JPS59516A - デイ−ゼル機関の排気微粒子捕集装置 - 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、ディーピル内燃機関用の微粒子捕集装置であ
って、特に、微粒子を着火燃焼させて捕集部材の再生を
行うための電気的加熱手段を有するものに関する。

、ディーゼル内燃機関より排出される排気ガス中に含ま
れる未燃カーボン微粒子はガソリン機関等に比較すると
１００倍近くの量に達する。加えてディーゼル車は近年
増加の傾向にあることから。

未燃カーボン微粒子の低減のための早急な対策を講する
必要が出て来ている。その１つとして、セラミックスの
多孔質構造体にりなるフィルタで未燃カーボン微粒子を
捕集して排気ガスを浄化する方法が公知である。この方
法では車両の走行距卸の増大と共にカーボンの堆積が進
み、それに伴って圧力損失が増加りるので、何んらかの
方法でこの堆積したカーボン微粒子を除去し、フィルタ
（セラミック多孔１１体）を再生づ−る必要があること
も知られている。すなわち、フィルタ表面への微粒子の
堆積が進むと、フィルタの通気抵抗が増大して機関の出
力が低下したり、微粒子のかたまりがフィルタ表面から
脱落し始めでフィルタとしての機能が低下する。このよ
うにフィルタ上に堆積する微粒子は、そのほとんどが若
干の燃料成分を含むカーボン粒子であるために、約５８
０℃以上に加熱ずれば、燃焼させて除去することができ
るが、ディーゼル機関の排気ガス温度はガソリン機関等
に比べかなり低く、高速走行時以外は排気ガス温度が５
８０℃以上になることはない。従って微粒子を除去する
ための特別な対策が必要となる。

しかして、排気ガス温度を上昇さけて微粒子を燃焼させ
るだめの手段として、絞り弁により機関の吸入空゛気量
を減少さぜることにより空気ｍに対する燃料の割合を高
め、もって排気カス温度を昇温する方法が提案されてい
る。しかしながらこの方法を用いても例えば市街地走行
時程度の運転条件では排気ガスを十分昇温することはむ
ずかしい。

一方、米国特許４２１１０７５号明細書には、この様な
場合でも排気ガス温度を昇温できる様に。

フィルタ部材の上流側に格子状に組んだ電気ヒータを配
設し、このヒータにより排気ガスを加熱リ−ることが提
案されている。

しかし、この公知のものでは、フィルタの上流側空間に
電気ヒータを設置し、電気ヒータによりまず排気ガスを
加熱し、加熱されｔ＝　７７１気ガスによりフィルタ部
材及び微粒子を加熱することにしているので、電気ヒー
タに加えた熱が放射損失により失われやリフ、また排気
ガスの仝吊を加熱しな（）れはならないため、微粒子を
燃焼可能なほどに加熱するには極めて多大な電力を必要
とする。また、炭素微粒子捕集量はフィルタ部材の上流
側端面で最大ではないので、上記手段では、＠火が困難
である。またフィルタ部材の上流側端面に設置された電
気ヒータは２機械的振動に極めて弱いという欠点を右り
−る。

本発明は、このような従来の欠点を解消覆るためになさ
れたちので、排気ガスの流入端面１）ｒ　＋らの端面に
垂直な距１ｔｌｌｌに対りるフィルタ部材内部の微粒子
捕集密度の分布においで、密度が最大となる位置に溝を
設りこの溝に電気ヒータを配設づることにより、着火効
率及び燃焼効率を高くし、電気ヒータの放射損失を低減
すると共に機械的振動による電気ヒータの脱落及び機械
的強度の劣化を防止しようとしたものである。

即ち本発明は、機関からの排気ガス中の微粒子を捕集す
るフィルタ部材と、捕集された微粒子を加熱して燃焼さ
せるための電気ヒータとを備えた排気微粒子捕集装置で
あって、前記フィルタ部材の本体の端面から該本体の内
部方向に深さを有する有底の溝を形成し、電気ヒータを
上記溝内に溝の底面に接して配設し、前記溝を、固定部
材で封止することにより、排気ガスの流入端面からの端
面に垂直な距離に対するフィルタ部材内部の微粒子捕集
密度の分布において、微粒子捕集密度が最大になる位置
に電気ヒータが配設されることを特徴とする微粒子捕集
装置からなる。

さらに本発明の望ましい実ＩＭ態様は、電気ヒータを複
数の並列回路に構成し、順次一定時間づつ通電制御する
ことにより１着火位置を順次移動させ、もって小電力で
着火燃焼しようとするものである。

以下、本発明を図示の実施例に従って説明する。

第１図において１本発明に係る微粒子捕集装置△は内燃
機関特にディじル機関１の排気集合管２に接続される。

この装置Ａは排気集合管２に連通する１ノ１気ガス流入
口３ａ及び同流出［１３ｂを持った金属製′の容器３を
具備し、その内部に微粒子捕集用のフィルタ部材４と、
このフィルタ部材内に溝を設けてこれに挿着されＩこ電
気ヒータ５とを有する。電気ヒータ５はフィルタ部材４
に捕集された微粒子を燃焼させてフィルタ部材を再生す
るためのものＣ，バラブリ６による通電が制御回路７に
より制御される。制御回路７には、フィルタ部材４の圧
力損失を測定する差圧センナ８からの１３号及び機関の
回転数を検出づる回転数セン９９からの信号が入力され
る。

機関１からの排気カスは流入口３ａから捕集装置Δの容
器３内に流入し、フィルタ部材１を通過して流出口３ｂ
より流出する。排気ガスがフィルタ部材４を通過する際
、同４７１気ガス中の微粒子はフィルタ部材上に捕集さ
れ、除去される。

微粒子の捕集が進んでフィルタ部材４０通気抵抗が増大
すると、差圧センサ８がそれに応じた信号を出す。差圧
センサ８が検知するフィルタ部材の上流側、下流側の圧
力差は機関回転数に依存しても変化する。そこで制御回
路７は差圧センサ８からの信号と回転数センサ９からの
信号とから。

フィルタ部材４の真の通気抵抗、すなわち微粒子の捕集
密度を求め、それが所定量に達すると、電気ヒータ５へ
の通電を開始する。これによりヒータ５は赤熱し、微粒
子（カーボンを主体とする）を燃焼し得る温度まで温度
上昇１゛る。

この電気ヒータ５の赤熱化により、微粒子は加熱され、
燃焼する。燃焼は電気ヒータ５の挿着部分から始まり、
排気ガス上流側へ燃焼が拡大すると共に、排気ガスの流
れに沿って発熱した熱量が排気ガス下流側へ伝達される
ので、排気ガス下流側へ効率良く燃焼が拡大する。よっ
て電気ヒータを上流側端面近傍の微粒子密度が最大なる
位置に挿着しておけば１着火が容易になると共に、フィ
ルタ部材全域に波って効率良く燃焼を拡大し、捕集され
た微粒子を除去することができる。この微粒子の除去に
よりフィルタ部材４が再生され１通気抵抗が低減づ−る
と、ヒータ５への通電は停止される。

本発明では、電気ヒータ５をフィルタ部４７１４の内部
に挿着しているので、ヒータ５の加熱時にお【ノる放射
損失等の熱損失が少ない。この結果、少ない電力でフィ
ルタ部材４を再生することができる。また、電気ヒータ
ーをフィルタ部材４に捕集された微粒子密度が最大にな
る位置に挿着しているので着火及び燃焼の効率が良い。

また、電気ヒータは、フィルタ部材の内部に完全に固定
し挿着されているので機械的強度を大きくりることもで
きる。

次に１本発明装置の具体的構成を、いくつかの実施例に
基づき説明する。

第１実施例を示ノー第２図〜第４図において金属製容器
３は２つの容器部片３０．３ｏ−の端部どうしをプレス
でかしめイｖｌ’　Ｌプることにより構成された２分割
型で、断面の形状は、オーバル形又は円形をしでいる。

この容器３の上流端、下流端は絞られて排気ガスの流入
口３ａ、流出［ｌ　３　ｂをそれぞれ構成する。

上記容器３の内側には熱的クッション材としての耐熱性
を有する金属製ワイヤネット３１が配設され、フィルタ
部材４がその内側に配設される。

フィルタ部材４は３次元網目状の多孔質ヒラミックから
なり、ワイヤネット３１と接するフィルタ部材４の側外
周は、目の細い多孔質セラミックよりなる強度部材１！
Ｉ３でおＬｉ２われ、保護されている。

上記フィルタ部材４は、容器３の内面に固定された固定
板３２と当接して、下流側への移動が阻止される。ワイ
ヤネッ１−３１と固定板３２との間には耐熱性のシール
部材３３が配設され、排気ガスの全てがフィルタ部材４
の内部を通過するようになされる。フィルタ部材４の多
孔質セラミックスの目の粗さの程度は、フィルタ部材４
の軸方向の長さ、軸に対する垂直断面積を考慮し、カー
ボン微粒子が十分に捕集されしかも通気抵抗が極度に大
きくならない様に適切にｉＨ定される。〜般には、＃５
〜＃１７程度が使用されうるが、必ずしもこの範囲に限
定されない。フィルタ部材４は、フィルタ部材本体４０
とそれに接合（る固定部材４２どからなる。フィルタ部
材本体４０はその端面に電気ヒータ５が挿着できる溝６
０が第３図に示すように設（］られでいる。第３図はフ
ィルタ部材本体４０と固定部材４２どの接合面からフィ
ルタ部材本体４０側をみた断面図Ｃある。上記の溝６０
に沿って電気ヒータを配設した後、所定の厚さを右する
固定部材４２をフィルタ部材本体４０に接着する。上記
の固定部材４２の厚さは、次の様にして決定される。

第５図＜（３）は２本実施例で使用したフィルタ部材（
直径ｉ２にｍ、長さ１５　ｃ　ｒｎの円柱状、目の粗さ
＃８）におけるカーボン微粒子捕集密度の長さ方向の変
化の様子を示ずグラフＣある。これによれば、上流側端
面より長さ方向”＋ｃｍの位置でカーボン捕集密度が最
大になっていることが分る。又最大密度を示す位置は、
第５図（ｂ）に示ずようにフィルタ部材４の目の粗さに
依存し＃１３〜＃５のとき０．３ｃｍ〜３ｃｍである。

この様に、カーボンの捕集密度が最大になる位置をフィ
ルタの目の粗さに応じて、実験により決定することがで
き、最大密度を示す位置（端面から約０゜３ｃｍ〜３ｃ
ｍの間）に、電気ヒータ５が挿着されるように固定部材
の厚さを選定すれば良い。例えばフィルタの目の粗さが
＃１３のときは約０゜３ｍｍにフィルタの目の粗さが＃
８のときは約１ｃｍにフィルタの目の粗さが＃５のとき
は約３ｃｍに選定すれば良い。

固定部材４２はフィルタ部材本体４０ど同一の目の粗さ
で構成されており、セラミック系の耐熱接着剤によって
フィルタ部材本体４０の端面に接着固定される。

ヒータ線５の両端はフィルタ部材本体４０の側面を貫通
して端子部５０のターミナル５１．５２に接続され、こ
れを介して制御回路７（第１図）と接続される。ヒータ
線５０両端部は、その際。

小さな輪をなすよう曲げられて応力吸収部５ａが設（プ
られ、振動等によってもヒータ線５及びそのターミナル
５１．５２との接続部が断線しないようになされる。端
子部５０においては、第４図に示す通り、基体５３が容
器３の外面上に溶接により固定され、その内側に絶縁体
５４を介してターミナル５１．５２が配設される。そし
て、絶縁材よりなるパツキン５５が装設され、カバー５
６がビス５７にて基体５３に固定される。

次に上記フィルタ部材本体４０をなづ多孔Ｍ　セラミッ
クスの製法を述べる。最終形状に対して焼成時の収縮率
を見込んだセラミックスと同一の形状の３次元網状骨格
をもつ有機化合物を作成する。

この有機化合物はウレタンフオーム等の発泡性有機物を
成形型の中で発泡させて作成する。第６図は成形型７０
の蓋部７１の平面図である。蓋部７１は有機化合物の成
形体に溝を作るための突起部７４を配設しでａ３す、上
記突起部７４は溝に対応した形状に作成されている。そ
して蓋部７１の平板には連通孔７５．７６が設【プられ
ている。第７図は成形型の中央ｖｉ　−Ｖ［断面図であ
る。蓋部７１は容器部７０に連通孔７６を通して容器部
７０の側壁に設けられたネジ穴７７にビス７８を螺着し
て取りはずし自在に結合される。この様に構成された成
形型７０の内壁に予じめ離形剤を塗布しておき成形型の
キャビティ７３に有機化合物発泡体原料を注入し、成形
型内部で発泡させる。蓋部７１に設けられた連通孔７５
は余分な有機化合物発泡体の除去、及び発泡時の空気抜
きの作用をする。

発泡完了後、必要に応じて適当な温度□で適当な時間加
熱して有機化合物発泡体を硬化させ、成形型から取ＩＤ
　ｆｆｌ　ｊ’。こうして１ｑた有機化合物発泡体はｔ
１躾でできた細胞壁を有しているためこれを他の適当な
容器に入れ可燃性ガス（プロパンガス、水素等）と酸素
あるいは空気を容器内に導入し火花点火し細胞壁を燃焼
除去させた。次にこの様にして得られた有機化合物発泡
体の成形体にセラミックスラリ−を含浸し乾燥させ、そ
の後、これを焼成する。

含浸処理では、コージライトを主成分とす゛る。粉末と
水とポリビニルアルコールとを混合撹拌してなるスラリ
ーの中に前配索材を浸漬し、余分なスラリーを除いた後
、適当な温度（ここでは１００〜１２０℃）で適当な時
間だけ乾燥させ、この浸漬、乾燥を数回くり返づ。

さらにフィルタ部材本体４０の側面に強度部材４３を形
成づるには、非常に細い多孔質体となる２〜３　ｍｒｎ
程度の厚さの合成樹脂発泡体のシート状素材を乾燥処理
を施こした上記の素材の側周に巻き付番ノその後これに
含浸、乾燥処理を行い、適当な温度（１３００−１４７
０℃程度）で適当な時間（約５時間）焼成り−る。

以上の方法によって、フィルタ部材本体４０及び強麿部
ＨＡ　７Ｉ３が一体として作成される。また固定部材４
２を製造するには上記と同様な手段によって有機化合物
発泡体を固定部材４２に対応した形状に型成形して、こ
れに上記と同−原料のセラミックスラリ−を含浸乾燥し
焼成すれば良い。

本実施例において、電気ヒータにニクロム線を、使用し
ているが、これは、セラミックヒータたとえばＳｉＣ，
ＭｏＳｉ　ｔ、Ｔｉ　Ｃ−Ａｌ　２０３を用いてもよい
。これによればニクロム線等の金属性発熱体よりすぐれ
た耐久性が得られる。電気ヒータを配設するための溝の
形状は本実施例の如き波形に限らず任意の形状にするこ
とができる。

次に第２実施例を説明する。

第８図はフィルタの端面に垂直な軸方向の断面図である
。セラミックヒータ５を挿着するための溝６０の深さは
、カーボン捕集密度が最大となる位置の端面からの距離
に等しく、選定されている。

そのためこの溝にセラミックヒータ５を挿着すれば、カ
ーボンの挿着密度が最大となる位置にセラミックヒータ
５が配設されることになる。次に溝６０の形状に対応し
た固定部Ｕ　４２　ａを耐熱性のセラミック接着剤を用
いて溝内に挿着固定する。

本発明では溝の形状は任意であって上述のものに限定さ
れない。たとえば矩形状の溝に複数個の往復する波形に
した電気ヒータを挿着してもよい。

また電気ヒータ５の端子の取り出しは、端面から取り出
してもよく又側面から取り出しても良い。

次に第３実施例を示す。第９図に承りように電気ヒータ
５を複数の回路に構成しタイマー８０とリレー８１の作
動によって１回路ずつ順次作動させる様にしたものであ
る。この方法によれば、小電力で局部的に加熱すること
ができ、しかも着火点がリレー８１によって移動しうろ
ことから、小電力で着火しうる。このため電力の節減を
図ることができる。

以上説明した本発明装置によれば、フィルタ部材の内部
に設けられた溝に電気ヒータが挿着しであるの−Ｃ、カ
ーボンを直接加熱覆ることができ、燃焼効率が良い。ま
た電気ヒータは内部に完全に固定されているので機械的
強度が強い。また電気ヒータはカーボンの捕集密度が最
大となる位置に設りられているので着火効率及び燃焼効
率が良く小電力で容易に着火できフィルタ部材を再生す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の仝休の構成図、第２図は本発明装
置の第１実施例を示Ｊ断面正面図、第３図は第２図のｍ
ａ−ｍｂ断面図、第４図は端子部の断面正面図、第５図
（ａ　）はカーボン捕集密度とフィルタ部材上流端面か
らの距離との関係図。 第５図（ｂ　）はフィルタ部材の目の粗さとカーボン捕
集密度が最大どなる位置との関係を示す関係図、第６図
は成形型の蓋部の平面図、第７図は成形型の組立てを示
した断面図、第８図は第２実施例におけるフィルタの断
面図、第９図は第３実施例にお【プる電気ヒータ回路の
構成配線図。 １・・・機関、４・・・フィルタ部材、４ｏ・・・フィ
ルタ部材本体、４２．４２ａ・・・固定部材、６ｏ・・
・溝、５・・・電気ヒータ、７０・・・容器部、７１・
・・蓋部、７４・・・蓋部突起部 特許出願人　　　日本電装　株式会社 代　　理　　人　　　　　弁理士　　大　　川　　宏手
続補正書（方式） 昭和５８年８月２日 特許庁長官　若杉和夫　殿 １、事件の表示 昭和６７年特許願第０３９７９０号 ２、発明の名称 ディーゼル機関の排気微粒子捕集装置 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 （４２Ｂ）日本電装株式会社会社 代表者　戸　１）憲　吾 ４、代理人 〒４５０愛知−名古屋市中村区名駅３ 丁目３番の４ 児玉ビル（電話０５２−５８３−９７２０）５、補正命
令の日付 昭和５８年７月６日 （発送日昭和６８年７月２６日） ６、補正の対象 明細書の発明の名称の欄 ７、補正の内容 明細書の第１頁の３行目にある「ディーゼル機関の微粒
子捕集装置」とあるを「ディーゼル機関の排気微粒子捕
集装置」と訂正いたします。 以上

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　８３１関からの排気ガス中の微粒子を捕集する
   フィルタ部材と、捕集された微粒子を加熱して燃焼させ
   るための電気ヒータとを備えた排気微粒子捕集装置であ
   って、前記フィルタ部材の本体の端面から該本体の内部
   方向に深さを有する有底の溝を形成し、電気ヒータを上
   記溝内に溝の底面に接して配設し、前記溝を、固定部材
   で封止することにより、排気ガスの流入端面からの端面
   に垂直な距離に対するフィルタ部材内部の微粒子捕集密
   度の分布において、微粒子捕集密度が最大になる位置に
   電気ヒータが配設されることを特徴とする微粒子捕集装
   置。
2. （２）前記電気ヒータを２以上の並列回路に構成し、順
   次通電制御することを特徴とする特許請求のｔ！囲第１
   項記載の微粒子捕集装置。