JPH0656097B2

JPH0656097B2 - エンジンの排気微粒子捕集浄化装置

Info

Publication number: JPH0656097B2
Application number: JP21555785A
Authority: JP
Inventors: 一夫及部; 鈴木　　博文; 照高影山; 善彦今村; 喜代志小端; 健一郎高間; 伸一竹島
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1985-09-28
Filing date: 1985-09-28
Publication date: 1994-07-27
Anticipated expiration: 2009-07-27
Also published as: JPS6275011A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、ディーゼルエンジン等の排ガス中に含まれる
微粒子をフィルタにより捕集し、かつこの捕集した微粒
子を燃焼させるようにした、いわゆるディーゼルパーテ
ィキューレート処理に使用されるエンジンの排気微粒子
捕集浄化装置に関する。

〔従来の技術〕

例えば、ディーゼルエンジンなどの内燃機関の排ガス中
には、カーボンや炭化水素を主体とした微粒子が含まれ
ており、この排ガスを浄化するため、排ガス系にセラミ
ックス製のハニカム構造体あるいは、セラミック発泡構
造体よりなる耐熱性フィルタを設置して上記微粒子を捕
集する手段が採用されている。しかし、このようなフィ
ルタは、捕集した微粒子により目詰まりを生じ、排気流
れの抵抗を増大させ、エンジン出力の低下を招くように
なる。

このようなフィルタの目詰まりを防止するため、フィル
タの上流側に電気ヒータを備えた加熱装置を配置し、こ
の電熱により微粒子を燃焼させる手段が採用されてい
る。

上記電気ヒータはフィルタを再生浄化するので再生加熱
用ヒータと称されており、最近ではこの種の再生加熱用
ヒータとして、導電性セラミック素子ヒータが採用され
ている。

上記導電性セラミック素子ヒータは、ヒーターケースに
取付けられている。すなわち、ヒーターケースは、上記
フィルタに連通する排気通路を備えた金属製のリング形
をなしているとともに、導電性セラミック素子ヒータ
は、例えば略Ｖ字形に形成されており、このような導電
性セラミック素子ヒータは上記ヒータケースに、上記略
Ｖ字形をなす両脚部が固定された状態で、周方向に沿っ
て複数個取付けられている。

そして、上記導電性セラミック素子ヒータに通電して発
熱させ、これによりフィルタに捕集された微粒子を燃焼
させるものであるが、この場合、消費電力を節減するた
め複数個の導電性セラミック素子ヒータには間欠的に順
次通電して発熱させるようにしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、上記各ヒータに通電するための端子の取付け
部は、ヒータケースの周囲に、１か所もしくは２か所に
まとめて形成されており、この端子取付け部からそれぞ
れリード線を介して上記各ヒータに電流を導くようにな
っている。これらリード線は、排ガスによる劣化を避け
るため排ガスが当たらないように、ヒータケースの周方
向に沿って引き回し配線されている。

しかしながら、上記ヒータの使用数が多くなると、リー
ド線の本数も増し、このリード線の引き回し配線に際
し、１部分で複数本のリード線が並列に配置される箇所
が生じる。したがって配線のために大きなスペースを必
要とし、ヒータケースがフィルタに比べて著しく大形に
なって、車両への搭載の障害になる不具合があった。

本発明は、リード線の引き回し配線用スペースが確保で
きるとともに、ヒータケースを小形にできて、車両への
搭載性に優れたエンジンの排気微粒子捕集浄化装置を提
供しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、ヒータケースに、導電性セラミック素子ヒー
タよりも排ガス流れの上流側に位置して絶縁リングを設
け、この絶縁リングの内径は排ガス流れの上流側よりも
下流側を大きく形成し、この絶縁リングの上記排ガス流
れの上流側端面に上記導電性セラミック素子ヒータに通
電するためのリード線を配線したことを特徴とする。

〔作用〕

このような構成によると、絶縁リングはその内径を排ガ
ス流れの上流側より下流側を大きく形成したから、絶縁
リングの排ガス流れ上流側端面の幅を大きくすることが
でき、この幅広い面にリード線を複数本並列に配線する
ことができ、しかもこのように幅広い面を形成しても絶
縁リングの外径を大きくする必要がないから、ヒータケ
ースの大形化が防止される。

〔発明の実施例〕

以下本発明の詳細を、図面に示す実施例にもとづき説明
する。

第１図ないし第６図は本発明の第１実施例を示すもの
で、第６図に粒子捕集浄化装置の全体の構成を示してあ
るので、まずこれから説明する。

微粒子捕集浄化装置は、フィルタケース１と、フィルタ
２、フィルタ２の排ガス上流側に接して設けられた加熱
装置３および排ガス導入管４を主な構成要素とする。

フィルタケース１は、円筒状の鋳物製で、一端にフラン
ジ５を備えるとともに、他端に排ガス排出管６を一体に
有する。この排ガス排出管６の端部にはフランジ７を形
成してある。

フィルタ２は、フィルタケース１内に断熱クッション材
８および断熱シール材９、10を介して充填されている。
このフィルタ２は、たとえばコージェライト質の多孔質
発泡セラミックスからなる。

排ガス導入管４は一端に排ガス流入口11を備え、両端に
それぞれフランジ12、13を備えている。

加熱装置３は、上記フィルタケース１のフランジ５と、
上記排ガス導入管４のフランジ12の間にシール材14，15
を介して挟持されている。

なお、フィルタケース１の排ガス排出管６に設けられた
フランジ７および排ガス導入管４のフランジ13は、それ
ぞれ図示しないエンジンの排気管に接続され、排ガスが
矢印Ａ方向に流れるようになっている。

上記加熱装置３の構造は第１図ないし第５図に示され、
以下これについて説明する。

加熱装置３は、ヒータケース20と、複数個、たとえば６
個の導電性セラミック素子ヒータ21…と、これら導電性
セラミック素子ヒータ21…を上記ヒータケース20との間
で挟持するスクリューキャップ22と、このスクリューキ
ャップ22と導電性セラミック素子ヒータ21…の間に介挿
された絶縁リング23とで構成されている。

各導電性セラミック素子ヒータ21…は、フィルタ２の上
流側端面を略扇形に均等に分割した部分に配置され、こ
れら導電性セラミック素子ヒータ21は、それぞれ平面略
Ｖ字形状を成している。このＶ字型の両端部には電極が
ろう付けにより接合されている。この場合、第４図に示
すように、一端部に接合された電極24は、図示の上方に
向かって突出されるようになっており、他端部に接合さ
れた電極は図示しないが下向きに突出されるようになっ
ている。

そして導電性セラミック素子ヒータ21…は、上記電極に
連なるＶ字状の部分が発熱部となっており、Ｖ字形部分
に囲まれた箇所は排ガスが通過できるようになってい
る。

なお、上記導電性セラミック素子ヒータ21…は以下のよ
うにして作ることができる。すなわち、例えば、ＴｉＮ
粉末３０重量％とＳｉ３Ｎ４７０重量％とを、ポリビ
ニルブチラールとジブチルフタレートとエタノールより
なる有機物バインダに分散させてスラリーを作り、この
スラリーをドクターブレード法により板状に成形し、こ
れを打抜法により所定形状に加工した後、窒素ガスなど
の不活性ガス雰囲気中で１７５０℃程度の温度で約２時
間加熱焼成することにより得られる。

このような構造の上記導電性セラミック素子ヒータ21…
は、両端部が上述したヒータケース20と絶縁リング23と
の間に挟持され、その発熱部が排気通路の中心部に向か
って配置される。したがって各導電性セラミック素子ヒ
ータ21…は排気通路の周方向に間隔を存して配置され
る。この場合、隣接する発熱部相互間に隙間が形成さ
れ、これら隙間と、上記Ｖ字形部分に囲まれた部分とに
より、排ガスの通過を許す通路が確保される。

しかして、導電性セラミック素子ヒータ21…をヒータケ
ース20と絶縁リング23との間に挟持する構造について説
明する。

ヒータケース20は例えば鋳鉄よりなるリング形をなして
おり、その周囲の１箇所に端子取付け部25が形成されて
いるとともに、下端には中心方向に向かって伸びる張り
出し部26を有しており、かつ上部内周面に全周に亙って
雌ねじ部27が設けられている。

上記張り出し部26の図示上面には、スピネル、アルミナ
等のセラミック溶射による絶縁被膜28が形成されている
とともに、この張り出し部26の上面には、周方向に離間
して、前記導電性セラミック素子ヒータ21…の前記した
上向きに取付けられた電極24の取付け部分に対向して凹
部29…が設けられているとともに、該導電性セラミック
素子ヒータ21…の他端に下向きに取付けられた電極（図
示しない）に対向して、電極挿入孔80…が設けられてい
る。

これら各凹部29…には、第４図に示すように、ワイヤメ
ッシュよりなるクッション材30およびこのクッション材
30を覆う絶縁セラミック製の絶縁キャップ31が収容され
る。

ヒータケース20の雌ねじ部27には、スクリューキャップ
22がねじ込まれる。

スクリューキャップ22は外周面に雄ねじ部32を有し、内
側面には、図示下向きに突出する保持壁33を備えてい
る。このスクリューキャップ22の下面には、スピネル、
アルミナ等のセラミック溶射による絶縁被膜34を形成し
てある。

なお、35は、スクリューキャップ22をヒータケース20に
ねじ込む場合、または取り外す場合に、図示しない治具
が差し込まれるための孔である。

このようなスクリューキャップ22は、その雄ねじ部32を
上記ヒータケース20の雌ねじ部27に螺着した場合、この
スクリューキャップ22と上記張り出し部26の間で、前述
した導電性セラミック素子ヒータ21…および絶縁リング
23を挟持する。

絶縁リング23は、窒化ケイ素またはアルミナ等の絶縁性
セラミックからなり、本実施例においては周方向に２分
割されており、その周方向両端部を互いに衝合させるこ
とにより全周に亙ってリング形をなすようになってい
る。

この絶縁リング23は、上面の幅ｗ１が下面の幅ｗ２に比
べて大きく形成されている（ｗ１＞Ｗ２）。すなわち、
絶縁リング23は、その外径が軸方向に一様に形成されて
いるが、内径は図示の上側で小さく、下側が大きなテー
パ形をなしており、換言すれば排ガス流れの下流側（フ
ィルタに臨む側）端部の内径が排ガス流れの上流側（反
フィルタ側に臨む側）端部の内径より大きく形成されて
いる。

この絶縁リング23の下面には、放射方向にヒータ挿入溝
35が間隔を存して形成されている。これらヒータ挿入溝
35には、前記導電性セラミック素子ヒータ21…の端部が
それぞれ差し込まれるようになっている。また、絶縁リ
ング23には、各導電性セラミック素子ヒータ21…の一端
部に上向きに取付けられた前記電極24に対向して、電極
挿入孔36…が形成されている。そして絶縁リング23の上
面には、これら電極挿入孔36…に連なるリード線引き回
し用ガイド溝37…が形成されている。リード線引き回し
用ガイド溝37…の他端は、前述したヒータケース20の端
子取付け部25と対向するように導かれている。

なお、前記張り出し部26の内径は、上記絶縁リング23の
下側の内径と同等、またはそれより大きく形成されてい
る。

しかして、導電性セラミック素子ヒータ21…の両端部
を、上記絶縁リング23のヒータ挿入溝35に差し込み、こ
の導電性セラミック素子ヒータ21…の一端部に接合した
電極24を電極挿入孔36…に挿入させる。そして、これら
電極挿入孔36…に挿入された電極24にリード線38…を溶
接により接続し、これらリード線38…をリード線引き回
し用ガイド溝37…に嵌め込んで、リード線引き回し用ガ
イド溝37…に沿って配線する。

このような組付けの後、導電性セラミック素子ヒータ21
…および絶縁リング23を、ヒータケース20の張り出し部
26に載せ、スクリューキャップ22で挟み込む。

このようにすれば、導電性セラミック素子ヒータ21…お
よび絶縁リング23はヒータケース20の張り出し部26とス
クリューキャップ22で挟持される。

この状態で、リード線38…を、上記端子取付け部25に取
付けた端子39…に接続する。なお、40はコネクタであ
る。

なお、上記ヒータケース20の張り出し部26とスクリュー
キャップ22で導電性セラミック素子ヒータ21…および絶
縁リング23を挟持した場合、導電性セラミック素子ヒー
タ21…の下面は、第４図に示すクッション材30および絶
縁キャップ31で支えられ、実質的に、絶縁リング23と絶
縁キャップ31で挟持されることになる。そして導電性セ
ラミック素子ヒータ21…の他端に下向きに突設した他方
の電極（図示しない）は、ヒータケース20の張り出し部
26に形成した電極挿入孔80…に挿入され、張り出し部26
に溶接またはろう付けされ、これによりアース電極とな
る。

また、絶縁リング23は２分割に形成されていても、スク
リューキャップ22に形成した下向きに突出する保持壁33
により支持されるので、絶縁リング23が移動することは
ない。

上記のような構造の加熱装置３を、フィルタ２の上流側
に設置することにより微粒子捕集浄化装置が完成され
る。

このような構成による本実施例の微粒子捕集浄化装置
は、内燃機関の排ガス系に結合され、排ガス導入管４の
排ガス流入口11より排ガスを導入し、この排ガス中の微
粒子をフィルタ２の表面に捕束する。フィルタ２の表面
に捕集された微粒子により、フィルタ２の気孔が狭くな
ると、つまりフィルタ２が目詰まりすると、コネクタ40
を通じてリード線38…に電流を流す。

この場合、各リード線38…には間欠的にかつ順番に電流
を流す。これにより各導電性セラミック素子ヒータ21…
が間欠的にしかも順次発熱する。このような導電性セラ
ミック素子ヒータ21…の発熱により、上記フィルタ２の
上流端面が加熱され、この部分に捕集されている微粒子
が燃焼を開始し、その部分が発火点となって下流側のフ
ィルタ２表面に付着されている微粒子も燃焼されて除去
される。

よって、フィルタ２が再生されることになる。

上記のような実施例の構成によると、絶縁リング23は、
排ガス流れの上流側（反フィルタ側）の内径を排ガス流
れの下流側（フィルタ側）の内径より小さくしたから、
外径を大きくすることなく上面の幅ｗ１を下面の幅ｗ２
に比べて大きく形成（ｗ１＞Ｗ２）することができ、こ
の幅の広い上面にリード線38…を多数本配線することが
できる。

導電性セラミック素子ヒータ21…を周方向に複数個配置
すると、リード線38…の引回し配線上、第２図に示され
るように複数本のリード線38…が並列配置される部分Ｂ
が発生するが、上述したように絶縁リング23の上面幅を
大きくすることができるので、この上面にスペースが確
保され、上記のような複数本のリード線38…の並列配置
を可能にする。

しかも、この場合、絶縁リング23は、外径を大きくする
必要がなく、絶縁リング23が大形化せず、ヒータケース
20も大きくならず、車両に搭載するのに支障を生じな
い。

また、リード線38…は、導電性セラミック素子ヒータ21
…よりも排ガス流の上流側に配線されるから、導電性セ
ラミック素子ヒータ21…の熱、フィルタ２の微粒子燃焼
時の熱の影響を受けることが少なく、リード線38…が熱
劣化する割合いが少なくなり、長寿命となる。

そして、導電性セラミック素子ヒータ21…は絶縁リング
23の下面側に設置されるからフィルタ２に近づく位置と
なり、フィルタ２に捕集した微粒子の燃焼効率が向上す
る。

さらに、絶縁リング23の内径は、排ガス流れの方向に拡
がるテーパ形となり、加えて張り出し部26の内径を絶縁
リング23の下端内径と同等またはそれ以上としたので、
排ガス流れが下流に向かって拡がり、排ガス流れを阻害
しないばかりでなく、フィルタ２の外周部位にも充分な
量の排ガスを案内し、フィルタ２の全領域を微粒子の捕
獲に有効に活用することができる。

第７図および第８図は本発明の第２実施例を示す。

この第２実施例では、張り出し部26をヒータケース20の
中段部に、中心方向に向けて突設してあり、この張り出
し部26とスクリューキャップ22の間で絶縁リング23およ
びリード線38を挟持している。そして導電性セラミック
素子ヒータ21…は上記張り出し部26と、その下方に設置
したホルダーリング50の間に挟持されている。ホルダー
リング50は図示しないボルトによりヒータケース20に固
定される。

なお、張り出し部26の下面が導電性セラミック素子ヒー
タ21…の上面と通電接触しないように、この張り出し部
26の下面にセラミック溶射による絶縁被膜51を形成して
ある。

その他、第１の実施例と同一番号は同一部材もしくは同
一機能を奏する部分であり、その説明を省略する。

なお、絶縁リング23は、反フィルタ側に臨む内径をフィ
ルタ側に臨む内径より小さくしてあることは第１の実施
例と同様であり、幅の広い上面にリード線38…を多数本
配線することができる。

また、上記第２の実施例の場合、絶縁リング23にヒータ
挿入溝35を形成する必要がなくなるので、絶縁リング23
の破損などの不具合が少なくなる。

そして、ホルダーリング50の内径を、張り出し部26の内
径よりさらに大きくしておけば、これにより排ガスの流
れが下流に向かって拡がるようになる。

なお、上記各実施例では、絶縁リング23を周方向に２分
割したものについて説明したが、絶縁リング23は３分割
以上にしてもよく、または一体に形成してもよい。

さらに、絶縁リング23は窒化ケイ素またはアルミナ等の
絶縁性セラミックにより形成されることには限らず、例
えば金属により形成してその必要部分表面にセラミック
溶射などの絶縁被膜を形成してもよい。

〔発明の効果〕以上説明したように本発明によれば、絶縁リングは排気
ガス流れの下流側に位置する内径を上流側に位置する内
径よりも大きく形成したので、絶縁リングの上流側に位
置する端面の幅を大きくすることができ、この幅広い面
にリード線を複数本並列に配線することがでる。しか
も、このように幅広い面を形成しても絶縁リングの外径
は大きくならないから、ヒータケースの大形化が防止さ
れ、車両への搭載の支障になるようなことがない。そし
て、絶縁リングは上記導電性セラミック素子ヒータの反
フィルタ側に位置して設けられるから、この絶縁リング
の反フィルタ側の面に配線したリード線を導電性セラミ
ック素子ヒータやフィルタの熱から遠ざけることができ
く、長寿命になる。

【図面の簡単な説明】図面は本発明の実施例を示し、第１図ないし第６図は第
１の実施例に係り、第１図は加熱装置の平面図、第２図
はそのスクリューキャップを外した状態の平面図、第３
図は第１図中III−III線に沿う矢視図、第４図は第１図
中IV−IV線の断面図、第５図は分解した斜視図、第６図
は微粒子捕集浄化装置の全体の断面図、第７図および第
８図は本発明の第２の実施例を示し、それぞれ第３図と
第４図に対応した矢視図および断面図である。１……フィルタケース、２……フィルタ、３……加熱装
置、20……ヒータケース、21……導電性セラミック素子
ヒータ、22……スクリューキャップ、23……絶縁リン
グ、26……張り出し部、37……リード線引き回し用ガイ
ド溝、38……リード線。

フロントページの続き (72)発明者影山照高愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内 (72)発明者今村善彦愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者小端喜代志愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者高間健一郎愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者竹島伸一愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの排気系に、排ガス中に含まれる
微粒子を捕集するフィルタを設置し、このフィルタの上
流側に、周方向に沿って複数個の導電性セラミック素子
ヒータを支持したヒータケースを取付け、上記フィルタ
で捕集した微粒子を上記導電性セラミック素子ヒータに
より燃焼させて上記フィルタを再生加熱する排気微粒子
捕集浄化装置において、上記ヒータケースに、上記導電
性セラミック素子ヒータよりも排ガス流れの上流側に位
置して絶縁リングを設け、この絶縁リングの内径は排ガ
ス流れの上流側よりも下流側を大きく形成し、この絶縁
リングの上記排ガス流れの上流側端面に上記導電性セラ
ミック素子ヒータに通電するためのリード線を配線した
ことを特徴とするエンジンの排気微粒子捕集浄化装置。