必要である。
First, it is necessary to have a particulate collection efficiency sufficient to satisfy the cleanliness of the passing exhaust gas. The particulate emission amount changes depending on the exhaust amount and load of the diesel engine, but generally it is necessary to be able to collect an average of 60% or more of the emission amount from the diesel engine.

【0006】第2には、排気ガスに対する圧損が小さい
ことが必要である。パティキュレートが捕集されるに従
って、トラップをエンジン排気が通過するときの圧損が
大きくなって、エンジンに背圧がかかり悪影響をもたら
す。このため、通常捕集後の圧力損失を30KPa以下
に抑える必要があるといわれている。したがって、トラ
ップに一定量以上のパティキュレートが捕集されると、
定期的に捕集物の除去再生を行い、初期の圧損状態まで
回復してやる必要がある。パティキュレート捕集量に対
する圧力損失の上昇割合が大きいと、この除去再生操作
の頻度が多くなり実用的でない。したがって、トラップ
は初期圧力損失が小さいことはもちろん、排気ガスを通
過させパティキュレートが捕集されても圧力損失が上が
りにくいことが必要とされる。
Secondly, it is necessary that the pressure loss with respect to the exhaust gas is small. As the particulates are collected, the pressure loss when the engine exhaust passes through the trap increases, and back pressure is exerted on the engine, which causes an adverse effect. For this reason, it is said that it is usually necessary to suppress the pressure loss after collection to 30 KPa or less. Therefore, if a certain amount of particulates are trapped in the trap,
It is necessary to periodically remove and regenerate the collected matter to recover the initial pressure loss state. If the rate of increase in pressure loss with respect to the amount of collected particulates is large, the frequency of this removal and regeneration operation becomes large, which is not practical. Therefore, it is necessary for the trap not only to have a small initial pressure loss, but also to be hard to increase the pressure loss even when the exhaust gas is passed and the particulates are collected.

【0007】第3には、上述の繰り返し行われる除去再
生処理が簡便に、かつなるべく低エネルギで完全にでき
ることが必要となる。パティキュレートの除去再生方法
としては、軽油バーナーを利用した方法なども検討され
ているが、安全性や制御のしやすさ車への搭載性といっ
た点を考慮すると、電気ヒータを用いた方法が最も有望
であると言われている。しかし電気ヒータ再生の場合、
車に搭載されるバッテリーやオイルネーターなどに過度
の負担をかけないよう、できるだけ低い電力で再生でき
るようにする必要がある。
Thirdly, it is necessary that the above-described repetitive removal and regeneration process can be completed easily with low energy. As a particulate removal and regeneration method, a method using a light oil burner is also being considered, but considering safety and ease of control and installation in a car, the method using an electric heater is the most preferable. It is said to be promising. However, in the case of electric heater regeneration,
It is necessary to be able to reproduce with the lowest possible power so as not to put an excessive burden on the battery and the oil generator installed in the car.

【0008】上記の要件を満足するフィルタエレメント
としては、従来コーディエライトセラミックスのウォー
ルフロー式のハニカム状多孔体が最も実用に近いと考え
られてきた。この方式では、パティキュレートが局所に
たまりやすく、またコーディエライトセラミックスは熱
伝導率が小さいため、再生時にヒートスポットができや
すく、フィルタが溶損したり、熱応力によってクラック
を生じたりすることがあり、信頼性が確保できなかっ
た。そこで、現在では再生時にクラック等の発生がなく
信頼性の高い金属製フィルタエレメントやセラミックフ
ァイバをキャンドル状に形成したフィルタエレメントが
注目されている。
As a filter element satisfying the above requirements, a wall-flow type honeycomb porous body of cordierite ceramics has been considered to be the most practical. In this method, particulates tend to accumulate locally, and because cordierite ceramics have a low thermal conductivity, heat spots are easily formed during regeneration, which may cause the filter to melt or crack due to thermal stress. , Reliability could not be secured. Therefore, at present, a filter element made of a highly reliable metal filter element and a ceramic fiber having a candle-like shape, which is free from cracks and the like at the time of regeneration and has a high reliability, is drawing attention.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た金属製フィルタエレメントやセラミックファイバフィ
ルタエレメントは、その構造上コーディエライトセラミ
ックスのウォールフローフィルタほど排気ガスの流入表
面積を大きくとることができない。そのため、高い捕集
効率を得るようにフィルタ設計を行うと、パティキュレ
ートがフィルタ表面ばかりに捕集されて目詰まりをおこ
し、その結果圧損が急激に上昇しフィルタ再生間隔が短
いという問題があった。
However, the metal filter element and the ceramic fiber filter element described above cannot have a larger exhaust gas inflow surface area than the wall flow filter made of cordierite ceramics due to its structure. Therefore, when a filter is designed to obtain high collection efficiency, particulates are collected only on the filter surface and cause clogging, resulting in a rapid increase in pressure loss and a short filter regeneration interval. .

【0010】また、コーディエライトセラミックスのウ
ォールフローフィルタにおいては、パティキュレートの
燃焼時の自己発熱を利用した燃焼伝播によって少ない電
力量で効率よく再生を行う事ができるのに対し、金属製
フィルタエレメントやセラミックファイバフィルタエレ
メントはコーディエライトセラミックスのウォールフロ
ーフィルタほど多量にパティキュレートを捕集できず、
パティキュレートの燃焼熱が小さいため、電気ヒータか
ら発生される熱のみで再生を行わなければならない。そ
の結果、再生電力量が大きくなりすぎるという問題があ
った。
Further, in the wall flow filter made of cordierite ceramics, the regeneration can be efficiently performed with a small amount of electric power by the combustion propagation utilizing the self-heating at the time of burning the particulates, whereas the metal filter element is used. And ceramic fiber filter elements cannot collect as much particulate as the cordierite ceramic wall flow filter,
Since the heat of combustion of particulates is small, regeneration must be performed only with the heat generated by the electric heater. As a result, there is a problem that the amount of regenerated electric power becomes too large.

【0011】本発明は、上述した従来のフィルタエレメ
ントの問題点に留意して、高い捕集効率と捕集にともな
い短時間で圧損が急激に上昇しない性能を維持したまま
高熱効率で、すなわち低出力で短時間で再生が可能な、
ヒータを組み込んだ金属製フィルタエレメントやセラミ
ックファイバフィルタエレメントからなるディーゼルエ
ンジン用排気ガス浄化用トラップを提供することを課題
とする。
In consideration of the above-mentioned problems of the conventional filter element, the present invention has a high thermal efficiency, that is, a low thermal efficiency while maintaining a high collection efficiency and a performance in which the pressure loss does not sharply rise in a short time due to the collection. Output can be played in a short time,
An object of the present invention is to provide an exhaust gas purifying trap for a diesel engine, which is composed of a metal filter element and a ceramic fiber filter element incorporating a heater.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する手段
としてこの発明は、フィルタにヒータを一体に組込んだ
フィルタエレメントを排気系に設置されるフィルタ容器
内に装着し、前記フィルタを耐熱金属多孔体とセラミッ
ク多孔体の積層構造体から構成して成る排気ガス浄化用
トラップとしたのである。
According to the present invention, as a means for solving the above problems, a filter element having a heater integrally incorporated in a filter is mounted in a filter container installed in an exhaust system, and the filter is made of a heat-resistant metal. The exhaust gas purifying trap is composed of a laminated structure of a porous body and a ceramic porous body.

【0013】この場合、ヒータが絶縁被覆を有してお
り、絶縁被覆表面の少なくとも一部がフィルタエレメン
トの耐熱金属多孔体部分に接触しているようにすること
ができる。
In this case, the heater may have an insulating coating, and at least a part of the surface of the insulating coating may be in contact with the heat-resistant metal porous body portion of the filter element.

【0014】又、上記いずれかのトラップで、セラミッ
ク多孔体がセラミックの長繊維を隙間をもって巻き付け
た構造体または、セラミック短繊維のフェルト状成形体
であるようにしてもよい。その際、フィルタエレメント
がセラミック多孔体を内外周から耐熱金属多孔体で挾み
込まれ固定された構造体であるようにすることもでき
る。
In any one of the above traps, the ceramic porous body may be a structure in which long ceramic fibers are wound with a gap or a felt-like molded body of short ceramic fibers. At that time, the filter element may be a structure in which the ceramic porous body is sandwiched and fixed by the heat resistant metal porous body from the inner and outer circumferences.

【0015】さらに、上記第一又は第二の発明におい
て、フィルタエレメントが、耐熱金属多孔体の外周にセ
ラミック長繊維を多孔質構造となるように巻き付けた構
造体であるようにしてもよい。
Further, in the first or second invention, the filter element may be a structure in which ceramic long fibers are wound around the outer periphery of the heat resistant metal porous body so as to have a porous structure.

【0016】いずれの場合も、耐熱金属多孔体が耐熱金
属からなる三次元網状構造多孔体であるようにするのが
好ましい。その際、耐熱金属多孔体が耐熱金属からなる
三次元網状構造多孔体の孔内に金属粉末、繊維もしくは
セラミック繊維を充填して、孔径を調整したものである
ようにするのがよい。
In any case, it is preferable that the heat-resistant metal porous body is a three-dimensional network structure porous body made of a heat-resistant metal. At this time, it is preferable that the heat-resistant metal porous body is one in which the pore diameter is adjusted by filling the pores of the three-dimensional network structure porous body made of a heat-resistant metal with metal powder, fiber or ceramic fiber.

【0017】[0017]

【作用】以上の構成とした本発明のトラップに至る過程
として、電気ヒータ再生装置をもったフィルタにおいて
は、再生時にはヒータに電流を流して加熱すると、それ
にともなってフィルタおよびその孔部に捕集されたパテ
ィキュレートが加熱される。パティキュレートは発火点
に達すると、燃焼し再生が始まる。低電力での再生の要
求から、一般的には5〜10分で再生が完了する必要が
ある。ヒータによって加熱されたフィルタ各部は徐々に
昇温され、最終的にはフィルタ各部からの放熱とバラン
スがとれ一定温度に達する。しかし、上述のように5〜
10分で再生が完了しなければならないと言うことは、
フィルタ各部の温度が定常状態に達する前に再生が完了
することを意味する。すなわち、昇温過程でいかに必要
な部分以外への伝熱を抑えるかが、短時間再生達成のポ
イントになる。上述の観点から、フィルタエレメントの
構造を見直した結果本発明に至ったのであるが、以下そ
の作用について説明する。
As a process leading to the trap of the present invention configured as described above, in a filter having an electric heater regenerating device, when a current is passed through the heater to heat it during regeneration, the filter is trapped in the filter and its pores. The particulates thus heated are heated. When the particulates reach the ignition point, they burn and start regeneration. Due to the requirement of regeneration with low power, regeneration generally needs to be completed in 5 to 10 minutes. The temperature of each part of the filter heated by the heater gradually rises, and finally reaches a constant temperature in balance with the heat radiation from each part of the filter. However, as mentioned above,
To say that the playback must be completed in 10 minutes
This means that regeneration is completed before the temperature of each part of the filter reaches a steady state. That is, how to suppress heat transfer to a portion other than a necessary portion in the temperature rising process is a key point for achieving short-time regeneration. From the above viewpoint, the present invention has been achieved as a result of reviewing the structure of the filter element. The operation will be described below.

【0018】第一の発明における金属多孔体は熱伝導率
が高いため、フィルタ各部での温度分布が生じにくく、
早い時期にフィルタ全面から再生が始まる。しかし、熱
伝導率が高いことは、本来昇温されなければならないフ
ィルタ部分以外にも、熱エネルギが逃げてしまうことに
もつながり、結果的に堆積パティキュレートの燃焼完了
が遅くなる。しかし、金属多孔体に低熱伝導率のセラミ
ック多孔体を積層複合することにより、パティキュレー
トの大部分が堆積している金属多孔体部分は熱伝導率が
高いため昇温速度を速められ、パティキュレートが殆ど
堆積していないセラミック多孔体部分は昇温を遅らせ必
要以上に加熱しないですませることができる。すなわ
ち、再生のための電気エネルギを有効に使うことができ
る。
Since the porous metal body in the first invention has a high thermal conductivity, temperature distribution in each part of the filter hardly occurs,
Regeneration starts from the entire surface of the filter early. However, the high thermal conductivity leads to the escape of heat energy in addition to the filter portion that originally has to be heated, and as a result, the completion of combustion of the deposited particulates is delayed. However, by laminating and compounding a ceramic porous body with a low thermal conductivity on a porous metal body, the metal porous body portion where most of the particulates are deposited has a high thermal conductivity, so the temperature rising rate can be increased, However, it is possible to delay the temperature rise in the ceramic porous body portion where almost no deposits occur, and to prevent unnecessary heating. That is, the electric energy for regeneration can be effectively used.

【0019】以上の機能を充分に発揮するために第二の
発明で限定しているように、上記積層構造フィルタの金
属多孔体部分とヒータとができるだけ熱抵抗の小さい状
態で接触していることが肝要である。この場合、一般に
金属多孔体は導電性があるので、ヒータは少なくとも金
属多孔体との接触部分が絶縁被覆を有していることが必
要である。
As limited in the second aspect of the present invention in order to fully exhibit the above-mentioned functions, the porous metal portion of the above-mentioned laminated structure filter and the heater are in contact with each other in a state where thermal resistance is as small as possible. Is essential. In this case, since the metal porous body is generally conductive, it is necessary for the heater to have an insulating coating at least at the contact portion with the metal porous body.

【0020】また、第三の発明のように、上記積層構造
体をフィルタとして用いた場合、セラミック多孔体部分
にはなるべく伝熱量が少なくなるのが好ましいから、セ
ラミック多孔体部分で温度勾配が生ずることは避けられ
ない。したがって、用いるセラミック多孔体としては、
熱応力が生じにくい構造を持つものが好ましい。このよ
うなセラミック多孔体としては、セラミックの長繊維を
隙間を持って巻き付けた構造体や、セラミック短繊維を
フェルト状に成形したものがある。これらのセラミック
多孔体はしっかりとした保形性を有しておらず、したが
って熱膨張を容易に歪で緩和でき熱亀裂を生じる心配が
ない。
When the laminated structure is used as a filter as in the third aspect of the invention, it is preferable that the amount of heat transferred to the ceramic porous body portion is as small as possible, so that a temperature gradient is generated in the ceramic porous body portion. It is inevitable. Therefore, as the ceramic porous body used,
A structure having a structure in which thermal stress is unlikely to occur is preferable. As such a ceramic porous body, there are a structure body in which long filaments of ceramic are wound with a gap, and a ceramic short fiber formed in a felt shape. These ceramic porous bodies do not have a firm shape-retaining property, and therefore, thermal expansion can be easily relaxed by strain and there is no fear of thermal cracking.

【0021】また、第四の発明のように、セラミック多
孔体が上述のセラミック長繊維の巻き付け構造体や、セ
ラミック短繊維のフェルトのように保形性がない場合に
は、金属多孔体と一体化するために、セラミック多孔体
を金属多孔体で挾み込み固定することは、フィルタとし
て安定した性能を長期間にわたって維持するために有用
な方法である。
Further, as in the fourth aspect of the invention, when the ceramic porous body does not have a shape-retaining property as in the above-described structure of wound ceramic long fibers or felt of ceramic short fibers, it is integrated with the porous metal body. It is a useful method to maintain stable performance as a filter for a long period of time by fixing the ceramic porous body with the metal porous body.

【0022】さらに第五の発明のように、セラミック多
孔体がセラミック長繊維の巻き付け構造体の場合、金属
多孔体の外周にセラミック長繊維を多孔質構造となるよ
うに巻き付けることによっても一体となった保形性を有
するフィルタが形成できる。
Further, as in the fifth aspect of the invention, when the ceramic porous body has a structure in which the ceramic long fibers are wound, the ceramic long fibers are wound around the outer periphery of the metal porous body so as to form a porous structure, thereby becoming integrated. A filter having excellent shape retention can be formed.

【0023】第六の発明では、用いる金属多孔体として
は、パティキュレート捕集効率が高く、かつ捕集にとも
なう圧損の上昇が小さいものが好ましい。この観点か
ら、連通気孔を有する耐熱金属からなる三次元網状構造
多孔体は優れた特性を持っている。三次元網状構造多孔
体の一例は、図5に示すように、ポケット状の連通気孔
1が骨格2に囲まれた構造をした多孔体である。三次元
網状構造多孔体の別の例は、図6に示すように、繊維状
の骨格3が三次元的に絡み合って連通気孔4を形成した
多孔体である。これらの多孔体は多孔率が高いため、ガ
ス流動抵抗が極めて小さく、また、骨格が三次元的にネ
ットワークを組んでいるためパティキュレートの捕集性
能が優れている。
In the sixth aspect of the invention, it is preferable that the metal porous body to be used has a high particulate collection efficiency and a small increase in pressure loss due to the collection. From this point of view, the three-dimensional network structure porous body made of a heat-resistant metal having continuous ventilation holes has excellent properties. As shown in FIG. 5, an example of a three-dimensional network structure porous body is a porous body having a structure in which pocket-shaped continuous ventilation holes 1 are surrounded by a skeleton 2. Another example of the three-dimensional network structure porous body is a porous body in which fibrous skeletons 3 are three-dimensionally intertwined to form continuous ventilation holes 4, as shown in FIG. Since these porous bodies have a high porosity, the gas flow resistance is extremely small, and since the skeleton forms a three-dimensional network, the particulate collection performance is excellent.

【0024】また、この三次元網状構造多孔体はかさ密
度が小さく、熱容量が小さいという点でも再生電力を小
さくする上で有効である。さらに、この三次元網状構造
多孔体は成形加工性に優れているため、圧縮加工等によ
って孔径を自由にコントロールできる。
The three-dimensional network structure porous body is also effective in reducing the regeneration power in that it has a small bulk density and a small heat capacity. Further, since this three-dimensional network structure porous body has excellent moldability, the pore size can be freely controlled by compression processing or the like.

【0025】また、第七の発明のように三次元網状構造
多孔体の孔内に金属粉末、繊維やセラミック繊維等の充
填物を適度に充填して、孔径をコントロールすることに
より、捕集性能の最適化を図ることも容易にできる。
Further, as in the seventh aspect of the invention, the pores of the three-dimensional network structure porous body are appropriately filled with a filling material such as metal powder, fibers or ceramic fibers to control the pore size, thereby collecting performance. It is also easy to optimize.

【0026】[0026]

【実施例】以下この発明の実施例について図面を参照し
て説明する。 実施例1 図1はこの実施例のディーゼルエンジン排気ガス浄化用
トラップの縦断面図である。フィルタエレメント10
は、円筒状のフィルタ11と一体に組み込まれたヒータ
12とからなる。このフィルタエレメント10はトラッ
プ容器13中に7本装着された。本実施例の場合、排気
ガスは円筒状フィルタ11の内面から供給され、パティ
キュレートを取り除かれた後外面から排出される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Embodiment 1 FIG. 1 is a vertical sectional view of a diesel engine exhaust gas purifying trap of this embodiment. Filter element 10
Is composed of a cylindrical filter 11 and a heater 12 integrally incorporated. Seven of the filter elements 10 were mounted in the trap container 13. In the case of this embodiment, the exhaust gas is supplied from the inner surface of the cylindrical filter 11 and is exhausted from the outer surface after the particulates are removed.

【0027】図2の(a)は、フィルタ11の断面図を
示す。フィルタ11は外径48mm、内径28mm、長
さ190mmで3層構造をしており、内層11AはNi
CrAl製三次元網状構造多孔体(住友電気工業製、商
品名「セルメット」、平均孔径400μm)で、厚さ5
mmの円筒状成形体からなる。中間層11Bは、Al2
3 −SiO2 の短繊維からなる厚さ3mmのフェルト
状カラミック多孔体(イソライト工業製、商品名カオウ
ールフェルト、繊維径2.5μm)からなる。
FIG. 2A shows a sectional view of the filter 11. The filter 11 has an outer diameter of 48 mm, an inner diameter of 28 mm, and a length of 190 mm, and has a three-layer structure.
CrAl three-dimensional network structure porous body (Sumitomo Electric Industries, trade name "Celmet", average pore diameter 400 μm), thickness 5
mm cylindrical molded body. The intermediate layer 11B is made of Al 2
It is composed of a felt-like calamic porous body (made by Isolite Co., Ltd., trade name: Kaowool felt, fiber diameter 2.5 μm) having a thickness of 3 mm and made of short fibers of O 3 —SiO 2 .

【0028】外層11Cは内層と同様NiCrAl製三
次元網状構造多孔体(平均孔径400μm)を板厚方向
に1/3に圧縮成形した厚さ2mmの円筒体からなる。
The outer layer 11C is a cylindrical body having a thickness of 2 mm obtained by compression-molding a NiCrAl three-dimensional network structure porous body (average pore diameter 400 μm) to 1/3 in the plate thickness direction similarly to the inner layer.

【0029】ヒータ12は12V、50WのNiCrヒ
ータをもつ外径4mmのシースヒータをフィルタ1本当
たり4本組み込んだ。なお、ヒータのシース外表面はフ
ィルタの内層部と中間層部に接触し、外層部には接触し
ないように装着した。
As the heater 12, four sheath heaters each having an outer diameter of 4 mm and having a NiV heater of 12 V and 50 W were incorporated per filter. The outer surface of the sheath of the heater was attached so as to contact the inner layer portion and the intermediate layer portion of the filter but not the outer layer portion.

【0030】上記構成のトラップを図3に示した評価装
置に装着し、3/4負荷、1600rpmの定負荷定速
運転で2時間捕集を行った。その後、切替バルブにより
排気ガスの大部分をバイパスに流した状態で、組み込ん
だヒータに通電し再生を行った。
The trap having the above structure was mounted on the evaluation apparatus shown in FIG. 3, and the trap was collected for 2 hours under a constant load constant speed operation of 3/4 load and 1600 rpm. Then, with the switching valve flowing most of the exhaust gas to the bypass, the built-in heater was energized for regeneration.

【0031】図示の評価装置の大略は次の通りである。
3400cc、4気筒の直噴式のディーゼルエンジンを
持つ自動車20をシャーシダイナモメータ21に設置
し、排気管にトラップ22を取り付けた。トラップ部に
はバイパス回路23と切替バルブ24が設けてある。ト
ラップを通過した排気ガスはダイリューショントンネル
25に導かれる。ダイリューショントンネルには、フィ
ルタ式のパティキュレート濃度測定器26が設置されて
おり、排気中のパティキュレート濃度が計測される。
The outline of the illustrated evaluation apparatus is as follows.
An automobile 20 having a 3400 cc, 4-cylinder, direct-injection diesel engine was installed in a chassis dynamometer 21, and a trap 22 was installed in an exhaust pipe. A bypass circuit 23 and a switching valve 24 are provided in the trap portion. The exhaust gas that has passed through the trap is guided to the dilution tunnel 25. A filter type particulate concentration measuring device 26 is installed in the dilution tunnel to measure the particulate concentration in the exhaust gas.

【0032】以上のような評価装置でこの実施例1のト
ラップの浄化作用を測定した結果は次の通りであった。
このフィルタの初期圧損は120mmAqであり、2時
間捕集時に捕集効率は75%、フィルタ部の圧損は31
50mmAqであった。再生開始後6分30秒で圧損は
150mmAqまで回復した。なお、再生開始時のフィ
ルタ部の通過排気ガス量は11l/minであり、再生
終了時で32l/minであった。
The results of measuring the purifying action of the trap of Example 1 by the evaluation apparatus as described above are as follows.
The initial pressure loss of this filter was 120 mmAq, the collection efficiency was 75% when collecting for 2 hours, and the pressure loss of the filter part was 31%.
It was 50 mmAq. 6 minutes and 30 seconds after the start of regeneration, the pressure loss recovered to 150 mmAq. The amount of exhaust gas passing through the filter portion at the start of regeneration was 11 l / min, and at the end of regeneration was 32 l / min.

【0033】以上の測定結果から、実施例1のフィルタ
エレメントの浄化作用が極めて優れたものであることが
分るが、さらに測定結果を従来例のものと比較するため
次のような比較例を作成し比較を試みた。
From the above measurement results, it can be seen that the cleaning effect of the filter element of Example 1 is extremely excellent. In order to compare the measurement results with those of the conventional example, the following Comparative Example Created and tried to compare.

【0034】比較例1 比較例としてコーディエライトウォールフロータイプの
セラミックフィルタを用いたトラップを評価した。フィ
ルタエレメント110としては図2の(b)に示す構成
とし、日本碍子製DHC−221(セル数200セル/
平方インチ、肉厚12ミル、平均孔径13μm、多孔率
50%)を用いた。ヒータは12V、1500Wの渦巻
状ニクロムヒータをフィルタ前面に接触させて装着し
た。
Comparative Example 1 A trap using a cordierite wall flow type ceramic filter was evaluated as a comparative example. As the filter element 110, the configuration shown in FIG. 2B is used, and the DHC-221 manufactured by Nippon Insulator (the number of cells is 200 cells /
A square inch, a wall thickness of 12 mils, an average pore size of 13 μm, and a porosity of 50%) were used. As the heater, a 12V, 1500W spiral nichrome heater was attached in contact with the front surface of the filter.

【0035】このトラップを実施例1と同様、図3に示
した評価装置に装着し、3/4負荷、1600rpmの
定負荷定速運転で2時間捕集を行った。その後、切替バ
ルブにより排気ガスの大部分をバイパスに流した状態
で、組み込んだヒータに通電し再生を行った。
This trap was mounted on the evaluation apparatus shown in FIG. 3 in the same manner as in Example 1, and the trap was collected for 2 hours under the constant load constant speed operation of 3/4 load and 1600 rpm. Then, with the switching valve flowing most of the exhaust gas to the bypass, the built-in heater was energized for regeneration.

【0036】このフィルタの初期圧損は1200mmA
qであり、2時間捕集時に捕集効率は78%、フィルタ
部の圧損は2200mmAqであった。再生用ヒータ通
電後3分間は再生が進行したが、その後再生がストップ
した。その時点で圧損は1200mmAqまでしか回復
していなかった。評価終了後フィルタを切断して調査し
たところ、ハニカム状の孔内に燃え残りのパティキュレ
ートが認められ、堆積パティキュレート量が少なかった
ため、伝播燃焼が途中で停止してしまったものと考えら
れる。
The initial pressure loss of this filter is 1200 mmA
q, the collection efficiency was 78% at the time of collection for 2 hours, and the pressure loss of the filter part was 2200 mmAq. Regeneration proceeded for 3 minutes after the regeneration heater was energized, but then stopped. At that time, the pressure loss had only recovered to 1200 mmAq. After completion of the evaluation, the filter was cut and investigated. As a result, unburned particulates were found in the honeycomb-shaped holes, and the amount of accumulated particulates was small. Therefore, it is considered that the propagating combustion stopped midway.

【0037】そこで、同一のトラップで、同一条件で捕
集時間を8時間に延長して評価を行った。
Therefore, the same trap was used and the collection time was extended to 8 hours under the same conditions for evaluation.

【0038】8時間捕集時に捕集効率は81%、フィル
タ部の圧損は3150mmAqであった。6分間通電し
再生を行った後圧損は950mmAqまで低下した。な
お、再生開始時のフィルタ部の通過排気ガス量は12l
/minであり、再生終了時で33l/minであっ
た。評価終了後フィルタを切断して調査したところ、フ
ィルタエレメントが大きく割れていることが判明した。
再生後の圧損捕集前の圧損値より小さかった原因と考え
られる。
At the time of collection for 8 hours, the collection efficiency was 81% and the pressure loss of the filter part was 3150 mmAq. After energizing for 6 minutes and performing regeneration, the pressure loss decreased to 950 mmAq. The amount of exhaust gas passing through the filter at the start of regeneration is 12 liters.
/ Min, and 33 l / min at the end of regeneration. After the evaluation, the filter was cut and investigated, and it was found that the filter element was greatly cracked.
It is considered that the cause was that the pressure loss after regeneration was smaller than the pressure loss value before collection.

【0039】さらに、もう1つの比較例として次の測定
を試みた。
Further, the following measurement was tried as another comparative example.

【0040】比較例2 比較例として図2の(b)と同様な構成の金属多孔体の
みからなるフィルタエレメントを用いたトラップで評価
を行った。金属多孔体としてはNiCrAl製三次元網
状構造多孔体(平均孔径400μmを厚さ方向に1/3
に圧縮したもの)の円筒状成形体(外径48mm、内径
28mm、長さ190mm)を用いた。
Comparative Example 2 As a comparative example, evaluation was carried out with a trap using a filter element consisting only of a metal porous body having the same structure as in FIG. 2 (b). As the metal porous body, a NiCrAl three-dimensional network structure porous body (having an average pore diameter of 400 μm in the thickness direction of 1/3)
A cylindrical molded body (having an outer diameter of 48 mm, an inner diameter of 28 mm, and a length of 190 mm) was used.

【0041】実施例1と同一条件で評価を行った。Evaluation was carried out under the same conditions as in Example 1.

【0042】このフィルタの初期圧損は120mmAq
であり、2時間捕集時に捕集効率は68%、フィルタ部
の圧損は2950mmAqであった。再生によって圧損
が捕集前のレベルまで回復するのに11分かかり、その
時の圧損は130mmAqであった。なお、再生開始時
のフィルタ部の通過排気ガス量は12l/minであ
り、再生終了時で35l/minであった。
The initial pressure loss of this filter is 120 mmAq.
Therefore, the collection efficiency was 68% and the pressure loss of the filter part was 2950 mmAq when collected for 2 hours. It took 11 minutes for the pressure loss to recover to the level before collection by regeneration, and the pressure loss at that time was 130 mmAq. The amount of exhaust gas passing through the filter portion at the start of regeneration was 12 l / min, and at the end of regeneration was 35 l / min.

【0043】上述のように本比較例のトラップは本発明
のトラップに比べて、再生に必要な電力が約80%余分
に必要な事がわかった。
As described above, it was found that the trap of this comparative example requires about 80% extra power required for regeneration as compared with the trap of the present invention.

【0044】実施例2 実施例1と同様の三層構造で中間層のセラミック多孔体
部分をAl2 3 −B2 3 −SiO2 製の長繊維(ス
リーエム社製、商品名「ネクステル」、繊維径約10μ
m)を巻き付けた多孔体としたフィルタエレメントを用
いた。その他の部分は実施例1と同一のものを用いた。
また、実施例1と同一条件で評価を行った。
Example 2 The same three-layer structure as in Example 1 was used to replace the ceramic porous body portion of the intermediate layer with Al 2 O 3 —B 2 O 3 —SiO 2 filaments (manufactured by 3M, trade name “NEXTEL”). , Fiber diameter about 10μ
m) was used as a porous filter element. The other parts were the same as in Example 1.
Moreover, the evaluation was performed under the same conditions as in Example 1.

【0045】このフィルタの初期圧損は105mmAq
であり、2時間捕集時に捕集効率は71%、フィルタ部
の圧損は2960mmAqであった。再生開始後6分3
0秒で圧損は110mmAqまで回復した。なお、再生
開始時のフィルタ部の通過排気ガス量は12l/min
であり、再生終了時で35l/minであった。
The initial pressure loss of this filter is 105 mmAq.
And the collection efficiency was 71% and the pressure loss of the filter part was 2960 mmAq at the time of collection for 2 hours. 6 minutes 3 after playback starts
The pressure loss recovered to 110 mmAq at 0 seconds. The amount of exhaust gas passing through the filter at the start of regeneration is 12 l / min.
And was 35 l / min at the end of regeneration.

【0046】実施例3 実施例1と同様の三層構造でセラミック多孔体部分をス
テンレス鋼の短繊維を焼結したフェルト状多孔体(繊維
径25μm、繊維長約6mm、多孔率85%)を巻き付
けた多孔体としたフィルタエレメントを用いた。その他
の部分は実施例1と同一である。また、実施例1と同一
条件で評価を行った。
Example 3 A felt-like porous body (fiber diameter 25 μm, fiber length about 6 mm, porosity 85%) obtained by sintering short fibers of stainless steel in a ceramic porous body portion having the same three-layer structure as in Example 1 was used. A wound filter element was used as a porous body. The other parts are the same as in the first embodiment. Moreover, the evaluation was performed under the same conditions as in Example 1.

【0047】このフィルタの初期圧損は165mmAq
であり、2時間捕集時に捕集効率は71%、フィルタ部
の圧損は3300mmAqであった。再生開始後7分で
圧損は170mmAqまで回復した。なお、再生開始時
のフィルタ部の通過排気ガス量は10l/minであ
り、再生終了時で31l/minであった。
The initial pressure loss of this filter is 165 mmAq.
And the collection efficiency was 71% and the pressure loss of the filter part was 3300 mmAq at the time of collection for 2 hours. Seven minutes after the start of regeneration, the pressure loss recovered to 170 mmAq. The amount of exhaust gas passing through the filter portion at the start of regeneration was 10 l / min, and at the end of regeneration was 31 l / min.

【0048】実施例4 実施例1と同様の三層構造で、外層に用いる金属多孔体
としてNiCrAl製三次元網状構造多孔体(平均孔径
400μm)の孔孔にステンレス鋼の短繊維(繊維径2
0μm、繊維長0.2mm)を充填し、平均孔径を10
0μmに調整した多孔体としたフィルタエレメントを用
いた。その他の部分は実施例1と同一である。また、実
施例1と同一条件で評価を行った。
Example 4 In the same three-layer structure as in Example 1, as a metal porous body used for the outer layer, a NiCrAl three-dimensional network structure porous body (average pore diameter 400 μm) was provided in the pores of stainless steel short fibers (fiber diameter 2).
0 μm, fiber length 0.2 mm) and the average pore size is 10
A filter element made of a porous material adjusted to 0 μm was used. The other parts are the same as in the first embodiment. Moreover, the evaluation was performed under the same conditions as in Example 1.

【0049】このフィルタの初期圧損は155mmAq
であり、2時間捕集時に捕集効率は72%、フィルタ部
の圧損は3080mmAqであった。再生開始後6分3
0秒で圧損は170mmAqまで回復した。なお、再生
開始時のフィルタ部の通過排気ガス量は11l/min
であり、再生終了時で31l/minであった。
The initial pressure loss of this filter is 155 mmAq.
Therefore, the collection efficiency was 72% and the pressure loss of the filter part was 3080 mmAq when collected for 2 hours. 6 minutes 3 after playback starts
The pressure loss recovered to 170 mmAq at 0 seconds. The amount of exhaust gas passing through the filter at the start of regeneration is 11 l / min.
And was 31 l / min at the end of reproduction.

【0050】実施例5 図4はこの実施例に用いたフィルタエレメントの断面図
を示す。フィルタ11’は外径48mm、内径32m
m、長さ190mmで2層構造をしており、内層11
A’はNiCrAl製三次元網状構造多孔体(平均孔径
400μm)で、厚さ5mmの円筒状成形体からなる。
外層11B’は内層の金属多孔体11A’の外周にAl
2 3 −B2 3 −SiO2 製長繊維(繊維径約10μ
m)を巻き付けることによって形成した。これを実施例
1と同一条件で評価した。
Example 5 FIG. 4 shows a cross-sectional view of the filter element used in this example. Filter 11 'has an outer diameter of 48 mm and an inner diameter of 32 m
The inner layer 11 has a two-layer structure of m and a length of 190 mm.
A'is a three-dimensional network structure porous body made of NiCrAl (average pore diameter 400 μm), which is composed of a cylindrical molded body having a thickness of 5 mm.
The outer layer 11B 'is made of Al on the outer periphery of the inner porous metal body 11A'.
2 O 3 -B 2 O 3 -SiO 2 long fiber (fiber diameter approx.
m) was formed by wrapping. This was evaluated under the same conditions as in Example 1.

【0051】このフィルタの初期圧損は130mmAq
であり、2時間捕集時に捕集効率は73%、フィルタ部
の圧損は2950mmAqであった。再生開始後6分3
0秒で圧損は145mmAqまで回復した。なお、再生
開始時のフィルタ部の通過排気ガス量は12l/min
であり、再生終了時で33l/minであった。
The initial pressure loss of this filter is 130 mmAq.
Therefore, the collection efficiency was 73% and the pressure loss of the filter part was 2950 mmAq when collected for 2 hours. 6 minutes 3 after playback starts
The pressure loss recovered to 145 mmAq at 0 seconds. The amount of exhaust gas passing through the filter at the start of regeneration is 12 l / min.
And was 33 l / min at the end of regeneration.

【0052】[0052]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のディーゼ
ルエンジンの排気ガス浄化用トラップは、電気ヒータに
よる加熱効率が高く燃焼再生に要する電力量も少なくて
済み、したがって排気ガスの浄化処理が厳しく要求され
ており、また、バッテリーの容量も限られているディー
ゼル車に効果的に利用できる。
As described above, the exhaust gas purifying trap for a diesel engine of the present invention has a high heating efficiency by an electric heater and requires a small amount of electric power for combustion regeneration, and therefore exhaust gas purifying treatment is strict. It can be effectively used for diesel vehicles that are required and have a limited battery capacity.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のトラップの断面図1 is a cross-sectional view of a trap of the present invention.

【図2】(a)は本発明のフィルタエレメントの断面
図、(b)は比較例のフィルタエレメントの断面図
2A is a sectional view of a filter element of the present invention, and FIG. 2B is a sectional view of a filter element of a comparative example.

【図3】捕集性能評価装置の概念図FIG. 3 is a conceptual diagram of a collection performance evaluation device.

【図4】実施例5のフィルタエレメントの断面図FIG. 4 is a sectional view of a filter element according to a fifth embodiment.

【図5】三次元網状構造多孔体の拡大図FIG. 5 is an enlarged view of a three-dimensional network structure porous body.

【図6】繊維状でかつ三次元網状構造多孔体の拡大図FIG. 6 is an enlarged view of a fibrous and three-dimensional network structure porous body.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 三次元網状構造多孔体の連通気孔 2 三次元網状構造多孔体の骨格 3 繊維状金属多孔体の骨格 4 繊維状金属多孔体の連通気孔 10 フィルタエレメント 11 円筒状フィルタ 12 ヒータ 13 トラップ容器 11A フィルタ内層 11B フィルタ中間層 11C フィルタ外層 11A’ フィルタ内層 11B’ フィルタ外層 20 自動車 21 ダイナモメータ 22 トラップ 23 バイパス回路 24 切替バルブ 25 ダイリューショントンネル 26 パティキュレート濃度測定器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Continuous ventilation hole of three-dimensional network structure porous body 2 Skeleton of three-dimensional network structure porous body 3 Framework of fibrous metal porous body 4 Continuous ventilation hole of fibrous metal porous body 10 Filter element 11 Cylindrical filter 12 Heater 13 Trap container 11A Filter Inner layer 11B Filter middle layer 11C Filter outer layer 11A 'Filter inner layer 11B' Filter outer layer 20 Automobile 21 Dynamometer 22 Trap 23 Bypass circuit 24 Switching valve 25 Dilution tunnel 26 Particulate concentration meter

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成6年3月29日[Submission date] March 29, 1994

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図6[Name of item to be corrected] Figure 6

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図6】 [Figure 6]

フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B01D 39/20 D 46/24 Z 7446−4D 46/42 B 7446−4D Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification number Office reference number FI technical display location B01D 39/20 D 46/24 Z 7446-4D 46/42 B 7446-4D

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 フィルタにヒータを一体に組込んだフィ
ルタエレメントを排気系に設置されるフィルタ容器内に
装着し、前記フィルタを耐熱金属多孔体とセラミック多
孔体の積層構造体から構成して成る排気ガス浄化用トラ
ップ。
1. A filter element in which a heater is integrally incorporated in a filter is mounted in a filter container installed in an exhaust system, and the filter is composed of a laminated structure of a heat-resistant metal porous body and a ceramic porous body. Exhaust gas purification trap.
【請求項2】 ヒータが絶縁被覆を有しており、絶縁被
覆表面の少なくとも一部がフィルタエレメントの耐熱金
属多孔体部分に接触し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用トラップ。
2. The heater has an insulating coating, and at least a part of the surface of the insulating coating is in contact with the heat-resistant metal porous body portion of the filter element.
Exhaust gas purification trap described in.
【請求項3】 セラミック多孔体がセラミックの長繊維
を隙間をもって巻き付けた構造体または、セラミック短
繊維のフェルト状成形体であることを特徴とする請求項
1または2に記載の排気ガス浄化用トラップ。
3. The exhaust gas purifying trap according to claim 1, wherein the ceramic porous body is a structure obtained by winding long ceramic fibers with a gap or a felt-like molded body of short ceramic fibers. .
【請求項4】 フィルタエレメントがセラミック多孔体
を内外周から耐熱金属多孔体で挾み込まれ固定された構
造体であることを特徴とする請求項3に記載の排気ガス
浄化用トラップ。
4. The exhaust gas purifying trap according to claim 3, wherein the filter element is a structure in which a ceramic porous body is sandwiched and fixed by a heat resistant metal porous body from the inner and outer circumferences.
【請求項5】 フィルタエレメントが、耐熱金属多孔体
の外周にセラミック長繊維を多孔質構造となるように巻
き付けた構造体であることを特徴とする請求項1または
2に記載の排気ガス浄化用トラップ。
5. The exhaust gas purifying device according to claim 1, wherein the filter element is a structure in which ceramic long fibers are wound around a periphery of a heat resistant metal porous body so as to have a porous structure. trap.
【請求項6】 耐熱金属多孔体が耐熱金属からなる三次
元網状構造多孔体であることを特徴とする請求項1乃至
5のいずれかに記載の排気ガス浄化用トラップ。
6. The exhaust gas purifying trap according to claim 1, wherein the refractory metal porous body is a three-dimensional network structured porous body made of a refractory metal.
【請求項7】 耐熱金属多孔体が耐熱金属からなる三次
元網状構造多孔体の孔内に金属粉末、繊維もしくはセラ
ミック繊維を充填して孔径を調整したものであることを
特徴とする請求項6に記載の排気ガス浄化用トラップ。
7. The heat-resistant metal porous body is a three-dimensional network structure porous body made of a heat-resistant metal, the pore size of which is adjusted by filling the pores with metal powder, fibers or ceramic fibers. Exhaust gas purification trap described in.
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