JPS6053165B2 - 内燃機関排気吐煙の捕集装置 - Google Patents

内燃機関排気吐煙の捕集装置

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JPS6053165B2
JPS6053165B2 JP56038442A JP3844281A JPS6053165B2 JP S6053165 B2 JPS6053165 B2 JP S6053165B2 JP 56038442 A JP56038442 A JP 56038442A JP 3844281 A JP3844281 A JP 3844281A JP S6053165 B2 JPS6053165 B2 JP S6053165B2
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    • Y10S55/30—Exhaust treatment

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関、例えば、ディーゼルエンジン等の排
気吐煙に含まれる煤等の粒子（以下、パティキュレート
と称す）を捕集焼却するための装置に関するものである
。
従来、パティキュレートの除去方法として、ディーゼル
エンジンの排気系統にセラミックフォーム等のセラミッ
ク多孔質体からなるトラツパを主要素とする捕集装置を
介装し、トラツパによつてパティキュレートを付着して
捕捉する方法が知られている。
このようなパティキュレートの捕捉装置においては、ト
ラツパヘのパティキュレートの付着量が増加するに従い
、排気系統における圧力損失が増大し、エンジンの出力
低下をまねく。こ・のため、例えば車両においては数百
キロメートル走行毎にトラツパを再生する必要がある。
このようなトラツパの再生には、従来より補助バーナ装
置により、トラツパに付着しているパティキュレートを
焼却処理する方法が知られている・が、内燃機関の排気
系統に補助バーナ装置を介装することは望ましくない。
一方電気ヒータを用いてトラツパの排気ガス導入側の端
面のみをパティキュレートの燃焼温度まで加熱し、燃焼
用二次空気を導入してトラツパに付着しているパティキ
ュレートを燃焼せしめ、かつその際生成する燃焼熱によ
り順次トラツパの他端面まで燃焼を伝播させることによ
り、トラツパを再生することが知られている。この電気
ヒタを用いる方式においては、トラツパの導入側の端面
をパティキュレートの燃焼温度（６００℃強）まで加熱
するために要する着火用ヒータの消費電力力が２〜３キ
ロワット必要であり、最大供給可能電力からみて実用に
は大きな困難を伴なう。この発明は上記着火用ヒータの
消費電力を削減するためになされたものであり、小型の
ヒータをトラツパの排気ガス導入側の端面あるいはその
近くに配置し、かつ燃焼空気量を適量とすることにより
空気の流れと垂直方向への燃焼伝播を生じさせ、着火面
積を少なくすることにより、着火用ヒータの消費電力を
低減させるものである。
すなわち、本発明の内燃機関の排気吐煙の捕集装置は、
内燃機関排気吐煙の導入口と導出口を有するケーシング
と、このケーシング内で導入口と導出口の間に介在し、
排気吐煙中の粒子を捕集する多孔質状で耐熱性のトラツ
パと、導入口に面したトラツパの表面またはその近くに
設けられた着火装置とよりなるものであり、着火装置は
、複数個の電気抵抗式ヒータを分散して配置してなると
ともに、電気抵抗式ヒータの加熱面積が０．２〜３ａｉ
であることを特徴とするものである。本発明の捕集装置
のケーシングおよびトラツパーは従来公知の捕集装置の
ケーシングおよびトラツパをそのまま使用することがで
きる。
すなわち、ケーシングとしては単独式のものでも２つ以
上の独立したトラツパをもつ複筒式のものでもよい。ま
たケーシングは排気吐煙の導入口と導出口を具．備する
もので、トラツパの保持体となるものであればよく、形
状その他によつて制約されない。好ましくは従来の捕集
装置のケーシングと同様に、円筒状のように単純な形状
のものが好ましい。ケーシングの材質としては排気吐煙
に対してある程・度の耐食性を有し、製作容易で取り扱
いやすい、鋼等が実際的である。しかし、これに限るも
のではない。トラツパは多数の複雑な貫通孔を具備した
もので、排気吐煙が貫通孔を通る間に、吐煙中のパティ
キュレートが孔の壁面に衝突し、そこに捕捉されるもの
である。
かかるトラツパとしては連通したアワ状のセラミックフ
ォームがある。また直線状の多数の貫通孔をもつセラミ
ックハニカムも知られている。また、トラツパとしては
セラミック繊維を集積、編機、織製したものてもよい。
さらに、ステンレス等の線材にセラミックスを被覆した
ものでもよい。これらは隣接する繊維の隙間がｌ連続し
た孔となる。また、耐火性があれば、特にセラミックに
限られることはない。このトラツパは、その気孔率が６
０〜８５％、気孔の平均直径が２〜４Ｔｆｆｍの範囲に
あると、排気ガス中のパティキュレートを効率よく捕集
でき、排気ガスの圧力損失も生じにくい。
着火装置はトラツパに捕集された煤等の粒子に点火する
ものである。
本発明では着火装置として複数個の加熱面積で０．２〜
３ｃｒ１の電気抵抗式ヒータからなる。各ヒータは排気
吐煙の導入口に面した側のトラツパ表面に接してあるい
はその表面部に埋設して設けられる。ヒータはニクロム
線のような電気抵抗線を渦巻状に曲げたものあるいはジ
グザグ状に折り曲げ隔間のある二次元状のものでよい。
また、トラツパの表面に焼付け等で一体的に固着形成し
た電気抵抗線でもよい。各ヒータの大きさは、排気吐煙
の導入口に面したトラツパの表面と平行な面上（排気吐
煙の流れる方向と垂直な面上）で０．２〜３ｃＴ１の面
積、すなわち加熱面積、を有するものが好ましい。０．
２ｃｆ１以下では着火が困難となる場合がある。
加熱面積は大きくてもよいが３ｃＩｔをこえる場合には
、加熱面積が増加することによる電力の増加に対して、
得られる利益、例えば安定着火の効率あるいは排気吐煙
の流れと垂直な方向への燃焼伝播の増加率が落ちる。電
力の増加がゆるされる場合には、さらに大きな加熱面積
とすることができる。排気吐煙の流れる方向に対するヒ
ータの大きさは特に限定されない。なお、ヒータ自体排
気吐煙中の煤等の捕集体となるものが好ましい。これは
捕集された煤等により着火が容易になるためである。各
ヒータは相互に独立して配置されるのが好ましい。
こう丈ると、各ヒータに電力が集中し、小さな電力で局
部的な高温部を複数個つくることができるので、各ヒー
タの位置においてパテイキユレートへの点火が容易にな
る。なお、着火したトラツパの垂直方向への燃焼伝播速
度はその時の排気ガス流速と大きな相関がある。発明者
等は実験で、排気ガスの代わりに二次空気を用い、空間
速度が約０．３５ｒｒ１／秒と遅い場合には、トラツパ
に付着した煤等の燃焼は空気の流れと垂直方向にも進行
することを確認している。なお、煤等の付着量が多い場
合にはさらに垂直方向への燃焼伝播速度が増大すること
が期待できる。着火時、トラツパに付着した煤の量、排
気ガスの流量、温度等を十分管理できる場合にはヒータ
間の間隔を大きくとることができる。
実際上は０．５ｃＴｎ〜５ＣＷ１の間隔をとるのが好ま
しい。ヒータの通電による加熱は１個づつ順番に加熱す
るのが最大電力を下げるためには好ましい。しかし、全
てのヒータを通電するのに長時間を必要とするため、ヒ
ータを群に分け群ごとに順番に加熱したり、時には全て
のヒータを一度に加熱することもできる。ヒータはトラ
ツパに直接固着することもできるが、ヒータを保持体に
固着し、トラツパに押しつけることもできる。
この場合保持体にはバネ等の弾性体で押圧し一定の力が
保持体、トラツパにかかるようにする。以下、実施例に
示して説明する。
実施例１ 第１実施例を第１図〜第４図に示す。
この内燃機関排気吐煙の捕集装置は独立した２つのトラ
ツパを有する２筒式のもので、この装置は、中央に２個
の円筒状の中央管１２と、その両端に各々位置する蓋１
１，１３よりなるケーシング１と、ケーシング１の中央
管１２内に収納されたトラツパ２、トラツパの一端面に
設けられた着火装置３を主要構成部材とする。ケーシン
グ１は鋼板製で、蓋１１，１３は各々中央先端に開口を
有し、他端は２個のメガネ状開口を有する。蓋１１の中
央先端の開口は排気吐煙の導入口１１１となり、蓋１３
の中央先端の開口は排気吐煙の導出口１３１となる。蓋
１１の内部中央は分離壁１１２て内部空間が２つに分け
られ、分離壁１１２の先端には弁１１３が枢支され弁１
１３を上下に回動させることにより２つの内部空間の１
つを閉じる。この弁１１３により導入口１１１より入る
排気吐煙はいずれかの内部空間に送られる。中央管１２
は外径９４ｗｒｆｎ高さ７『のコージライト質のセラミ
ックフォームよりなるトラツパ２が２個挿入されている
。なおトラツパの外周面と中央管１２の内壁面の間には
無機繊維質の断熱材２１が収納されている。着火装置３
は、線径０．５Ｔｎｆｎのニクロム線を折り曲げて作つ
た（第２図）ヒータ３１と円盤状で軸と平行にまつすぐ
な貫通孔を有するセラミックハニカム製の保持体３２お
よび蓋１１の側部に固定された端子３３よりなる。ヒー
タ３１で作られる円の面積は約１ｃ１ｔであり、この面
積が加熱面積となる。１本のニクロム線で連接した３種
のヒータ３１が作られ１群をなす。
１個のトラツパ２には４群合計１２個のヒータ３１が設
けられている。
各群のヒータ３１のニクロム線の両端は保持体３２の貫
通孔を通り、保持体３２の反体側に伸び各端子３３に結
線されている。保持体３２はヒータ３１とトラツパ２が
当接するように中央管１２に挿入され、最後にリング状
のバネ３４が挿入される。このバネ３４はその一部を第
４図に示すよう外側の円周端が片持ち梁３４１となり、
これら梁３４１が一方に折り曲りバネ作用を奏する。こ
の装置では、これらの梁３４１の先端が蓋１１の一端に
押えられ、その反作用で保持体３２をトラツパ２に押し
つける。ヒータ３１はトラツパ２と保持体３２の間に挾
持されることになる。他方のトラツパ２と着火装置３も
同じ構造をもつ。２個の中央管１２を蓋１１および１３
の開口端にはめこみ固定して、本装置が形成される。
この装置ではヒータ３１が保持体３２に保持さ”れ、バ
ネ３４の力でトラツパ２と保持体３２の間で挾持されて
いるため、ヒータ３１とトラツパ２の接触が維持される
。またバネ３４は中央管１２の内壁面近くに設けられて
いるため、バネ３４には高温の排気吐煙が作用し難くな
つている。この装置を２２００ｃｃのディーゼルエンジ
ンに取りつけ、排気吐煙中のパティキュレート除去実験
を行なつた。なお、弁１１３の位置を第１図の位置とし
、エンジン回転数２０００ＲＰＭの定速運転を行なつた
。運転開始直後のトラツパ２による圧力損ｌ失は約４０
ｗｎＨｙであつた。これを１時間連続運転したところ圧
力損失は約１１０Ｔｎ！ＮＨｑまで増大した。そこでエ
ンジンの運転条件をアイドリング（約８００ＲＰＭ）と
し、つ弁１１３を回動し排気吐煙の大部分を他のトラツ
パ２に送るようにした。なお、この時の２つのトラツパ
２に送られる排気吐煙の流量比は約４：１であり、計算
上以前に主として排気吐煙を送られたトラツパ２の空間
速度は約０．１５ｒｎ／秒であつた。次に、このトラツ
パ２の１２個のヒータ３１に発電機から１４Ｖの電圧を
２０秒間印加して電源を切つた。トラツパ２のＰ，Ｑ，
Ｒの点に熱電対をおき、温度をモニターした結果を第５
図に示す。トラツパ２の燃焼は約礼秒で完了した。なお
、着火に使用した電力は１２個のヒータ３１合計で３０
０Ｗであつた。次に弁１１３の位置を第１図に示す位置
と完全に逆にして、前とまつたく同じ操作を行なつた。
しかる後弁１１３を第１図に示す位置に戻したエンジン
回転数を２０００ＲＰＭにあげたところ圧力損失は約５
０ＴｓｎＨｙまで回復した。更に同じ運転、再生を繰り
返したが、再生後の圧力損失は５０ｍＨｙ前後でほぼ一
定であつた。なお、比較のために第６図に示す線径１Ｔ
！Ｆｌｔの螺旋形ヒータ３５を取りつけ他の部分は本実
施例の装置とまつたく同一の装置を作つた。
次に、この比較のための装置を同様に排気量２２００ｃ
ｃのディーゼルエンジンに取りつけ、本実施例と同様の
試験をした。
この比較試験では、トラツパの着火ができなかつた。な
お通電した電圧は同じ１４Ｖ１通電時間は２＠である。
この時のヒータ３５での消費電力は約３２０Ｗであつた
。別電源により印加電圧を高くしたところ２１Ｖ印加時
に実施例１とほＳ゛同様の付着パティキュレートの燃焼
伝播が生じた。この時のヒータ３５の消費電力は約７４
０Ｗであり、再生後の圧力損失は約４５ＷＩ！ＥＨｙで
あつた。実施例２ 第２実施例を第７図に示す。
この装置は、実施例１の中央管１２を１個としたもので
、弁１１３を用いないところに長所がある。すなわち、
この；装置は実施例１の蓋１１，１３に代え、ロード状
の蓋１４，１５とするとともに、ヒータ３１０を（９）
個使用した。このヒータ３１０を第８図、第９図に示す
ごとく線径０．３Ｗｒ！ｎ１ヒータ径１２ｗｒ！ｎとし
リード線に、径４０．５７ｆｆｍのニッケル線を熔接し
た。
なお、このヒータ３１０は個々に電源の入切ができるよ
うにした。すなわち、ヒータ３１０の１個あたりの消費
電力が１４Ｖ印加時に約３０Ｗになるようにした。この
装置を排気量２２００ｃｃのディーゼルエンジンの排気
管につなぎ、このエンジンを２０００ＲＰＭトルクＫ９
ｍ′ｃ′丘時間連続運転した。これによりトラツパによ
る圧力損失は約３０！！ＮＨｙから１０−Ｈｙに上昇し
た。この時エンジンをアイドリング（約８００ＲＰＭ）
状態とし、かつ吸気口をしぼつて通気量を約３００′／
Ｍｊｎ（約１／３にしぼる）とし、直ちに３帽のヒータ
３１０全て一度に電流を印加した。端子電圧が約１１Ｖ
まで低下したので通電時）間を２５８間とした。付着パ
ティキュレートは燃焼し、温度モニターの結果約（社）
秒でトラツパーは再生することができた。この時のヒー
タ消費電力は約８５０Ｗであつた。また再生後の圧力損
失は４０ｗｎＨｙ弱であつた。第２実施例の装置を用い
、各ヒータ３１０を１個づつ５秒間隔で順次通電した。
なお各ヒータの通電時間は２鰍とした。これによつても
トラツパの着火は可能であり、トラツパの再生ができた
。なお参考までに、中央部のヒータ１個にのみ通電゛し
て着火した場合のトラツパの燃焼状態を第１０図、第１
１図に示す。この場合、気体として空気を用いた。第１
０図は空気の流速が０．３５ｎ１／秒、第１１図は０．
７ｍ／秒の場合である。第１０図、第１１図中斜線の部
分が燃えなかつたトラツパの部分を示す。なお、この装
置のヒータをヒータ径を８顛、ヒータ数６陥のものと代
えて同様に再生実験を行なつたが、消費電力はほＳ゛同
一であり、圧力損失の回復もごくわずかにすぐれている
程度でほとんど差がなかつた。
【図面の簡単な説明】
第１図ないし第４図は実施例１の装置を示すもので、第
１図は装置全体の横断面図、第２図はトラツパ面の拡大
図、第３図はトラツパ面を示す縦断面図、第４図はバネ
の部分図、第５図は第１図に示す点Ｐ，Ｑ，Ｒ位置での
着火経過時間と温度の関係を示す線図、第６図は参考と
した装置のヒータを示す縦断面図、第７図ないし第９図
は実施例２の装置を示すもので、第７図は装置全体の横
断面図、第８図はヒータを示す縦断面図、第９図は第８
図の拡大図、第１０図および第１１図は空気流速の程度
によりトラツパの燃焼伝播を示す図である。 図中、符号１はケーシング、２はトラツパ、８は着火装
置を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関排気吐煙の導入口と導出口とを有するケー
    シングと、このケーシング内で導入口と導出口の間に介
    在し、排気吐煙中の粒子を捕集する多孔質状で耐熱性の
    トラツパと、導入口に面したトラツパの表面またはその
    近くに設けられた着火装置とよりならる内燃機関排気吐
    煙の捕集装置において、着火装置は、複数個の電気抵抗
    式ヒータを分散して配置してなるとともに、電気抵抗式
    ヒータの加熱面積が０．２〜３ｃｍ＾２であることを特
    徴とする内燃機関排気吐煙の捕集装置。 ２ 複数個の電気抵抗式ヒータは個単位あるいは群単位
    で他の個あるいは群と独立して通電可能とした特許請求
    の範囲第１項記載の捕集装置。 ３ 電気抵抗式ヒータは導入口に面したトラツパの表面
    またはその近くにほぼ均等に配置されている特許請求の
    範囲第１項記載の捕集装置。 ４ 電気抵抗式ヒータはトラツパの表面部に固定され、
    トラツパと一体化している特許請求の範囲第１項記載の
    捕集装置。 ５ 導入口に面したトラツパの表面には弾性体が設けら
    れており、電気抵抗式ヒータはトラツパの表面と弾性体
    の間に設けられ、弾性力によりトラツパの表面に押圧れ
    ている特許請求の範囲第１項記載の捕集装置。 ６ 電気抵抗式ヒータは軸と平行にハニカム状の多数の
    孔を有する円盤状保持体の表面に固定され、この電気抵
    抗式ヒータが保持された面がトラッパに当接し、弾性体
    により押圧されている特許請求の範囲第１項記載の捕集
    装置。
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