JPH08232642A - ディーゼルエンジン用パティキュレートトラップ - Google Patents

ディーゼルエンジン用パティキュレートトラップ

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Publication number
JPH08232642A
JPH08232642A JP7040400A JP4040095A JPH08232642A JP H08232642 A JPH08232642 A JP H08232642A JP 7040400 A JP7040400 A JP 7040400A JP 4040095 A JP4040095 A JP 4040095A JP H08232642 A JPH08232642 A JP H08232642A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heater
insulator
filter element
particulate trap
hole
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP7040400A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenji Matsunuma
健二 松沼
Shigeto Nakajima
成人 中島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP7040400A priority Critical patent/JPH08232642A/ja
Publication of JPH08232642A publication Critical patent/JPH08232642A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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

Landscapes

  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フィルタで捕集したパティキュレートを電気
ヒータで加熱して燃焼させるトラップを、ヒータによる
加熱効率の悪化を招かずにヒータ支持が安定するように
改善する。 【構成】 フィルタエレメント3の排気ガス導入空間8
に挿入する電気ヒータ4にセラミック製碍子5を分散し
て取付け、この碍子5をフィルタの対向濾過面3a、3
bで受けてヒータ4をフィルタエレメント3で保持す
る。これにより、ヒータの位置が安定し、フィルタエレ
メント3との間が碍子5で確実に絶縁されて漏電が無く
なる。また、碍子5に流れたヒータの熱はフィルタエレ
メントに伝わるので熱の逃げがなく、パティキュレート
の燃焼が少ない電力でむらなく行われる。

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の
排気ガス中のカーボン等の微粒子(パティキュレート)
を捕集、除去するためのパティキュレートトラップに関
する。
【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。
【0003】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の除
去が、重要な課題である。
【0004】これらの有害成分を除去するために、排気
通路に排気トラップを設置し、パティキュレートをトラ
ップによって捕集し、後処理により除去することが提案
されている。ほかにも、EGR(排気再循環)をかけた
り、燃料噴射系の改善を行ったり、エンジン側での努力
も行われているが、抜本的な決め手がなく、現在まで前
述のトラップによる処理方法が最も実用的であると考え
られ、検討が続けられている。
【0005】そのパティキュレートトラップは、排気系
の途中に設置される容器内にフィルタエレメントを装着
して構成される。このトラップのフィルタエレメント
は、高温の排気ガスに対応するため、耐熱性に優れてい
ることが要求され、また、捕集面積が広くてパティキュ
レート捕集による圧損(排気抵抗の増加)が少ないこと
が要求される。このために、連通孔を有する耐熱性金属
骨格から成る3次元網状構造体を材料にして長手方向に
凹入した排気ガス導入空間を有する構造したものが考え
られている。また、捕集したパティキュレートは、フィ
ルタ再生のために定期的に除去する必要があり、その除
去を電気ヒータで加熱、燃焼させて行うことが考えられ
ている。
【0006】電気ヒータは、特開平6−257422号
公報に示されるように、長手方向に凹入した排気ガス導
入空間に面状ヒータを挿入して対向した2つの濾過面を
同時に加熱する構造であると加熱効率に優れる。
【0007】また、特開平6−264722号公報に示
されるように、排気ガス導入空間内(内筒の内部)にヒ
ータと共に支持バーを入れ、その支持バーにヒータをね
じ止めすると、ヒータの安定支持が望める。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】電気ヒータを、フィル
タの対向濾過面間に単に挾み込む構造では、ヒータの支
持が安定せず、通電時にヒータが熱膨張して変形し、フ
ィルタなどに接触して漏電する恐れがある。また、トラ
ップを車両に装着すると、振動によりヒータがフィルタ
に接触して、漏電することも考えられ、これが、トラッ
プの実用化の妨げになっていた。漏電すると捕集したパ
ティキュレートを燃焼させることができず、フィルタの
再生が行われないため排気抵抗が大きくなって最悪のケ
ースではエンジン停止に至る。
【0009】一方、支持バーを設けてそれにヒータをね
じ止めする構造は、ヒータの支持安定性には優れるが、
複雑な絶縁構造が必要であるので部品の種類が増えてコ
ストアップとなり、また、支持バー、止めねじ、絶縁材
等のヒータ固定部材によりフィルタエレメントの熱容量
が増加するため、捕集パティキュレート燃焼時にヒータ
熱が固定部材に奪われる上に固定部材を伝っての熱の逃
げも生じ、ヒータ容量が大きくなるほか、ねじ止め部周
辺での再生が不充分になると云う問題点があった。
【0010】そこで、本発明は、ヒータの安定支持を、
加熱効率を悪くせずに行えるようにしてパティキュレー
ト燃焼再生性能を向上させたパティキュレートトラップ
を提供することを課題としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明においては、連通孔を有する耐熱性金属骨格
から成る3次元網状構造体で長手方向に凹入した排気ガ
ス導入空間をもつフィルタエレメントを作り、前記排気
ガス導入空間に挿入する捕集パティキュレート燃焼用板
状電気ヒータと共にこのフィルタエレメントを排気系の
途中に設置される容器内に挿入して構成されるパティキ
ュレートトラップを改善の対象として、このトラップの
前記ヒータに、ヒータ支持用のセラミック製碍子を分散
して取付け、各碍子を前記排気ガス導入空間を間に挟ん
だ対向濾過面の少なくとも一方で受けてヒータをフィル
タエレメントで保持するようにした。
【0012】なお、本発明で用いる碍子は、ヒータに対
する取付けが容易なもの、排気ガスの流れを阻害し難い
もの、フィルタの濾過面を極力塞がないものが望まし
い。その要求を満たすための具体的な碍子形状と、ヒー
タへの取付構造については、実施例の項で詳しく述べ
る。
【0013】
【作用】電気ヒータに、セラミック製碍子を取付け、こ
の碍子をフィルタの対向濾過面で受けてヒータをフィル
タエレメントで保持するので、ヒータ変位、フィルタエ
レメントに対するヒータ導電部の接触を碍子で阻止して
熱膨張によるヒータの変形や振動による漏電を確実に防
ぐことができる。
【0014】また、碍子をフィルタで受けるので、ヒー
タ通電時に碍子に流れる熱はフィルタに伝わり、フィル
タ以外の部品への熱の逃げが生じない。従って、加熱効
率の悪化がなく、消費電力の低減につながる。
【0015】さらに、碍子を分散配置するので、熱容量
のばらつきが小さく抑えられ、そのばらつきによるフィ
ルタ再生時のパティキュレートの焼けむらが少なくな
る。これはフィルタの再生率が高まることを意味し、再
生寿命が長くなる。
【0016】
【実施例】図1に、本発明のパティキュレートトラップ
の第1実施例を示す。このパティキュレートトラップ1
は、排気系の途中に挿入される金属製容器2内に、フィ
ルタエレメント3を板状ヒータ4及びそのヒータの支持
用碍子5と共に装着して構成される。
【0017】フィルタエレメント3は、連通孔を有する
耐熱性金属骨格から成る3次元網状構造体(例えば住友
電工製、商品名セルメット)で作られている。このフィ
ルタエレメント3は、ここでは、2つの異径円筒状のフ
ィルタ(内筒6と外筒7)を同心的に配置し、排気ガス
入口側における内筒6の端部開口と外筒7の外周及び排
気ガス出口側における筒6、7間の開口を端板などで塞
いで内外筒6、7間にエレメント長手方向に凹入した環
状の排気ガス導入空間8を作り出しているが、帯状のフ
ィルタ材をエレメントの一端と他端で交互に折り返して
平行平板のフィルタ間に扁平な排気ガス導入空間を作り
出す構造も考えられる。
【0018】ヒータ4は、図2に示すように、帯状のも
のを蛇行させた状態にし、これを円筒状に丸めて排気ガ
ス導入空間8に挿入してある。このヒータ4には、折り
返した帯の一端側と他端側に穴9を設けてある。その穴
9は、図3(a)に示すように、幅方向中央に曲げ伸ば
しの可能な舌片10を有しており、その穴9の部分に碍
子5が取付けられる。
【0019】碍子5は、セラミック製の円筒状碍子であ
り、図3(b)に示すように、舌片10を曲げて中心孔
に挿入後、図3(b)に示すように穴9にほぼ半分押し
込み、この際に伸ばされた舌片10で押込み位置に保持
する構造にしてある。この碍子5は、外径をフィルタエ
レメントの対向濾過面3a、3b間の距離Lとほぼ等し
くしてあり、これにより、碍子5が濾過面3a、3bの
両者に受けられ、ヒータ4が碍子5によりフィルタから
絶縁された状態で濾過面3a、3b間に保持される。
【0020】なお、碍子5は、ヒータ長手方向に向けて
取付けてあるので、排気ガスの流れを遮る面積はさほど
大きくならない。また、碍子5とフィルタエレメント3
は線接触となるため、濾過面が碍子5に塞がれる部分も
極く僅かに抑えられる。
【0021】図4は、穴9内に2つの舌片10を対向さ
せて設け、この舌片10を碍子5の中心孔に両側から挿
入するもので、図3の片持ち構造と違って両持ち構造と
なるため、碍子の支持安定性に優れる。
【0022】図5は、本発明の第2実施例を容器を省い
て示している。このパティキュレートトラップは、セラ
ミック製碍子15の形状と、この碍子15のヒータ4へ
の取付構造が第1実施例と異なる。
【0023】碍子15は、高さHが距離Lとほぼ等しい
柱状碍子であり、高さ方向中間部にくびれ部15bを有
している。この碍子15の頭部15aとくびれ部15b
の断面は、円、三角形、四角形、その他の多角形のいず
れであってもよい。また、頭頂部も、図6(a)、
(c)に示す平面、図6(b)に示す球面、図6(d)
に示す円弧面、図6(e)に示す山形など任意の形を採
り得る。
【0024】ヒータ4に設ける穴9は、図7から判るよ
うに、頭部15aを抜き差しできる形状、サイズの穴と
する。また、内側に切欠溝9aと舌片11を有する穴と
する。図8(a)に示すように、その舌片11を持ち上
げた状態で穴9に碍子15の片方の頭部15aを貫通さ
せ、次いで碍子の全体を横移動させて図7及び図8
(b)に示すようにくびれ部15bを切欠溝9aの縁部
に係止させ、その後、舌片11を元に戻し、その舌片1
1で碍子15の穴9への挿入点への戻りを阻止して碍子
を外れ止めする。この第2実施例も第1実施例とほぼ同
様の作用、効果が得られる。
【0025】図9は、第3実施例である。このパティキ
ュレートトラップ(容器は省略)は、セラミック製碍子
25を外径が外筒7の内径とほぼ同径のリングとし、そ
の碍子25を円筒状に丸めたヒータ4の外周に嵌め、ヒ
ータ4に対向して設けた切り起し爪12を碍子25の両
端に係止させて外れ止めしている。
【0026】このリング状の碍子25は、図10に示す
ように、内径を内筒6の外径とほぼ等しくしてヒータ4
の内面側に取付けてもよい。また、図11に示すよう
に、図9、図10の碍子25を千鳥配列にしてヒータ4
の内外面を支持することもできる。このリング状碍子2
5の断面は、図12の(a)〜(f)に示すように、
角、台形、丸、フィルタに接する側が円弧の略半円など
種々の形が考えられる。また、排気ガスの通過を許容す
る切欠部を周縁に点在させて設けたものでもよい。
【0027】なお、この図9以降の構造は、碍子の総数
が少なくて済む利点があるが、これを採用できるのは、
フィルタエレメント3が円筒を多重に組合わせて作られ
ている場合に限られる。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のパティキ
ュレートトラップは、フィルタエレメントの長手方向に
凹入した排気ガス導入空間に板状の電気ヒータを挿入
し、そのヒータに取付けたセラミック製碍子をフィルタ
エレメントの対向濾過面で受けてヒータの支持をフィル
タエレメントで行う構造にしたので、ヒータの定置安定
性の悪さに起因した漏電を確実に防止できる。
【0029】また、ヒータから碍子に流れた熱が碍子か
らフィルタエレメントに流れてパティキュレート燃焼に
有効利用されるので、熱の逃げによる加熱効率の悪化が
なく、捕集パティキュレート燃焼再生に要する消費電力
が少なくて済む。
【0030】さらに、熱の逃げが少なくなることと、局
部的に大きく熱が奪われる箇所ができないことにより、
フィルタの熱分布のばらつきが小さくなり、パティキュ
レートの焼けむらが減少してフィルタ性能の再生状態も
よくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のパティキュレートトラップの第1実施
例の断面図
【図2】板状ヒータを展開して示す平面図
【図3】(a):ヒータの穴と碍子の斜視図 (b):碍子の取付途中の動作図 (c):碍子の取付完了後の断面図
【図4】(a):ヒータの穴の変形例を示す斜視図 (b):碍子の取付途中の動作図 (c):碍子の取付完了後の断面図
【図5】第2実施例(容器なし)の断面図
【図6】(a)〜(e) 柱状碍子の具体例を示す斜視
【図7】(a)〜(c) 柱状碍子の取付後の状態を示
す平面図
【図8】(a):柱状碍子の取付途中の動作図 (b):柱状碍子の取付後の断面図
【図9】第3実施例(容器なし)の断面図
【図10】リング状碍子をヒータの内面側に取付けた例
の断面図
【図11】リング状碍子をヒータの内外面に千鳥状に取
付けた例の断面図
【図12】(a)〜(f) リング状碍子の断面形状の
具体例を示す図
【符号の説明】
1 パティキュレートトラップ 2 容器 3 フィルタエレメント 3a、3b 濾過面 4 板状電気ヒータ 5 円筒状碍子 6 内筒 7 外筒 8 排気ガス導入空間 9 穴 9a 切欠溝 10、11 舌片 12 切り起し爪 15 柱状碍子 15a 頭部 15b くびれ部 25 リング状碍子

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 連通孔を有する耐熱性金属骨格から成る
    3次元網状構造体で長手方向に凹入した排気ガス導入空
    間をもつフィルタエレメントを作り、前記排気ガス導入
    空間に挿入する捕集パティキュレート燃焼用板状電気ヒ
    ータと共にこのフィルタエレメントを排気系の途中に設
    置される容器内に挿入して構成されるパティキュレート
    トラップにおいて、前記ヒータに、ヒータ支持用のセラ
    ミック製碍子を分散して取付け、各碍子を前記排気ガス
    導入空間を間に挟んだ対向濾過面の少なくとも一方で受
    けてヒータをフィルタエレメントで保持したことを特徴
    とするディーゼルエンジン用パティキュレートトラッ
    プ。
  2. 【請求項2】 前記碍子が、前記対向濾過面間の距離と
    ほぼ同径の円筒状碍子であり、その円筒状碍子のヒータ
    に対する取付けが、ヒータに設けた穴に碍子をヒータ長
    手方向に向けて嵌め、この状態でヒータの穴縁部に設け
    た曲げ伸しの可能な舌片を碍子の中心孔に少なくとも孔
    の一端側から挿入係止させて行われている請求項1記載
    のディーゼルエンジン用パティキュレートトラップ。
  3. 【請求項3】 前記碍子が、前記対向濾過面間の距離と
    ほぼ同一高さを有する中間部のくびれた柱状碍子であ
    り、その碍子のヒータに対する取付けが、ヒータに設け
    た切欠き溝付きの穴に碍子の頭部を貫通させて中間のく
    びれ部を前記切欠溝の縁に係止させ、さらに、前記穴に
    対する碍子挿入点への碍子の戻りを、穴縁部に設けた曲
    げ伸しの可能な舌片で阻止して行われている請求項1記
    載のディーゼルエンジン用パティキュレートトラップ。
  4. 【請求項4】 前記碍子が、内径又は外径を前記対向濾
    過面の一方とほぼ同径にしたリング状碍子であり、その
    碍子のヒータに対する取付けが、円筒状にしたヒータの
    内周又は外周に碍子を嵌め、ヒータに対向して設けた切
    り起し爪を碍子の両面に係止させて行われている請求項
    1記載のディーゼルエンジン用パティキュレートトラッ
    プ。
  5. 【請求項5】 ヒータの内面に取付けて内側の濾過面で
    支えるリング状碍子と、ヒータの外面に取付けて外側の
    濾過面で支えるリング状碍子を千鳥状に配置してヒータ
    の2面を保持する請求項4記載のディーゼルエンジン用
    パティキュレートトラップ。
JP7040400A 1995-02-28 1995-02-28 ディーゼルエンジン用パティキュレートトラップ Pending JPH08232642A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998009059A1 (fr) * 1995-02-28 1998-03-05 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Piege a particules pour moteur diesel
CN103827453A (zh) * 2011-09-28 2014-05-28 依米泰克排放技术有限公司 具有至少一个电极的保持器
WO2024058627A1 (ko) * 2022-09-15 2024-03-21 한국기계연구원 전기 히팅되는 촉매 코팅 매연 여과 필터를 포함하는 배출 가스 저감 장치

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