JPH07127433A - 排ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 セラミックハニカムの内部でパーティキュレ
ートが燃焼して急激に温度が上昇しても、温度差による
熱歪の生成を抑制し、エンジンの耐用年数に見合う長期
間の使用にも十分耐えることのできる耐久性に優れた排
ガス浄化装置の提供を目的とする。 【構成】 本発明の排ガス浄化装置は、セル２ａ，２ｂ
の一端と相隣合うセルの他端を交互にプラグ３で閉塞し
てフィルターを形成するセラミックハニカム１と、前記
セラミックハニカム１の多数ある前記セル２ａの内１以
上の前記セル２ａの孔部内に挿着された前記孔部の径よ
りも小径の中実又は中空の線状金属部材９と、を備えた
構成を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はディーゼルエンジン等か
ら排出されるパーティキュレート（スス等の可燃性微粒
子）を捕集し、捕集したパーティキュレートを焼却させ
ることにより、ディーゼルエンジンから大気へ排出され
るパーティキュレート量の低減を図るディーゼルエンジ
ン排気ガス用の排ガス浄化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ディーゼルエンジンが排出するパ
ーティキュレート（煤）が環境保護及び健康上の理由か
ら規制され始めている。ディーゼルエンジンの排ガスを
浄化するには、排気管の途中に耐熱性のセラミックハニ
カム製のフィルターを取り付けパーティキュレートを濾
過する方法が採用されている。この方法の特徴は、ある
程度パーティキュレートが堆積したとき、これに火をつ
けて燃焼させ、炭酸ガスに変えて大気に放出し、フィル
ターをクリーンに再生し、繰り返し使用することであ
る。この作業をリジェネレーションと呼んでいる。一般
にディーゼルエンジンは排ガス温度が低いので、パーテ
ィキュレートはそのままでは燃えない。リジェネレーシ
ョンの方法としてフィルターのエンジン側上流にバーナ
ーや電気ヒーターを設けて、その熱でもってパーティキ
ュレートを着火温度まで高めるものが採用されている。

【０００３】以下、実施のディーゼルエンジンの排ガス
浄化装置について説明する。図６は従来の排ガス浄化装
置のパーティキュレート捕集時の状態を示す要部断面図
であり、図７はフィルターを形成するセラミックハニカ
ムの斜視図である。１はセラミックハニカムであり、そ
のセラミックハニカム１のハニカムを構成する孔部のエ
ンジン側に開口しているセル２ａと、排気側に開口して
いるセル２ｂの一端は交互にプラグ３で閉塞し、フィル
ターを構成している。セラミックハニカム１の外周には
セラミック繊維等を有機バインダで固めてシート状にし
た断熱性の良い緩衝材６を巻き、円筒状のステンレス製
の容器７内に収納している。容器７の内側には、セラミ
ックハニカム１の前後に緩衝材６が動かないようにスト
ッパー８ａ，８ｂが取り付けられている。４はセラミッ
クハニカム１の再生時に着火するためのヒーターであ
り、セラミックハニカム１と略同心円状に形成されて配
置されている。５ａ，５ｂは電極であり、容器７の側面
を貫いて外部に露出し、バッテリー２０に接続されて、
ヒーター４に電気を印加できるようになっている。尚、
着火手段としてオイルバーナーを用いるものもある。容
器７は前後をコーン状に口径を絞り、上流側の流入口１
１と下流側の排気口１７を形成している。またバイパス
管１５が前記流入口１１と排気口１７を直接連結し、切
り換え弁１２でセラミックハニカム１に通じる流路１６
との切り換えを行うようになっている。また流路１６に
は、セラミックハニカム１のフィルター機能を再生する
時に必要な空気を供給する二次空気口１３を有し、送風
機１８により空気を送るようになっている。更に、前記
送風機１８と二次空気口１３を結ぶ連結管１９の途中に
は、セラミックハニカム１の再生時以外は閉じている電
磁弁等の開閉弁１４が設けられている。

【０００４】以上のように構成された従来のディーゼル
エンジンの排ガス浄化装置について、以下その動作を説
明する。

【０００５】まず、ディーゼルエンジンの通常運転時に
ついて説明する。この場合の切り換え弁１２は図６の状
態にあり、ディーゼルエンジンからの排気ガスは流入口
１１、流路１６を経てセラミックハニカム１の前面に到
達し、セラミックハニカム１のヒーター４側に開口して
いるセル２ａに入り、そこでセル壁を通過して、排気口
１７側に開口しているセル２ｂに入る。このセル壁を通
過する時に、排気ガス中に含まれているパーティキュレ
ートはセル壁を通過できずに、ヒーター４側に開口して
いるセル２ａの壁面に堆積する。一方パーティキュレー
トを取り除かれクリーンになった排気ガスは、排気口１
７からマフラー（図示せず）に送られ、その後大気中へ
放出される。この様なパーティキュレートを堆積する作
業は、数時間継続して行われる。その後、セラミックハ
ニカム１内に充分にパーティキュレートが堆積して、エ
ンジンに悪影響を与えるレベルになる前に、排気ガス浄
化の作業を止めるために切り換え弁１２を切り換え再生
動作に入る。

【０００６】次に、排ガス浄化装置の再生時の動作につ
いて説明する。図８は従来の排ガス浄化装置の再生時の
状態を示す要部断面図である。まず、切り換え弁１２が
切り換わりディーゼルエンジンの排ガスをバイパス管１
５へ流出させる。次いで、ヒーター４に通電を開始する
と同時に、開閉弁１４を開き送風機１８により二次空気
をセラミックハニカム１へ送る。この状態で数分から数
十分間でヒーター４の熱により、セラミックハニカム１
のセル２ａの壁面に堆積しているパーティキュレートの
温度が約６００℃を超えると、燃焼を開始する。ここで
ヒーター４の電源を切る。この状態で、パーティキュレ
ートが燃え尽きるまで二次空気の供給を続ける。

【０００７】尚、再生期間中はディーゼルエンジンの排
ガスはバイパス管１５を通って、排気口１７へ排出され
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、パーティキュレートは電気ヒーターで一旦
着火させられると、急激に燃焼が始まり、セラミックハ
ニカムの内部において、燃焼を始めた部分は急激に１，
０００℃以上にも温度が上がり、着火部分から離れた部
分では、温度が緩やかに上昇するために、その温度の差
は５００℃以上になる事もある。その結果セラミックハ
ニカムの内部において、熱歪が生じセラミックハニカム
の各セルの壁部分にクラックが入ったり、ひどい場合に
は割れが生じ耐久性に欠けるという問題点を有してい
た。

【０００９】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、セラミックハニカムの内部でパーティキュレートが
燃焼して急激に温度が上昇しても、温度差による熱歪の
生成を抑制し、エンジンの耐用年数に見合う長期間の使
用にも十分耐えることのできる耐久性に優れた排ガス浄
化装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の請求項１に記載の排ガス浄化装置は、セルの
一端と相隣合うセルの他端を交互にプラグで閉塞してフ
ィルターを形成するセラミックハニカムと、前記セラミ
ックハニカムの多数ある前記セルの内１以上の前記セル
の孔部内に挿着された前記孔部の径よりも小径の中実又
は中空の線状金属部材と、を備えた構成を有している。
請求項２に記載の排ガス浄化装置は、請求項１におい
て、前記線状金属部材の長さが前記セルの前記孔部の
０．４〜１．０倍である構成を有している。

【００１１】ここで、線状金属部材としては熱伝導率の
高い銅や鉄等の金属が用いられる。線状金属部材は中実
でもよいが、内部を中空としたものでもよい。熱応答性
においては、熱容量の小さい中空が優れ、伝熱効果は、
中実が優れているので、フィルター材質によって中実・
中空を適宜選択する必要があるためである。線状金属部
材の径はセルの孔部の径の０．３〜０．９倍が好まし
く、長さは０．４〜１．０倍が好ましい。径が０．３倍
よりも小さいと伝熱の効果がなく、０．９倍より大きい
と孔部が詰まり易くなるので好ましくない。長さが０．
４倍より短いと熱伝導性に欠け１．０倍より長いとフィ
ルターより突出してしまうので好ましくない。金属部材
のセルへの充填率は２０〜８０％が好ましい。２０％以
下では伝熱効果が小さく、８０％以上ではフィルターの
圧力損失が増大するためである。

【００１２】

【作用】この構成によって、ディーゼルエンジンの排気
ガス中のパーティキュレート等がセラミックハニカムの
セル内に堆積したパーティキュレートを燃焼させる場
合、燃焼部分が高温になり、１，０００℃以上になるこ
ともあるが金属部材が燃焼部の熱を燃焼していない部分
へと伝熱により移動させるとともに放熱するので、セラ
ミックハニカム全体の温度を略均一化することができ
る。その結果、熱歪の発生を大幅に抑制することがで
き、セラミックハニカムのセル部のクラックやクレーズ
の発生を防止することができる。

【００１３】

【実施例】

（実施例１）以下本発明の第１実施例の排ガス浄化装置
について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明
の第１実施例の排ガス浄化装置のパーティキュレート捕
集時の状態を示す要部断面図である。従来例と異なる点
は、セラミックハニカム１のエンジン側に開口している
セル２ａの孔部の中に、熱伝導性の良い棒状の金属部材
９が挿入され固定されている点である。

【００１４】以上のように構成された本発明の第１実施
例における排ガス浄化装置について、以下その動作を説
明する。

【００１５】まず、ディーゼルエンジンの通常運転時に
ついて説明する。１０はディーゼル排ガス浄化装置であ
る。ディーゼルエンジンからの排ガスは流入口１１，流
路１６を経てセラミックハニカム１のヒーター４側に開
口しているセル２ａの孔部に入り、そこでセル壁を通過
して、排気口１７側に開口しているセル２ｂに入る。こ
のセル壁を通過する時に、排気ガス中に含まれているパ
ーティキュレートはセル壁を通過できずに、ヒーター４
側に開口しているセル２ａの壁面に堆積する。一方、パ
ーティキュレートを取り除かれた排気ガスは、排気口１
７からマフラー（図示せず）に送られ、その後大気中へ
放出される。この様なパーティキュレートを堆積する作
業は、数時間継続して行われる。その後、セラミックハ
ニカム１内に充分にパーティキュレートが堆積して、エ
ンジンに悪影響を与えるレベルになる前に、排気ガス浄
化の作業を止めるために切り換え弁１２を切り換え再生
動作に入る。

【００１６】次に、排ガス浄化装置の再生時の動作につ
いて説明する。図２は排ガス浄化装置の再生時の状態を
示す要部断面図である。まず、切り換え弁１２が切り換
わりディーゼルエンジンの排ガスをバイパス管１５へ流
出させる。次いで、ヒーター４に通電を開始すると同時
に、開閉弁１４を開き送風機１８により二次空気をセラ
ミックハニカム１へ送る。この状態で数分から数十分間
でヒーター４の熱により、セラミックハニカム１のセル
２ａの壁面に堆積しているパーティキュレートの温度が
約６００℃を超えると、燃焼を開始する。ここで、ヒー
ター４の電源を切る。この時、送風機１８又は開閉弁１
４の少なくとも一方を制御し前記二次空気量を調節し
て、セラミックハニカム１のパーティキュレートの燃焼
部の温度がおよそ９００℃を超えないようにする。ここ
で、本発明の例えば銅等の熱伝導の良い金属部材９を、
前記セラミックハニカム１のヒーター４側に開口してい
る複数のセル２ａの孔部内に複数本挿入固定しているた
めに、パーティキュレートの燃焼部の高熱を非燃焼部へ
移送するとともに放熱し、軸方向の温度差による熱応力
を低減させる事ができる。この効果はセラミックハニカ
ム１のどの部分で燃焼していても、この効果があるた
め、パーティキュレートの燃焼中にセルの熱応力による
クラックや割れを防ぐことができる。セラミックハニカ
ム１の内部のパーティキュレートが燃え尽きると切り換
え弁１２を切り換え、流路１６を通じてセラミックハニ
カム１に流れるようにすると同時に、送風機１８を止め
て開閉弁１４を閉じることにより、通常の運転状態に戻
す。

【００１７】尚、再生期間中はディーゼルエンジンの排
ガスはバイパス管１５を通って、排気口１７へ排出され
る。

【００１８】以上のように本実施例によれば、セラミッ
クハニカム１内に堆積したパーティキュレートを燃焼す
る時、即ちセラミックハニカム１の燃焼再生時には熱伝
導の良い金属部材９をセラミックハニカム１のセル２ａ
の孔部内に挿入固定しているために、軸方向の温度差を
低減することができ、この結果セラミックハニカム１内
の温度差により発生する熱歪を低減させることができ
る。

【００１９】（実施例２）以下本発明の第２実施例の排
ガス浄化装置について、図面を参照しながら説明する。
図３は本発明の第２実施例の排ガス浄化装置のパーティ
キュレート捕集時の状態を示す要部断面図である。第１
実施例の排ガス浄化装置と異なるのは、排気側に開口し
ている複数のセル２ｂに棒状の金属部材９を挿入固定し
ている点である。第１実施例では、エンジン側に開口し
ているセル２ａには前記金属部材９が挿入固定されてい
るため、その金属部材９によりセル２ａの空間が狭くな
り、捕集できるパーティキュレートの量が少ないが、本
実施例によれば、パーティキュレートの溜まるセル２ａ
と金属部材９の挿入固定されているセル２ｂが同一でな
いために、前記の実施例に比べ、多くのパーティキュレ
ートを捕集でき、再生までの期間を長くすることが可能
となる。

【００２０】（実施例３）以下本発明の第３実施例の排
ガス浄化装置について、図面を参照しながら説明する。
図４は本発明の第３実施例の排ガス浄化装置のパーティ
キュレート捕集時の状態を示す要部断面図である。第１
実施例や第２実施例と異なる点は、セラミックハニカム
１の排気ガス流入側に開口したセル２ａの孔部及び排気
ガス流出側に開口したセル２ｂの孔部の各々の複数のセ
ルの孔部に複数の金属部材９を挿入固定したものであ
る。本実施例によればセルの孔部への金属部材９の充填
率が高いのでセラミックハニカム１の燃焼再生時におい
て、更に軸方向の温度差を低減させることができる。

【００２１】（実施例４）以下本発明の第４実施例の排
ガス浄化装置について、図面を参照しながら説明する。
図５（ａ）は第４実施例の排ガス浄化装置の線状金属部
材として中空の金属部材の長手方向の断面図であり、
（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図であり、（ｃ）は他の
中空の金属部材の長手方向の断面図であり、（ｄ）は
（ｃ）のＹ−Ｙ線断面図である。少なくとも一端が開口
した中空の線状金属部材９を使用することにより、中実
棒状の金属部材９に比べ更に熱伝導性（熱移送性）を向
上させることができ、セラミックハニカム１の軸方向の
温度差を更に低減することが可能となる。尚、中空の金
属部材９が薄手の金属材からなるときはリブ２１を内部
等に形成すると変形を防止できる。

【００２２】

【発明の効果】以上のように本発明は、排ガス浄化装置
のセルの孔部に挿着した線状金属部材によりセラミック
ハニカムの燃焼再生時に、セラミックハニカムのセルの
パーティキュレートの捕集量の相違による燃焼部分と非
燃焼部分の軸方向の温度差を低減することができ、その
結果、セル熱歪を抑制することができるので、セラミッ
クハニカムのクラックや割れの発生を防止でき、セラミ
ックハニカムの耐久性を著しく向上させることができ、
エンジンの耐用年数と同等の耐久性を確保することがで
きる低原価で量産性に優れた排ガス浄化装置を実現でき
るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の排ガス浄化装置のパーテ
ィキュレート捕集時の状態を示す要部断面図

【図２】本発明の第１実施例の排ガス浄化装置の再生時
の状態を示す要部断面図

【図３】本発明の第２実施例の排ガス浄化装置のパーテ
ィキュレート捕集時の状態を示す要部断面図

【図４】本発明の第３実施例の排ガス浄化装置のパーテ
ィキュレート捕集時の状態を示す要部断面図

【図５】（ａ）本発明の第４実施例の排ガス浄化装置の
中空の金属部材の長手方向の断面図 （ｂ）図５（ａ）のＸ−Ｘ線断面図 （ｃ）本発明の第４実施例の排ガス浄化装置の他の中空
の金属部材の長手方向の断面図 （ｄ）図５（ｃ）のＹ−Ｙ線断面図

【図６】従来の排ガス浄化装置のパーティキュレートの
捕集時の状態を示す要部断面図

【図７】フィルターを形成するセラミックハニカムの斜
視図

【図８】従来の排ガス浄化装置の再生時の状態を示す要
部断面図

【符号の説明】

１ セラミックハニカム ２ａ，２ｂ セル ３ プラグ ４ ヒーター ５ａ，５ｂ 電極 ６ 緩衝材 ７ 容器 ８ａ，８ｂ ストッパー ９ 金属部材 １０ ディーゼル排ガス浄化装置 １１ 流入口 １２ 切り換え弁 １３ 二次空気口 １４ 開閉弁 １５ バイパス管 １６ 流路 １７ 排気口 １８ 送風機 １９ 連結管 ２０ バッテリー ２１ リブ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セルの一端と相隣合うセルの他端を交互に
   プラグで閉塞してフィルターを形成するセラミックハニ
   カムと、前記セラミックハニカムの多数ある前記セルの
   内１以上の前記セルの孔部内に挿着された前記孔部の径
   よりも小径の中実又は中空の線状金属部材と、を備えた
   ことを特徴とする排ガス浄化装置。
2. 【請求項２】前記線状金属部材の長さが前記セルの前記
   孔部の０．４〜１．０倍であることを特徴とする請求項
   １に記載の排ガス浄化装置。