JPS58106114A - 内燃機関の微粒子捕集フイルタ再生用ヒ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、内燃機関の排気ガス通路に設置したフィルタ
部材により捕集された微粒子を燃焼除去してフィルタ部
材を再生させるためのヒータに関するものである。

近年、燃費性能が良いことからディーゼル機関が車両用
機関として使用されるようになってきたが、ガソリン機
関に比べて多量のカーボン微粒子、いわゆるスモークを
排出するため、このスモークの排出量を低減するに有効
な微粒子浄化装置の実現が要求されている。

従来、この−の装置としては機関の排気糸に耐熱性を有
するフィルタ一部材、例えば多孔質セラ之ツタあるいは
メタルファイバーよりなるフィルタ部材を内蔵せしめた
微粒子捕集装置を設置し、フィルタ部材により微粒子を
付着捕集せしめるものがある。しかしながら仁の装置で
は、フィルタ部材表面への微粒子の堆積が進動につれて
フィルタ部材の通気抵抗が増すために機関の出力が低下
したり、粒子の固まりがフィルタ部材表面から脱落し始
め、フィルタ部材としての機能が低下するために適切な
周期で捕集した微粒子をフィルタ部材から除去しフィル
タ部材を再生させる会費がある。

フィルタ部材上に堆積する微粒子はそのほとんどが燃料
成分を含むカーボン粒子で、約５８０°Ｃ以上に加熱す
ることによ塾燃焼除去できることが知られている。ディ
ーゼル機関の排気ガス漏曳はガソリン機関に比べてかな
り低く、高速走行時以外は５８０°Ｃ以上になることは
ないため、排気ガス温度を上昇させてフィルタ部材に匍
果された微粒子を燃焼させる手段を具備せしめることが
提案されている。

例えば米国特許第４２１１０７５号では、フィルタ部材
の上ｔｉＬ側空間に格子状に組んた電気ヒータを設置し
、このと−タにより排気ガスを７Ｊｔｌ熱し、フィルタ
部材に捕、集された微粒子を燃焼せしめる構成としてい
る。しかしながらこの構成では、ヒータにより先ず排気
ガスを加熱し、加熱された排気ガスによりフィルタ部材
および微粒子を加熱することになるため、ピータに加見
られた熱が放射損失によ抄失なわれヤすく、また排気ガ
スの余輩を加熱するので微粒子の燃焼可能な温度に排Ｘ
ガスを加熱するに岐多大の電力を必餐とする問題がある
。

また、フィルタ部材の上流側、即ち排気ガス流入側の端
面またはその近接位置にヒータ線をｍｌＦ＆［配設して
これに通電することにより微粒子を燃焼せしめる試みも
あるが、それぞれのヒータ線の導線が接触する可能性が
あり、また多数のヒータ機の保持や導線の配設がｌ！雑
となり、かつ排気ガスの流量が多い場合には、ヒータ線
の熱が微粒子に有効に伝達されないという問題があった
。

発明者らは先に、このような従来の装置の間一点を解決
し、加熱効率にすぐれ、かつ組付性のよいと−タを具、
偏する微粒子浄化装置として、多数の通孔を形成して通
気性を付与した電気絶縁体基板の表向ま之は内部に、通
電により発熱する薄膜状の発熱体を蒸着、印ｍ◆により
形成したｉｌＥ気ピータｌ’ＴＪｌ／”、このヒータを
フィルタ部材の排気ガス流入側端面部に配設せしめた微
粒子浄化装置を提案した（特願昭５６−７９８・　４１
号）。

発明者らは上記の電気ヒータを備えた微粒子浄化装置に
ついて更に実験一研究を行なった結果、基板としてセラ
ミックを用いた場合、その材料によってはエンジンの急
加速時のビートショック、あるいは通電時のビートショ
ック等により基板にｌｌＩ］れが生じること、また通孔
の基板面積に対する開口率によっては、高速運転時の背
圧上昇により燃費の悪化およびエンジンのトルクダウン
の間１が生じることがわかった。

本発明はこのような間１１を解決することを目的とする
もので、発熱体を保持する基板として２５℃〜７００℃
での熱膨張係数が五〇×１０″″＠／℃以下のセラミッ
ク基板であって、かつ開口率をｇｏ優以上とした基板を
用いることにより、上記の開−が解決されることを確認
したのである。

第１図は本発明のヒータを備えた微粒子浄化装置をその
排気ガス通路に設けた内燃機関排気系の構成図で、Ｘは
内燃機関、４はその排気集合管、６は排気管、ムは微粒
子浄化装置であって、装置ＩＡは主として容器３、その
中に収納されたフィルタ部材２および該部材２の上流側
端間に接合された電気ヒータ１により構成されている。

容器３には、フィルタ部材２の上流および下流の差圧を
検知するための差圧センサ６が取付けである。この差圧
センサ６はｌ１ｌｉｌｌ装置７を介して開閉器８に接続
され、また電気ヒータ１社開閉参〇を介してバッテリー
９に接続されている。

微粒子を含む排気ガスがフィルタ部材２を通過するに伴
い微粒子が捕集される。捕集が進むとフィルタ部材２０
通気抵抗が次第に上昇すること釦より差圧が増す。差圧
が所定値に達して麺玉センサ６によ抄検知されると、制
御装置フからの信号で開閉器８がオンとなり、電気ピー
タ１にバッテリー９から通電される０電気ヒ−タ１が赤
熱してヒータ面やヒータ１に接したフィルタ部材２に付
着している微粒子の燃焼が開始される。電気ヒータ１近
傍の微粒子が燃焼すると燃焼熱は排気ガス流により下流
伽へ送られ、捕集された微粒子は下流佃へと順次燃焼し
除去される。

′嘔気ヒータＩＩｉ第１図ないし第３図に示すように、
はぼ均一に分布する多数の通孔１１１を有する基板１１
の一方の面に１対の膜状の発熱体１２ａ、ｌ！！ｂが蒸
着または印刷によりジグザグ状に形成され、これ等の両
端にリード線１３ａ、　１３’ａ、　１３　ｂ、　ｌ　
３’ｂが接続されている。そしてリード＠１３＆、１３
ｍ１Ｆｉバツテリ９に接続され、１３’ａ、１３’ｂは
アースされており、上記発熱体１２ａ、１２ｂは同時に
、またはそれぞれ所定のタイミングで通電されるように
なっている。更に発熱体１２ｍ、１２ｂを覆うように基
板１１の全面に電気絶縁被筒体１４が印刷あるいはシー
トを極層することにより膜状に形成されている。発熱体
１．２ａ、ｌｌｂとしては白金、パラジウムなどの貴金
属とその合金、モリブデン、タングステンなどの金属や
シリコンカーバイト、ランタンクルマイト、チタンカー
バイト、二珪化モリブデンなどの非金員抵抗体が好適で
ある◇なお図示の実施例では１対の発熱体を用いたが、
単一の発熱体としてもよいし、更に多く分割してもよい
。また、被筒体１４はな゛〈てもよいが、ヒータの耐久
性を増すためには形成した方が好ましい。

基板１１としては電気絶縁性で２５℃〜７００℃での熱
ＩＩＩ！係数が＆　ＯＸ　１　ｏ−’／”ｃ以下のセラ
處ツクよりなり、全面はぼ均一に分布する多数の通孔１
１１を有するものを用いる。通孔の形状は４Ｈｃ限定さ
れない。通孔の数および大吉さも特に限定されないが、
排気ガスの流通が基板１１の一部にかたよらず、全体に
わたって均一に流通するように形成する。

このようＫして基板１１に発熱体１！！１．１２ｂを付
設したと−タ１は、基板をフィルタ部材２の排気ガス流
入側端＃に密着せしめるか、あるいは端面に近いフィル
タ部材内に埋設することにより使用に供される。なおフ
ィルタ部材２は、目の粗さを均一としてもよいが、流入
側端曲部の目の粗さを他より細か−くすれば微粒子の捕
集蓋が多くなり、発熱体による着火が容易となる◇ 次に、基板ＫＮして発明者らの行なった実験結果につい
て説明する。

楠々の熱ｉ張係数に調整したセラミックの基板に、第２
図に示すように１１気ビータを設け、これを１ｇｖの電
源に接続し、１分間通電、４分間冷却を１サイクルとし
て耐久試験を行なった。冷熱サイクルを第４図に示し、
試験結果を下記の表に示す０ 実家結果より耐久性は熱ｔＳ係数に大きく依存し、かつ
５．０　×１０−６　／°ｃ　を越えると急激に耐久性
が低下することがわかった０ ［− ト ［ 次に、基板の開口率と背圧上昇率の関係について試験を
行なった。基板を、２２００　ａｏのディーゼルエンジ
ンの排気管の途中に取付け、運転条件は２０００ｒｐｍ
、ｌ０ｋｇ−ｍとした＠結果を第５図に示す。

図より明かなように開口率が２０ｇ６未満となると背圧
上昇率が急激に大きくなることがわがった。

しかして本発明は膜状の発熱体を基板に一体に形成して
電気ヒータを構成したので、ピータのフィルタ部材への
組付けが極めて容易とな９、かつ浄化装置をコンパクシ
化することができる。

また、ヒータはフィルタ部材と密着しているのでフィル
タ部材に捕集された微粒子を熱効率よく着火せしめるこ
とができ、層大した微粒子の燃焼熱は排気ガスにより後
流へ移送され、フィルタ部材全体の捕集微粒子が燃焼浄
化される。

特に本発明では発熱体を保持するセラミック基板として
２５°Ｃ〜７００°Ｃでの熱膨張係数が５．０ＸＩＯ／
°（以下のものを用いたので、繰返し発熱体に通電して
もヒートショックにより破損が生じることなく耐久性に
すぐれている。

就中、基板の通電糸駅を一敵としてそれぞれに通電する
構成とすると一方の系統に通電されたときに基板に熱Ｗ
＃脹差が生じて破損しやすいのであるが、本発明により
熱願＆係数が＆ＯＸ１０１／　”Ｃ以下の基板を用いる
ことによ抄、かかる破損を防止することができる。更に
基板の通孔開口率を２０ｇ６以上としたので、背圧上昇
によりエンジンにトルクダウン等の悪影響が及はされる
こと社ない。

【図面の簡単な説明】

第１図はヒータを具備する排気ガス微粒子浄化装置を装
備した内燃機関の排気系の構成図、第２図は本発明によ
る微粒子捕集フィルタ再生用ヒータの一実施例を示す正
面図、第３図は第２図のｉｌ−１Ｉ断面崗、第４図はヒ
ータの発熱体の冷熱サイクルを示す図、第５図はヒータ
の発熱体を保持する基板の開口率と内燃機関の背圧上昇
率の関係を示す図である。 Ｉ・・・・・・エンジン ム・・・・・・ｖＰ気ガス微粒子浄化装置ｌ・・・・・
・ヒータ　　１１・・・…基板１２ａ、１５！ｂ・・・
・・・発熱体 １１１・・・・・・通孔　　６・・・・・・排威管第１
図 第３図 発熱イ本温度（０Ｃ） 背ＩＪＪ亭（匍 第１頁の続き ■出　願　人　日本電装株式会社 刈谷市昭和町１丁目１番地 り続袖正ｒ’ｉ　（方式） 昭旧」６フイト１　月３０１１ １、　　＝ｂｌ’ｌのノ、小 昭和６６年特許願第ｊ１０４０５１号 ２　発明ｊン名称 内燃機関の微粒子捕集フイｙり再生用ヒーＩ３、　補止
をする考 用件との関係　　　　　　　　　特許出願人愛知県西尾
市下羽角町岩谷１４書地 （４６９）株式会社日本自動車部品総合研究所代表者　
三田省吾 ４　代理人 〒４５０　ｆ知県名古屋市中村区名駅四丁１４７番２３
号（発送日　昭和６１年Ｓ月３０日） ６・　補止の対象 図　　面 ７、補正の内容 図面を別紙の朱書のように補正します。 背Ｆｔ界亭（ｌ。）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内燃機関の排気ガス通路に排気ガス中の微粒子を捕集す
   るために設置するフィルタ部材において、その排気ガス
   流入側の端面に捕集された微粒子を着火燃焼せしめてフ
   ィルタ部材を再生させるために設ける電鼠と−タであっ
   て、はは均一に分布した多数の通孔を有する電気絶ｓｉ
   性のセラミック基板と、その表面または内部に設けた通
   電により発熱する膜状の発熱体を備え、かつ上記基板の
   ２５℃〜フＯｏ℃での熱＊＊係赦がａｏｘ１ｏ／’Ｃ以
   下であって、上記基板の通孔による開口率が２０％以上
   であることを特徴とする内燃機関の微粒子捕集フィルタ
   再生用ピータ。