JPH0771227A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、ステンレス等の金属ケースとセラミ
ック管を別体とすることで、セラミック管に及ぶステン
レス等の金属ケースの熱膨張による引張力を低減し、セ
ラミック管の劣化を防ぎ、もってパティキュレートフィ
ルタにクラックを生じにくくすることを目的とする。 【構成】ヒータ２０作動時には、パティキュレートフィ
ルタ２、金属ケース８、セラミック管１０の、パティキ
ュレートフィルタ２軸方向への熱膨張がおこる。金属ケ
ース８とセラミック管１０の間には環状弾性体１６、１
８が介在しているので、金属ケース８とセラミック管１
０は一体的に動くことはなく、セラミック管１０は劣化
しにくくなる。また、セラミック管１０の熱膨張係数は
パティキュレートフィルタ２の熱膨張係数と略等しいの
で、セラミック管１０の熱膨張によってパティキュレー
トフィルタ２に及ぶ引張力は小さい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼル機関の排気
ガス中に含まれるパティキュレートを除去する排気浄化
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼル機関の排気ガス中に含まれる
パティキュレートがそのまま大気中に放出されることを
防止すべく、排気ガス通路中にパティキュレートフィル
タを設けた排気浄化装置が知られている。ディーゼル機
関の排気ガスがパティキュレートフィルタに導かれて、
排気ガス中のパティキュレートが捕集される。所定量の
パティキュレートが捕集されると、ヒータ等の加熱手段
により捕集されたパティキュレートが燃焼せしめられ、
パティキュレートフィルタは再生されて、またパティキ
ュレートの捕集に備えるのである。また、パティキュレ
ートフィルタの支持方法も様々な方法が考えられてい
る。例えば、特開平４−１６４１１５号公報において
は、パティキュレートフィルタを、セラミック管と一体
のステンレスにセラミックマットを介して支持してい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、セラミ
ック管とステンレスの熱膨張係数は大きく異なる。ヒー
タ等の加熱手段によりパティキュレートフィルタが加熱
されると、パティキュレートフィルタをセラミックマッ
ト及びセラミック管と一体のステンレスを介して支持し
た場合、パティキュレートフィルタ及びその支持部材が
高温になって熱膨張する。この時、ステンレスの膨張量
にセラミック管が追従できず、セラミック管が劣化し
て、ステンレスの熱膨張による引張力がセラミック管や
セラミックマットを介して、パティキュレートフィルタ
に及んでパティキュレートフィルタにクラックの生ずる
恐れがあった。

【０００４】そこで本発明は、ステンレス等の金属ケー
スとセラミック管を別体とすることで、セラミック管に
及ぶステンレス等の金属ケースの熱膨張による引張力を
低減し、セラミック管の劣化を防ぎ、もってパティキュ
レートフィルタにクラックを生じにくくすることを目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明における排気浄化
装置は、金属ケース内に挿入されるセラミック管と、該
セラミック管内に挿入されるパティキュレートフィルタ
と、金属ケースとセラミック管間、セラミック管とパテ
ィキュレートフィルタ間に挿入される環状弾性体と、パ
ティキュレートフィルタのパティキュレートを除去する
加熱手段とからなる排気浄化装置であって、金属ケース
の熱膨張係数はセラミック管の熱膨張係数より大きく、
セラミック管の熱膨張係数はパティキュレートフィルタ
の熱膨張係数と略等しく、セラミック管の引張強度はパ
ティキュレートフィルタの引張強度よりも強くなってい
ることを特徴とする。

【０００６】また、上記の排気浄化装置において、加熱
手段はパティキュレートフィルタの排気ガス入口側もし
くは排気ガス出口側にあり、加熱手段のある方向からパ
ティキュレートフィルタに再生ガスを供給する再生ガス
供給手段を有し、環状弾性体が再生ガス入口側のパティ
キュレートフィルタ側面と、再生ガス出口側のパティキ
ュレートフィルタ側面の少なくとも２か所に設けられ、
再生ガス出口側のセラミック管とパティキュレートフィ
ルタ間の環状弾性体に、パティキュレートフィルタと環
状弾性体とセラミック管とで形成される空間と再生ガス
出口側の空間とを連通する連通孔を少なくとも１つ設け
られたことを特徴とする。

【０００７】

【作用】金属ケースとセラミック管間に環状弾性体が介
在しているので、加熱手段による金属ケース、セラミッ
ク管の熱膨張時に、金属ケース、セラミック管は一体的
に動くことはない。更に、セラミック管の引張強度はパ
ティキュレートフィルタの引張強度よりも強くなってお
り、金属ケースの熱膨張による引張力がセラミック管に
及んでも、セラミック管は劣化しにくい。セラミック管
が劣化しにくくなったことで、金属ケースの熱膨張によ
る引張力が直接パティキュレートフィルタに及びにくく
なる。加えて、セラミック管とパティキュレートフィル
タは熱膨張係数が略等しいので、セラミック管が熱膨張
しても環状弾性体を介してパティキュレートフィルタに
及ぶ引張力は小さい。

【０００８】また、パティキュレートフィルタの排気ガ
ス入口側もしくは排気ガス出口側にある加熱手段とパテ
ィキュレートフィルタに対し加熱手段と同方向にある再
生ガス供給手段によるパティキュレートフィルタ再生
時、パティキュレート燃焼後の高温ガスが再生ガス入口
側から再生ガス出口側方向へ流れ、パティキュレートフ
ィルタから放出される。この時、前記高温ガスの一部は
パティキュレートフィルタと環状弾性体とセラミック管
とで形成される空間へ流れ、再生ガス出口側のセラミッ
ク管とパティキュレートフィルタ間の環状弾性体に設け
られた連通孔を介して、パティキュレートフィルタから
放出される。

【０００９】

【実施例】図１は本発明の第１実施例における排気浄化
装置の断面図である。２はコージェライト（熱膨張係数
α＝１．２×１０^-6Ｋ^-1）製のパティキュレートフィル
タである。パティキュレートフィルタ２は排気ガスの流
路となりパティキュレートフィルタ２下流側（図中右
側）をプラグ６で閉塞され、上流側（図中左側）に開口
した矩形のセル４とパティキュレートフィルタ２上流側
（図中左側）をプラグ６で閉塞され、下流側（図中右
側）に開口した矩形のセル５とを有する。セル４とセル
５はセル壁７により区分されている。このパティキュレ
ートフィルタ２とステンレス（熱膨張係数α＝１６．４
×１０^-6Ｋ^-1）製の金属ケース８の間には、窒化珪素
（熱膨張係数α＝３．１×１０^-6Ｋ^-1）製のセラミック
管１０が挿入され、パティキュレートフィルタ２とセラ
ミック管１０との隙間及びセラミック管１０と金属ケー
ス８との隙間には環状弾性体１２、１４、１６、１８が
挿入されている。この構造でパティキュレートフィルタ
２が金属ケース８に支持されているのである。

【００１０】パティキュレートフィルタ２の上流（図中
左側）にはパティキュレートフィルタ２内に堆積するパ
ティキュレートを燃焼・除去する加熱手段としてのヒー
タ２０が配設される。

【００１１】以上のように構成される第１実施例におけ
る排気浄化装置の作用について説明する。図示しないエ
キゾーストマニホールドから流れてくる排気ガスは、パ
ティキュレートフィルタ２上流側（図中左側）に開口し
たセル４に入り、セル壁７を透過してパティキュレート
フィルタ２下流側（図中右側）に開口したセル５に入
る。この時、排気ガスに含まれていたパティキュレート
は、セル壁７を透過できずにセル４内にとどまり、パテ
ィキュレートを取り除かれて浄化された排気ガスはパテ
ィキュレートフィルタ２を通過した後、図示しないマフ
ラを経て大気中に放出される。パティキュレートフィル
タ２内に堆積したパティキュレートはパティキュレート
フィルタ２の目詰まりを引き起こし、パティキュレート
フィルタ２の前後の差圧を増加させる。よって、例えば
図示しない圧力センサによりパティキュレートフィルタ
２に堆積するパティキュレートの最大許容量に相当する
パティキュレートフィルタ２の前後の差圧が検出される
とパティキュレートフィルタ２の再生が行われる。

【００１２】パティキュレートフィルタ２再生時には、
ヒータ２０が作動されてパティキュレートフィルタ２内
に堆積しているパティキュレートが燃焼・除去される。

【００１３】ここでヒータ２０が作動されていると、パ
ティキュレートフィルタ２のみならず金属ケース８やセ
ラミック管１０も加熱されて高温となり、パティキュレ
ートフィルタ２の軸方向への熱膨張がおこる。金属ケー
ス８の熱膨張係数はセラミック管１０に比してかなり大
きい。しかし、金属ケース８とセラミック管１０の間に
は環状弾性体１６、１８が介在しているので、金属ケー
ス８とセラミック管１０は一体的に動くことはなく、熱
膨張量の差は環状弾性体１６、１８の変形により吸収さ
れる。更に、セラミック管１０の引張強度はパティキュ
レートフィルタ２の引張強度よりも強くなっており、金
属ケース８の熱膨張による引張力がセラミック管１０に
及んでも、セラミック管１０は劣化しにくい。セラミッ
ク管１０が劣化しにくくなったことで、金属ケース８の
熱膨張による引張力が直接パティキュレートフィルタ２
に及びにくくなる。

【００１４】また、セラミック管１０の熱膨張係数がパ
ティキュレートフィルタ２の熱膨張係数より大きけれ
ば、セラミック管１０の熱膨張によりパティキュレート
フィルタ２が引っ張られることとなって、パティキュレ
ートフィルタ２にクラックの生じる恐れがある。セラミ
ック管１０の熱膨張係数がパティキュレートフィルタ２
の熱膨張係数より小さければ、セラミック管１０が金属
ケース８及びパティキュレートフィルタ２の熱膨張によ
り引っ張られることとなって、セラミック管１０が劣化
する恐れがある。しかし、セラミック管１０の熱膨張係
数はパティキュレートフィルタ２は略等しいので、セラ
ミック管１０が熱膨張しても環状弾性体１２、１４を介
してパティキュレートフィルタ２に及ぶ引張力は小さ
い。

【００１５】以上本発明の第１実施例における排気浄化
装置によれば、金属ケース８とセラミック管１０の間に
は環状弾性体１６、１８が介在しているので、金属ケー
ス８とセラミック管１０は一体的に動くことはなく、熱
膨張量の差は環状弾性体１６、１８の変形により吸収さ
れる。従って、金属ケース８の熱膨張によってセラミッ
ク管１０にクラックが生じにくい。更に、セラミック管
１０の引張強度はパティキュレートフィルタ２の引張強
度よりも強くなっており、金属ケース８の熱膨張による
引張力がセラミック管１０に及んでも、セラミック管１
０は劣化しにくい。セラミック管１０が劣化しにくくな
ったことで、金属ケース８の熱膨張による引張力が直接
パティキュレートフィルタ２に及びにくくなってパティ
キュレートフィルタ２にクラックが生じにくくなる。

【００１６】また、セラミック管１０の熱膨張係数はパ
ティキュレートフィルタ２の熱膨張係数と略等しいの
で、セラミック管１０が熱膨張しても環状弾性体１２、
１４を介してパティキュレートフィルタ２に及ぶ引張力
は小さい。従って、セラミック管１０の熱膨張によって
は、パティキュレートフィルタ２にクラックが生じにく
い。

【００１７】図２は本発明の第２実施例における排気浄
化装置の断面図である。第１実施例の排気浄化装置にお
いて、金属ケース８と環状弾性体１６、１８とセラミッ
ク管１０とで形成される空間と外気とを連通する孔２２
を設けたものである。この孔２２を通過する外気によっ
て金属ケース８が冷やされて、その熱膨張量が小さく抑
えられて、セラミック管１０がより劣化しにくくなる。
セラミック管１０が劣化しにくくなったことで、金属ケ
ース８の熱膨張による引張力が直接パティキュレートフ
ィルタ２に及びにくくなってパティキュレートフィルタ
２にクラックが生じにくくなる。尚、孔２２の数は特に
限定されない。他の構成及び作用は第１実施例と同じで
ある。

【００１８】図３は本発明の第３実施例における排気浄
化装置の断面図である。第１実施例の排気浄化装置にお
いて、ヒータ２０上流の排気通路２４から分岐してパテ
ィキュレートフィルタ２再生時に再生ガスとしての空気
を供給する再生ガス供給手段としてのエアポンプ２６が
設けられている。図中２５は再生ガス入口側、２７は再
生ガス出口側を示しており、本実施例においてはそれぞ
れが排気ガス入口側、排気ガス出口側に対応している。
またパティキュレートフィルタ２に対しヒータ２０と反
対側の環状弾性体１４にはセラミック管１０と環状弾性
体１２、１４とパティキュレートフィルタ２とで形成さ
れる空間と再生ガス出口側２７の空間とを連通する連通
孔２８が設けられている。他の構成は第１実施例と同じ
である。

【００１９】以上のように構成される第３実施例におけ
る排気浄化装置の作用について説明する。第３実施例は
第１実施例の作用に加えて以下の作用がある。

【００２０】パティキュレートフィルタ２再生時には、
エアポンプ２６からパティキュレートフィルタ２に空気
が供給されると共に、ヒータ２０が作動される。この供
給された空気がパティキュレートフィルタ２内のパティ
キュレートの、ヒータ２０による燃焼に利用される。パ
ティキュレートの燃焼に利用された空気は高温となり、
その大部分はセル５よりパティキュレートフィルタ２か
ら放出される。また、パティキュレートの燃焼後の高温
となったガスの一部は図中矢印の如く、セラミック管１
０と環状弾性体１２、１４とパティキュレートフィルタ
２とで形成される空間に面したセル壁７を通過して前記
空間に流れ、環状弾性体１４に設けられた連通孔２８か
ら再生ガス出口側２７へと放出される。

【００２１】以上本発明の第３実施例における排気浄化
装置によれば、第１実施例の効果に加えて、以下の効果
を有する。エアポンプ２４からパティキュレートフィル
タ２に供給された空気がヒータ２０によるパティキュレ
ート燃焼に利用され、パティキュレート燃焼後は高温と
なる。この高温のガスがセラミック管１０と環状弾性体
１２、１４とパティキュレートフィルタ２とで形成され
る空間及び環状弾性体１４に設けられた連通孔２８から
再生ガス出口側２７へと放出される。高温のガスはセラ
ミック管１０と環状弾性体１２、１４とパティキュレー
トフィルタ２とで形成される空間に流れて、セラミック
管１０を加熱するが金属ケース８を加熱することはな
い。そのため、セラミック管１０は第１実施例に比べて
熱膨張量が大きいが、金属ケース８の熱膨張量は第１実
施例とほとんど変わらない。よって、金属ケース８とセ
ラミック管１０の熱膨張量の差は第１実施例より小さく
なり、金属ケース８のセラミック管１０に及ぼす引張力
が小さくなる。従って、セラミック管１０は劣化しにく
い。セラミック管１０が劣化しにくくなったことで、金
属ケース８の熱膨張による引張力が直接パティキュレー
トフィルタ２に及びにくくなってパティキュレートフィ
ルタ２にクラックが生じにくくなる。

【００２２】また、高温のガスがセラミック管１０と環
状弾性体１２、１４とパティキュレートフィルタ２とで
形成される空間に流れることで、セラミック管１０とパ
ティキュレートフィルタ２の温度差は第１実施例におけ
るセラミック管１０とパティキュレートフィルタ２の温
度差よりも小さくなり、セラミック管１０とパティキュ
レートフィルタ２の熱膨張量がより近づいてパティキュ
レートフィルタ２にクラックは更に生じにくくなる。加
えて、高温のガスがパティキュレートフィルタ２外周部
へ流れることでパティキュレートフィルタ２内の温度の
偏りが低減されてパティキュレートフィルタ２にクラッ
クが生じにくくなる。

【００２３】図４は本発明の第４実施例における排気浄
化装置の断面図である。第３実施例の排気浄化装置にお
いて、金属ケース８に第２実施例の孔２２を設けて、金
属ケース８が外気により冷やされるようにしたものであ
る。他の構成及び作用は第３実施例と同じである。

【００２４】

【発明の効果】本発明では、金属ケースとセラミック管
の間には環状弾性体が介在しているので、金属ケースと
セラミック管は一体的に動くことはなく、熱膨張量の差
は環状弾性体の変形により吸収される。従って、金属ケ
ースの熱膨張によってセラミック管が劣化しにくい。更
に、セラミック管の引張強度はパティキュレートフィル
タの引張強度よりも強くなっており、金属ケースの熱膨
張による引張力がセラミック管に及んでも、セラミック
管が劣化しにくい。

【００２５】セラミック管が劣化しにくくなったこと
で、金属ケースの熱膨張による引張力が直接パティキュ
レートフィルタに及びにくくなってパティキュレートフ
ィルタにクラックが生じにくくなる。更に、セラミック
管の熱膨張係数はパティキュレートフィルタの熱膨張係
数と略等しいので、セラミック管が熱膨張しても環状弾
性体を介してパティキュレートフィルタに及ぶ引張力は
小さい。従って、セラミック管の熱膨張によっては、パ
ティキュレートフィルタにクラックが生じにくい。

【００２６】また、再生ガス出口側のセラミック管とパ
ティキュレートフィルタ間の環状弾性体に、パティキュ
レートフィルタと環状弾性体とセラミック管とで形成さ
れる空間と再生ガス出口側の空間とを連通する連通孔を
設けたことで、高温のガスがセラミック管と環状弾性体
とパティキュレートフィルタとで形成される空間に流れ
る。そのため、セラミック管は上記連通孔がない場合に
比して熱膨張量が大きくなるが、金属ケースの熱膨張量
はほとんど変わらない。よって、金属ケースとセラミッ
ク管の熱膨張量の差は連通孔がない場合に比して小さく
なり、金属ケースのセラミック管に及ぼす引張力が小さ
くなる。従って、セラミック管は更に劣化しにくくな
る。

【００２７】セラミック管が劣化しにくくなったこと
で、金属ケースの熱膨張による引張力が直接パティキュ
レートフィルタに及びにくくなってパティキュレートフ
ィルタにクラックが生じにくくなる。セラミック管とパ
ティキュレートフィルタの温度差は上記連通孔を設けた
ことで小さくなり、セラミック管とパティキュレートフ
ィルタの熱膨張量がより近づいてパティキュレートフィ
ルタにクラックは更に生じにくくなる。加えて、高温の
ガスがパティキュレートフィルタ外周部へ流れることで
パティキュレートフィルタ内の温度の偏りが低減されて
パティキュレートフィルタにクラックが生じにくくな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における排気浄化装置の断
面図。

【図２】本発明の第２実施例における排気浄化装置の断
面図。

【図３】本発明の第３実施例における排気浄化装置の断
面図。

【図４】本発明の第４実施例における排気浄化装置の断
面図。

【符号の説明】

２ ・・・パティキュレートフィル
タ ８ ・・・金属ケース １０ ・・・セラミック管 １２、１４、１６、１８・・・環状弾性体 ２０ ・・・ヒータ ２５ ・・・再生ガス入口側 ２６ ・・・エアポンプ ２７ ・・・再生ガス出口側 ２８ ・・・連通孔

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属ケース内に挿入されるセラミック管
   と、該セラミック管内に挿入されるパティキュレートフ
   ィルタと、金属ケースとセラミック管間、セラミック管
   とパティキュレートフィルタ間に挿入される環状弾性体
   と、パティキュレートフィルタのパティキュレートを除
   去する加熱手段とからなる排気浄化装置であって、金属
   ケースの熱膨張係数はセラミック管の熱膨張係数より大
   きく、セラミック管の熱膨張係数はパティキュレートフ
   ィルタの熱膨張係数と略等しく、セラミック管の引張強
   度はパティキュレートフィルタの引張強度よりも強くな
   っている排気浄化装置。
2. 【請求項２】 請求項１の排気浄化装置において、加熱
   手段はパティキュレートフィルタの排気ガス入口側もし
   くは排気ガス出口側にあり、加熱手段のある方向からパ
   ティキュレートフィルタに再生ガスを供給する再生ガス
   供給手段を有し、環状弾性体が再生ガス入口側のパティ
   キュレートフィルタ側面と、再生ガス出口側のパティキ
   ュレートフィルタ側面の少なくとも２か所に設けられ、
   再生ガス出口側のセラミック管とパティキュレートフィ
   ルタ間の環状弾性体に、パティキュレートフィルタと環
   状弾性体とセラミック管とで形成される空間と再生ガス
   出口側の空間とを連通する連通孔を少なくとも１つ設け
   た排気浄化装置。