JPH0734847A - ディーゼル機関の排気微粒子除去装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フィルタの縦割れと横割れとを同時に防止す
ることができるディーゼル機関の排気微粒子除去装置を
提供することを目的とする。 【構成】 ディーゼル機関の排気通路に設けられた排気
微粒子浄化装置であって、排気通路に接続するケース１
内に、排気ガス中に含まれる排気微粒子を除去するフィ
ルタ２を備えたものにおいて、フィルタ２の外周部に、
フィルタ２の径方向に圧縮力をかけるシール部材４を配
置して、このフィルタ２をケース内に収容すると共に、
フィルタ２の外周部の非シール部に、このフィルタ２の
径方向に圧縮力を作用させるリング部材７を固定し、か
つ、このリング部材７とケース１とは、相対移動可能な
状態で接続して構成する。この結果、ケース１とフィル
タ２との間にずれが生じても、フィルタ２に応力が発生
せず、クラックが発生しない。

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帰還の排気微
粒子浄化装置に関し、特に、ディーゼル機関の排気ガス
中に含まれるパティキュレートを排気流路中に設けたフ
ィルタで捕集除去する装置において、フィルタを収容す
るケースの熱膨張によってフィルタにクラックが発生す
るのを防止できる排気微粒子浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の内燃機関、特に、ディーゼル
機関の排気ガス中には、カーボンを主成分とする排気微
粒子（パティキュレート）が含まれており、排気黒煙の
原因となっている。環境汚染の観点からはこのパティキ
ュレートは除去することが望ましく、近年、ディーゼル
機関の排気通路にセラミック製のフィルタを配置し、デ
ィーゼルパティキュレートをこのフィルタによって除去
することが提案されている。

【０００３】パティキュレートを除去するためのフィル
タは、内燃機関の排気管の途中に設けられた金属ケース
内に収容されている。フィルタの金属ケースへの収容に
際しては、フィルタの外周部にステンレスのメッシュ等
で構成された取付リング、シール材や、緩衝材等が配置
される。このフィルタには、耐熱性に富み、熱膨張が少
ないセラミック等の多孔性物質からなる隔壁を備えたハ
ニカム状フィルタが用いられる。このフィルタは一般に
円筒状をしており、その内部に隔壁で囲まれた多数の直
方体状の通路（フィルタセル）がある。そして、この通
路の隣接するものは、排気ガスの流入側と排気ガスの流
出側で交互にセラミック製の閉塞材（プラグ）によって
栓詰めされて閉通路となっている。従って、このフィル
タに流れ込んだ排気ガス中のパティキュレートは、排気
ガスがフィルタセルの壁面を通過する際にフィルタセル
に捕集される。

【０００４】ところで、機関の運転中は、フィルタの入
口部で６００〜６５０℃、出口部で４００〜４５０℃に
も達する高温の排気ガスにより、フィルタが熱膨張して
応力が発生し、フィルタが軸方向に割れる縦割れを引き
起こすことがある。そこで、シール材、緩衝材を使用し
てフィルタをケース内に保持する時に、フィルタの外周
部にリングを嵌めて予め内側に圧縮をかけておくこと
（予圧縮をかけるという）が行われている。この予圧縮
により、フィルタが熱膨張して応力が発生しても、その
応力が予圧縮でキャンセルされて縦割れが防止される。

【０００５】一方、高温の排気ガスにより、金属ケース
とフィルタとの間の熱膨張率の差によって金属ケースに
シール材や緩衝材等によって固定または支持されている
フィルタが軸方向に大きな応力を受け、フィルタに外周
方向のクラック（横割れ）が発生することがある。具体
的に説明すると、高温により金属ケースは軸線方向に伸
長するので、その内部に固定または支持されているフィ
ルタはその軸線方向に引っ張られることになり、フィル
タ内に長手方向の張力が発生してこの張力に交差する方
向に亀裂を生じ、クラック（横割れ）が発生してフィル
タの寿命が短くなる。

【０００６】このようなフィルタの横割れを防止するた
めに、フィルタ外周のシール部に摩擦係数の小さい部材
を介装することが提案されている（実開昭６４−６９１
１２号公報参照）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実開昭
６４−６９１１２号公報に記載の技術は、フィルタの軸
方向の伸びに対して、ケースとフィルタをシール材およ
び摩擦係数の少ない部材を介して滑らせるものだけのも
のであり、縦割れを防止するために、円周方向に圧縮力
を印加すると、フィルタの径方向に印加される圧縮力に
よって、摩擦係数を小さくしても、フィルタが軸方向に
移動できなくなり、フィルタの径方向のクラック（横割
れ）の発生を完全に防止できなかった。

【０００８】そこで、本発明は前記従来の排気微粒子浄
化装置の有する課題を解消し、フィルタがシール材や緩
衝材を介して金属ケース内に配置された排気微粒子浄化
装置において、フィルタにリングを嵌めることによって
フィルタの径方向に圧縮力を作用させ、フィルタの縦割
れを防止することができると共に、このリングとフィル
タを収容するケースとの間を自由接続とすることによ
り、フィルタとそのケースとの間の引っ張り応力を軽減
して、フィルタの横割れを防止することができるディー
ゼル機関の排気微粒子除去装置を提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明のディーゼル機関の排気微粒子除去装置は、ディーゼ
ル機関の排気通路に設けられた排気微粒子浄化装置であ
って、前記排気通路に接続するケース内に、排気ガス中
に含まれる排気微粒子を除去するフィルタを備えたもの
において、前記フィルタの外周部に、フィルタの径方向
に圧縮力をかけるシール部材を配置して、このフィルタ
を前記ケース内に収容すると共に、前記フィルタの外周
部の非シール部に、このフィルタの径方向に圧縮力を作
用させるリング部材を固定し、かつ、このリング部材と
前記ケースとは、相対移動可能な状態で接続したことを
特徴としている。

【００１０】

【作用】本発明のディーゼル機関の排気微粒子除去装置
排気微粒子浄化装置によれば、フィルタに嵌められたリ
ングによる予圧縮力により、フィルタの軸方向のクラッ
ク（縦割れ）が防止できると共に、このリングとフィル
タを収容するケースとの間が摺動自在の自由接続となっ
ているので、ケース、或いはフィルタの伸縮によってフ
ィルタとケースとの間にずれが発生しても、リングには
このずれによる応力が印加されない。この結果、熱によ
るフィルタとケースとの摩擦による引っ張り力がフィル
タに作用しないので、フィルタにクラック（横割れ）が
発生しなくなる。

【００１１】

【実施例】以下添付図面を用いて本発明の実施例を詳細
に説明する。図１(a) ，(b) は、フィルタ再生時にパテ
ィキュレートに着火する電気ヒータＨが取り付けられ、
排気ガス中のパティキュレートを捕集するためのパティ
キュレートフィルタ（以後単にフィルタという）２を金
属ケース１の中に備えた本発明の第１の実施例の排気微
粒子浄化装置１０の構成を示すものである。この第１の
実施例の排気微粒子浄化装置１０は、順流再生タイプで
あり、ヒータＨはフィルタ２の排気ガス上流側に設けら
れている。

【００１２】フィルタ２は、従来例と同様に、多孔性物
質からなるハニカム状の隔壁を備えたハニカム状フィル
タで円筒状をしており、内部に隔壁で囲まれた多数の直
方体状の通路がある。そして、この通路の隣接するもの
は、排気ガスの流入側と排気ガスの流出側で交互にセラ
ミック製の閉塞材によって栓詰めされて閉通路となって
いる。

【００１３】フィルタ２の外周部の排気ガス上流側の先
端部にはシール材保護リング３があり、このシール材保
護リング３に隣接してシール材４が設けられている。こ
のシール材４はフィルタ２と金属ケース１との間のガス
シールを行うものであり、シール材保護リング３は、排
気ガスによるシール材４の劣化を防止するためのもので
ある。

【００１４】一方、フィルタ２の縦割れを防止するため
に、この実施例では金属製、或いはセラミック製の締め
付けリング７が、フィルタ２の外周部に所定間隔を隔て
て３箇所に設けられている。この締め付けリング７は焼
き嵌め等により、フィルタ２の外周部に取り付けた時
に、フィルタ２の内側に予圧縮がかかるようになってい
る。そして、この実施例では、締め付けリング７と金属
ケース１との間を軸方向に自由にするために、締め付け
リング７にボール８が取り付けられている。すなわち、
図２に示すように、締め付けリング７の所定箇所には凹
部７ａが設けられており、この凹部７ａにボール８が回
転自在に嵌め込まれて、締め付けリング７とボール８と
でボールベアリング９が構成されている。また、ボール
ベアリング９とボールベアリング９との間の領域のフィ
ルタ２の外周部には、緩衝材として断熱材５とワイヤネ
ットとが配置されている。

【００１５】図３はこの実施例の排気微粒子浄化装置１
０の組立方法を説明するものである。図３(a) に示すよ
うに、金属ケース１が、排気管に接続する前ケース１
Ａ、ヒータケース１Ｂ、主ケース１Ｃ、および排気管に
接続する後ケース１Ｄに分割して構成されている場合に
は、フィルタ２の外周部にシール材保護リング３、シー
ル材４、断熱材４、ワイヤネット５、および締め付けリ
ング７を取り付けた後、ボール８を締め付けリング７に
油等で仮止めした状態で主ケース１Ｃに挿入し、フラン
ジ部１Ｆをボルト１Ｇで止めることによって組み立てる
ことができる。１Ｅは図示しないヒータに通電を行うた
めのコネクタである。

【００１６】一方、図３(b) は金属ケース１が上ケース
１Ｈと下ケース１Ｊに分割される場合の組立方法を説明
するものである。この場合も同様に、フィルタ２の外周
部にシール材保護リング３、シール材４、断熱材４、ワ
イヤネット５、および締め付けリング７を取り付けた
後、ボール８を締め付けリング７に油等で仮止めした状
態で下ケース１Ｊに挿入し、フランジ部１Ｋをボルト１
Ｇで止めることによって組み立てることができる。

【００１７】以上のように構成された実施例の排気微粒
子浄化装置１０では、フィルタ２が締め付けリング７に
よって予圧縮されているので、高温の排気ガスによって
フィルタ２が膨張しても、縦割れが発生しない。また、
締め付けリング７とボール８とによって構成されるボー
ルベアリング９によってフィルタ２が金属ケース１の中
に保持されているので、高温の排気ガスによって、フィ
ルタ２と金属ケース１との間に軸方向の相対的な変位
（ずれ）が発生しても、このボールベアリング９の作用
によって、金属ケース１とフィルタ２とは摩擦なくずれ
ることができ、フィルタ２に引っ張り力が作用しないの
で、フィルタ２の横割れを防止することができる。

【００１８】図４は本発明の第２の実施例の排気微粒子
浄化装置２０の構成を示すものである。図１(a) ，(b)
に示した第１の実施例の排気微粒子浄化装置１０は、ヒ
ータＨがフィルタ２の排気ガス上流側に設けられている
順流再生タイプであったが、この実施例の排気微粒子浄
化装置２０は、ヒータＨがフィルタ２の排気ガス下流側
に設けられている逆流再生タイプである。従って、この
実施例の排気微粒子浄化装置２０は、ヒータＨの取付位
置がフィルタ２の排気ガス下流側になっているだけで、
基本的な構成及び効果は図(a) ，(b) に示した第１の実
施例の排気微粒子浄化装置１０と同じである。よって、
同じ構成部材には同じ符号を付してこの実施例の排気微
粒子浄化装置２０の説明は省略する。

【００１９】図５(a) は本発明の第３の実施例の排気微
粒子浄化装置３０の構成を示すものであり、第１、第２
の実施例の排気微粒子浄化装置１０，２０と同じ構成部
材には同じ符号を付してある。この実施例の排気微粒子
浄化装置３０が第１、第２の実施例の排気微粒子浄化装
置１０，２０と異なる点は、フィルタ２の外周部にボー
ルベアリング９が取り付けられておらず、金属ケース１
への接触面積の小さい締め付けリング１１が取り付けら
れている点のみである。締め付けリング１１は、締め付
けリング７と同様に、フィルタ２に対しては予圧縮を発
生させている。この実施例の締め付けリング１１は、半
径方向の断面が三角形をしており、その底辺がフィルタ
２の外周面に取り付けられ、その頂点が金属ケース１の
内周面に接触している。この実施例では締め付けリング
１１と金属ケース１との接触面積を小さくすることによ
って、締め付けリング１１と金属ケース１との間の摩擦
抵抗を小さくしている。

【００２０】従って、この実施例の排気微粒子浄化装置
３０においても、フィルタ２が締め付けリング１１によ
って予圧縮されているので、高温の排気ガスによってフ
ィルタ２が膨張しても、縦割れが発生しない。また、締
め付けリング１１と金属ケース１との摩擦抵抗が小さい
ので、高温の排気ガスによって、フィルタ２と金属ケー
ス１との間に軸方向の相対的な変位（ずれ）が発生して
も、金属ケース１とフィルタ２とは摩擦なくずれること
ができ、フィルタ２に引っ張り力が作用しないので、フ
ィルタ２の横割れを防止することができる。

【００２１】図５(b) は図５(a) の点線Ｂで示す部分を
拡大して示すものであり、第３の実施例の排気微粒子浄
化装置３０の変形例を示すものである。この実施例で
は、締め付けリング１２の半径方向の断面形状が、三角
形から半円状に変更されている。この形状によっても、
締め付けリング１２と金属ケース１との接触面積が小さ
くなり、締め付けリング１２と金属ケース１との間の摩
擦抵抗が小さくなる。

【００２２】図６(a) ，(b) は本発明の第４の実施例の
排気微粒子浄化装置４０の構成を示すものであり、第
１、第２の実施例の排気微粒子浄化装置１０，２０と同
じ構成部材には同じ符号を付してある。この実施例の排
気微粒子浄化装置４０が第１、第２の実施例の排気微粒
子浄化装置１０，２０と異なる点は、フィルタ２の外周
部にボールベアリング９が取り付けられておらず、フィ
ルタ２には締め付けリング１３が取り付けられ、この締
め付けリング１３と金属ケース１との間に、摩擦係数の
小さい材料で構成された別体のリング１４が取り付けら
れている点のみである。締め付けリング１３は、締め付
けリング７と同様に、フィルタ２に対しては予圧縮を発
生させている。

【００２３】締め付けリング１３の外周部に取り付けら
れるリング１４は、その断面形状が図５(b) に示した締
め付けリング１２と同様の半円径をしており、その底辺
が締め付けリング１３に固着され、その頂部が金属ケー
ス１の内周面に接触している。この実施例においてはリ
ング１４と金属ケース１との接触面積を小さくすること
に加えて、リング１４を摩擦係数の小さい部材で形成す
ることにより、リング１４と金属ケース１との間の摩擦
抵抗を小さくしている。

【００２４】従って、この実施例の排気微粒子浄化装置
３０においても、フィルタ２が締め付けリング１３によ
って予圧縮されているので、高温の排気ガスによってフ
ィルタ２が膨張しても、縦割れが発生しない。また、リ
ング１４と金属ケース１との摩擦抵抗が小さいので、高
温の排気ガスによって、フィルタ２と金属ケース１との
間に軸方向の相対的な変位（ずれ）が発生しても、金属
ケース１とフィルタ２とは摩擦なくずれることができ、
フィルタ２に引っ張り力が作用しないので、フィルタ２
の横割れを防止することができる。

【００２５】図７(a) は本発明の第５の実施例の排気微
粒子浄化装置５０の構成を示すものであり、第１，第２
の実施例の排気微粒子浄化装置１０，２０と同じ構成部
材には同じ符号を付してある。この実施例の排気微粒子
浄化装置５０が第１、第２の実施例の排気微粒子浄化装
置１０，２０と異なる点は、フィルタ２の外周部にボー
ルベアリング９が取り付けられておらず、フィルタ２に
は締め付けリング１５が取り付けられ、この締め付けリ
ング１５と金属ケース１との間に、ボールベアリング１
８が取り付けられている点のみである。締め付けリング
１５は、締め付けリング７と同様に、フィルタ２に対し
ては予圧縮を発生させている。

【００２６】一方、締め付けリング１５と金属ケース１
との間に設けられるボールベアリング１８は、前述の締
め付けリング１５に対向する金属ケース１の内周面に設
けられるリング１６と、このリング１６の内周面に設け
られた凹部に回転自在に嵌め込まれて締め付けリング１
５に当接するボール１７とから構成される。従って、こ
の実施例の排気微粒子浄化装置５０においても、フィル
タ２が締め付けリング１５によって予圧縮されているの
で、高温の排気ガスによってフィルタ２が膨張しても、
縦割れが発生しない。また、締め付けリング１５と金属
ケース１との間には摩擦抵抗が小さいボールベアリング
１８が設けられているので、高温の排気ガスによって、
フィルタ２と金属ケース１との間に軸方向の相対的な変
位（ずれ）が発生しても、金属ケース１とフィルタ２と
は摩擦なくずれることができ、フィルタ２に引っ張り力
が作用しないので、フィルタ２の横割れを防止すること
ができる。

【００２７】図７(b) は図７(a) の変形実施例を示すも
のであり、締め付けリング１５と金属ケース１との間に
ボールベアリングの代わりにローラベアリング１９を設
けたものである。このローラベアリング１９は、金属ケ
ース１の内周面の所定箇所に設けられたベース部材１９
ｂと、このベース部材１９ｂに回転自在に嵌め込まれた
ローラ１９ａとから構成され、ローラ１９ａがフィルタ
２の外周部に嵌め込まれた締め付けリング１５に当接し
ている。なお、ベース部材１９は、金属ケース１の内周
部にリング状に形成しても良いものである。この変形例
も図７(a) の排気微粒子浄化装置５０と同じ効果を備え
る。

【００２８】以上説明した実施例から分かるように、本
発明では、フィルタとこれを収容する金属ケースとの間
に熱膨張による変形が発生しても、この変形によってフ
ィルタに発生するクラックをより確実に防止することが
できる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
シール部材によりフィルタの径方向に圧縮力をかけたこ
とにより、排気ガスのフィルタ下流側への漏れが防止さ
れると共に、フィルタの径方向の熱応力がキャンセルさ
れてフィルタの縦割れが防止される。また、リング部材
によってもフィルタの内径向きに圧縮力をかけ、フィル
タの径方向の熱応力をキャンセルすると共に、リング部
材とケースとの接続を自由にしたことにより、フィルタ
とケースとが熱膨張によってずれても、フィルタとケー
スとの間の摩擦による引っ張り力が小さく、フィルタに
横割れが発生しないという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a) は本発明の第１の実施例のディーゼル機関
の排気微粒子除去装置の構成を示す断面図であり、(b)
は(a) のＡ−Ａ線における断面図である。

【図２】図１のディーゼル機関の排気微粒子除去装置に
使用される本発明のフィルタ締め付けリングの構成を示
す組立斜視図である。

【図３】(a) は図１のディーゼル機関の排気微粒子除去
装置の組立方法の一例を説明する説明図、(b) は図１の
ディーゼル機関の排気微粒子除去装置の組立方法の別の
例を説明する説明図である。

【図４】本発明の第２の実施例のディーゼル機関の排気
微粒子除去装置の構成を示す断面図である。

【図５】(a) は本発明の第３の実施例のディーゼル機関
の排気微粒子除去装置の構成を示す断面図であり、(b)
は(a) の変形実施例の構成を示す(a) のＢ部の部分拡大
断面図である。

【図６】(a) は本発明の第４の実施例のディーゼル機関
の排気微粒子除去装置の構成を示す断面図であり、(b)
は(a) のディーゼル機関の排気微粒子除去装置に使用さ
れるフィルタ締め付けリングの構成を示す斜視図であ
る。

【図７】(a) は本発明の第５の実施例のディーゼル機関
の排気微粒子除去装置の構成を示す断面図であり、(b)
は(a) 変形実施例を示す部分拡大断面図である。

【符号の説明】

１…金属ケース １Ａ…前ケース １Ｂ…ヒータ部ケース １Ｃ…ケース本体 １Ｄ…後ケース １Ｅ…通電ターミナル １Ｆ…フランジ部 ２…フィルタ ３…シール材保護リング ４…シール材 ５…断熱材 ６…ワイヤネット ７，１１，１２，１３，１５…締め付けリング ７ａ…ボール収容部 ８，１７…ボール ９，１８…ボールベアリング １０…本発明の第１の実施例 １４，１６…リング １６…ベース部材 ２０…本発明の第２の実施例 ３０…本発明の第３の実施例 ４０…本発明の第４の実施例 ５０…本発明の第５の実施例 Ｈ…電気ヒータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディーゼル機関の排気通路に設けられた
   排気微粒子浄化装置であって、前記排気通路に接続する
   ケース内に、排気ガス中に含まれる排気微粒子を除去す
   るフィルタを備えたものにおいて、 前記フィルタの外周部に、フィルタの径方向に圧縮力を
   かけるシール部材を配置して、このフィルタを前記ケー
   ス内に収容すると共に、前記フィルタの外周部の非シー
   ル部に、このフィルタの径方向に圧縮力を作用させるリ
   ング部材を固定し、かつ、このリング部材と前記ケース
   とは、相対移動可能な状態で接続したことを特徴とする
   ディーゼル機関の排気微粒子除去装置。