JPS6275010A - エンジンの排気微粒子捕集浄化装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ディーゼルエンジン等の排ガス中に含まれる
微粒子をフィルタにより捕集し、かつこの捕集した微粒
子を燃焼させるようにした、いイ〕ゆるディーゼルパー
ティキューレート処理に使用されるエンジンの排気微粒
子捕集浄化装置に関する。

〔従来の技術〕

例えば、ディーゼルエンジンなどの内燃機関の排ガス中
には、カーボンや炭化水素を主体とした微粒子が含まれ
ており、この排ガスを浄化するため、排ガス系にセラミ
ックス製のハニカム構造体あるいは、セラミック発泡構
造体よりなる耐熱性フィルタを設置して」−記微粒子を
捕集する手段が採用されている。しかし、このようなフ
ィルタは、捕集した微粒子により目詰まりを生じ、排気
流れの抵抗を増大させ、エンジン出力の低下を招くよう
になる。

このようなフィルタの目詰まりを防止するため、フィル
タの上流側に電気ヒータを備えた加熱装置を配置し、こ
の電熱により微粒子を燃焼させる手段が採用されている
。

」１記電気ヒータはフィルタを再生浄化するので再生加
熱用ヒータと称されており、この種の再生加熱用ヒータ
としては、排ガスの非常な高温にさらされるため耐熱性
、耐酸化性に優れた、導電性セラミック索子ヒータが採
用されている。

−上記導電性セラミック素子ヒータは、例えば略■字形
に形成されており、その両端に電極を形成してあり、こ
の電極間に電圧を加えて通電することによりこの導電性
セラミック素子ヒータ発熱させ、これによりフィルタに
捕集された微粒子を燃焼させるものである。なお、この
場合、通常は消費電力を節減するため複数個の導電性セ
ラミック素子ヒータに間欠的に、しかも順次通電して発
熱させるようにしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、上記各ヒータに通電するための電極は、導電
性セラミック素子ヒータをメタライズしてこのに金属電
極を圧着したり、金属電極をろう付けする等の手段で形
成されている。しかしながら、いずれの構造の電極であ
っても、最大８００００〜９００℃もの高温となる排ガ
ス中にさらされるため、この電極が早期に酸化し、短寿
命になる不具合がある。

本発明は、導電性セラミック索子ヒータにおける電極部
の酸化を防止し、長寿命となるエンジンの排気微粒子捕
集浄化装置を提供しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、ヒータケースに、導電性セラミック素子ヒー
タの電極部に通じる冷却空気導入通路を形成し、この冷
却空気導入通路に空気供給手段を接続したことを特徴と
する。

〔作用〕

このような構成によると、電極部は空気供給手段により
供給された空気によって強制的に冷却されるので、酸化
が防止され、長寿命となる。

〔発明の実施例〕　。

以下本発明の詳細を、図面に示す実施例にもとづき説明
する。

第１図ないし第６図は本発明の第１実施例を示すもので
、第６図に粒子捕集浄化装置の全体の構成を示しである
ので、まずこれから説明する。

微粒子捕集浄化装置は、フィルタケースｌと、フィルタ
２、フィルタ２の排ガス上流側に接して設けられた加熱
装置３および排ガス導入管４を主な構成要素とする。

フィルタケース１は、円筒状の鋳物製で、一端にフラン
ジ５を備えるとともに、他端に排ガス排出管６を一体に
有する。この排ガス排出管６の端部にはフランジ７を形
成しである。

フィルタ２は、フィルタケースｌ内に断熱クッション材
８および断熱シール材９、ＩＯを介して充填されている
。このフィルタ２は、たとえばコージェライト質の多孔
質発泡セラミックスからなる。

排ガス導入管４は一端に排ガス流入口１１を備え、両端
にそれぞれフランジ１２．１３を備えている。

加熱装置３は、上記フィルタケースｌのフラン＝　５− ジ５と、−Ｉ−記排ガス導入管４のフランジＩ２の間に
シール材１４．　１５を介して挟持されている。

なお、フィルタケース１の排ガス排出管６に設けられた
フランジ７および排ガス導入管４のフランジ１３は、そ
れぞれ図示しないエンジンの排気管に接続され、排ガス
が矢印Ａ方向に流れるようになっている。

上記加熱装置３の構造は第１図ないし第５図に示され、
以下これについて説明する。

加熱装置３は、ヒータケース２０と、少なくとも１個、
たとえば４個の導電性セラミック素子ヒータ２１・・・
と、上記ヒータケース２０との間で導電性セラミック素
子ヒータ２１・・・を保持するホルダーリング２２と、
スクリューキャップ２３およびこのスクリューキャップ
２３とヒータケース２０の間に介挿された絶縁リング２
４とで構成されている。

各導電性セラミック素子ヒータ２１・・・は、フィルタ
２の上流側端面を略扇形に均等に分割した部分に配置さ
れ、これら導電性セラミック素子ヒータ２１は、それぞ
れ平面路■字形状を成している。この■字型の両端部に
は電極２４ａ　、　２４ｂが各々ろう旬けにより接合さ
れている。この場合、本実施例においては、第２図およ
び第３図に示すように、各電極２４ａ　、　２４１）は
、図示の］１方に向かって突出されている。

そして導電性セラミック索子ヒータ２１・・・は、−上
記電極２４ａ　、　２４ｂに連なるＶ字状の部分が発熱
部となっており、■字形部分に囲まれた箇所は排ガスが
通過できるようになっている。

なお、−１−記導電性セラミック素子ヒータ２１・・・
は以下のようにして作ることができる。すなわち、例え
ば、ＴｉＮ粉末粉末３置 重量％とを、ポリビニルブチラールとジブチルフタレー
トとエタノールよりなる有機物バインダに分散させてス
ラリーを作り、このスラリーをドクターブレード法によ
り板状に成形し、これを打抜法により所定形状に加工し
た後、窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気中で１７５０℃
程度の温度で約１　　２時間加熱焼成することにより得
られる。

このような構造の−上記導電性セラミック素子ヒータ２
１・・・は、両端部が」二連したヒータケース２０に支
持され、その発熱部が排気通路の中心部に向かって、排
ガスの流れに垂直となるように配置される。したがって
各導電性セラミック索子ヒータ２１・・・は排気通路の
周方向に間隔を存して配置される。

この場合、隣接する発熱部相互間に隙間が形成され、こ
れら隙間と、上記■字形部分に囲まれた部分とにより、
排ガスの通過を許す通路が確保される。

しかして、導電性セラミック索子ヒータ２１・・・をヒ
ータケース２０に取付ける構造について説明する。

ヒータケース２０は例えば鋳鉄よりなるリング形をなし
ており、その周囲の１箇所に端子取付は部２５が形成さ
れているとともに、同じく周囲の互いに対向する２か所
に冷却空気取入れ部２６が形成されている。

また、ヒータケース２０には、第２図および第３図に示
す図示の一Ｌ下方向の中間部には中心方向に向かって伸
びるリング形の張り出し部２７が形成されており、かつ
」一部内周面に全周に亙って雌ねじ部２８が設けられて
いる。

上記張り出し部２７の図示下面には、スピネル、アルミ
ナ等のセラミック溶射による絶縁被膜２９が形成されて
いるとともに、この張り出し部２７には、周方向に離間
して、前記電極２４ａ　、　２４＋）が挿通される挿通
孔３０ａ・・・、３０ｂ・・・が設けられている。

一方の挿通孔３０ａ・・・は、これに挿入される電極２
４ａか挿通孔３０ａの内面に接触しないように、電極２
４ａの太さよりも充分に大きな径を有しており、他方の
挿通孔３０ｂ・・・は、これに挿入される電極２４１）
か嵌挿される大きさを有している。そして、」−記一方
の電極２４ａは挿通孔３０ａを遊挿されており、その上
端にニッケル製のリード線３１が溶接されており、プラ
ス電極となっているとともに、他方の電極２４ｂは挿通
孔８０ｂを嵌挿され、張り出し部２７に溶接されてアー
ス電極をなしている。

このため、一方の電極２４ａは張り出し部２７に対し電
気的に絶縁されており、他方の電極２４ｂは張り出し部
２７に対し固定されている。

−上記導電性セラミック素子ヒータ２１・・・は、上記
ヒータケース２０の張り出し部２７と、この張り出し部
２７の下部に位置してこのヒータケース２０に固定され
たホルダーリング２２との間に挟持されている。

ホルダーリング２２は金属製であり、ヒータケース２０
に対して図示しないボルトにより取付けられている。ホ
ルダーリング２２の上面にはスピネル、アルミナ等のセ
ラミック溶射による絶縁被膜３２が形成されているとと
もに、前記各電極２４ａ　、　２４ｂと対向すべく周方
向に離間して、凹部３３・・・が設けられている。

これら各凹部３３・・・には、クッション材３４および
このクッション材３４を覆う絶縁セラミック製の絶縁キ
ャップ３５が収容される。

−１−記導電性セラミック素子ヒータ２ト・・の下面は
上記絶縁キャップ３５に当接しており、（７たがってこ
れら導電性セラミック素子ヒータ２１・・・は、実質的
に張り出し部２７と上記絶縁キャップ３５の間に挾持さ
れている。

ヒータケース２０の雌ねじ部２８には、リング形をなし
た金属製のスクリューキャップ２３がねじ込まれる。

スクリューキャップ２３は外周面に雄ねじ部３６を弁じ
、内側面には、図示下向きに突出する保持壁３７を備え
ている。このスクリューキャップ２３の下面には、スピ
ネル、アルミナ等のセラミック溶射による絶縁被膜３８
を形成しである。

このようなスクリューキャップ２３は、その雄ねじ部３
６を」１記ヒータケース２ｏの雌ねじ部２８に螺着した
場合、このスクリューキャップ２３と上記張り出し部２
７の間で、前述した絶縁リング２４を挟持する。

絶縁リング２４は、窒化ケイ素またはアルミナ等の絶縁
性セラミックからなり、本実施例においては周方向に２
分割されており、その周方向両端部を互いに衝合させる
ことにより全周に亙ってリング形をなすようになってい
る。

絶縁リング２４には、前述したヒータケース２ｏの張り
出し部２７に形成した一方の電極２４ａを遊挿させた挿
通孔３０ａに連通して、電極挿入孔３９・・・が形成さ
れている。

そして絶縁リング２４の上面には、これら電極挿入孔３
９・・・に連なるリード線引き回し用ガイド溝４０・・
・が形成されている。リード線引き回し用ガイド溝４０
・・・の他端は、前述したヒータケース２ｏの端子取付
は部２５と対向するように導かれている。

これらリード線引き回し用ガイド溝４０・・・には、−
上記導電性セラミック素子ヒータ２１・・・の一方の電
極２４ａに接続されたリード線３１が挿通され、これら
リード線３１・・・は、−上記端子取イリは部２５に取
付けた端子４１・・・に接続されている。なお、４２は
コネクタである。

ヒータケース２０に形成した前記冷却空気取入れ部２６
．２８には、第４図にも示されるように、冷却空気導入
通路４５．４５が形成されている。これら冷却空気導入
通路４５．４５は、ヒータケース２ｏの周囲に沿ってそ
の周壁に形成されており、上記電極２４ａ　、　２４ｂ
に向かう冷却空気吹田口４６・・・を分岐している。

冷却空気導入通路４５には、パイプコネクタ４７を介し
て冷却空気供給パイプ４８が接続されており、この冷却
空気供給パイプ４８の先端には、冷却空気供給手段とし
てのリードバルブ４９が接続されている。

リードバルブ４９は、第５図に示すように、バルブケー
ス５０内に、フィルター５１および弾性変形自在なプレ
ートバルブ５２を収容してなり、このバルブケース５０
はゴムチューブ５３を介して上記冷却空気供給パイプ４
８に接続されている。

上記プレートバルブ５２は後述するが、ヒータケース２
０内を流れる排ガスの脈動により開閉作動する。

上記のような構造の加熱装置３を、フィルタ２の上流側
に設置することにより微粒子捕集浄化装置が完成される
。

このような構成による本実施例の微粒子捕集浄化装置は
、内燃機関の排ガス系に結合され、排ガス導入管４の排
ガス流入口１１より排ガスを導入し、この排ガス中の微
粒子をフィルタ２０表面に捕集する。フィルタ２の表面
に捕集された微粒子により、フィルタ２の気孔が狭くな
ると、っまりフィルタ２が目詰まりすると、コネクタ４
２を通じてリード線３１・・・に電流を流す。

この場合、各リード線３１・・・には間欠的にかつ順番
に電流を流す。これにより各導電性セラミック素子ヒー
タ２１・・・が間欠的にしかも順次発熱する。

このような導電性セラミック索子ヒータ２１・・・の発
熱により、上記フィルタ２の」１流端面が加熱され、こ
の部分に捕集されている微粒子が燃焼を開始し、その部
分が発火点となって下流側のフィルタ２表面に付着され
ている微粒子も燃焼されて除去される。

よって、フィルタ２が再生されることになる。

上記のような実施例の構成によると、エンジンの運転中
に排ガス系には排気脈動圧が発生することは知られてい
る。この脈動圧はヒータケース２０の排気通路にも発生
するので、導電性セラミック素子ヒータ２１・・・とホ
ルダーリング２２および張り出し部２７との隙間を通じ
て冷却空気吹出口４６・・・から冷却空気導入通路４５
に伝えられ、リードバルブ４９のプレートバルブ５２に
作用する。

脈動圧により冷却空気導入通路４５が負圧となった場合
、プレートバルブ５２が開作動し、外部の空気を導入す
る。そして脈動圧により冷却空気導入通路４５か正圧と
なった場合、プレートバルブ５２が閉じ、導入した空気
の流出を阻止する。このため、リードバルブ４９は、排
ガスの脈動圧によりポンピング作用をなし、外気を取り
入れる。

冷却空気導入通路４５に取り入れられた空気は、それぞ
れ冷却空気吹出口４６・・・を通じて電極２４ａ１２４
ｂ部分に１ＰＪ出される。

排ガス温度は最高８００°Ｃ〜９００°Ｃにも達し、こ
れにより電極２４ａ　、　２４ｂ部分は高温雰囲気にさ
らされるとともに、導電性セラミック素子ヒータ２１・
・・の自己発熱により電極２４ａ　、　２４ｂ部分は加
熱されるが、−Ｉ−記冷却空気吹出口４Ｂ・・・を通じ
て電極２４ａ　、　２４ｂ部分に噴出される外部空気が
相対的に低温度であるから、電極２４ａ　、　２４ｂ部
分は強制的に冷却され、高温度に達することが防止され
る。

したかって、電極２４ａ　、　２４ｂやろう材の酸化が
防１１−される。

たとえば、各電極２４ａ　、　２４ｂごとに毎分５ｇ程
度外部空気を噴射すれば、排気量２．４Ω級のターボ付
ディーゼルエンジンの場合、２５００〜３０００ｒｐｍ
の全負荷の条件の下で、電極の温度を１００°０〜２０
０℃程度低減可能であることが確認されている。

第７図および第８図は、本発明のそれぞれ他の実施例を
示すもので、電極部分の断面図を示す。

これら第７図および第８図に示すそれぞれは、電極部り
にセラミック繊維や金属メツシュ等、にシール材を７０
・・・、８０を配設し、排ガスが電極部へ流入すること
を低減したものである。

なお、これらの構造において、冷却空気吹出口４６・・
・も遮蔽されることから冷却空気導入通路４５に排ガス
の脈動圧が効果的に伝達されない場合には、リードバル
ブ４９に代わって、エアーポンプを使用するようにして
もよい。

エアーポンプの場合は、格別な駆動力を必要とするから
、排ガスの温度が所定値以上に上昇した場合、または導
電性セラミック素子ヒータ２１・・・の発熱作動中のみ
エアーポンプを駆動して冷却空気を供給するようにして
もよい。

第９図は、さらに本発明の他の実施例を示す加熱装置の
平面図である。前記第１実施例における第１図に示した
冷却空気取入れ部２６は、ヒータケース２０の外周部に
２か所形成したが、このようにすると冷却空気導入通路
４５をヒータケース２０の周壁に略２分の１周に亙って
形成しなければならず、冷却空気導入通路４５の長さが
長くなり、しかもヒータケース２０も温度」１昇するも
のであるから、冷却空気導入通路４５を通過中に導入空
気が温度上昇してしまい冷却効率が低くなる心配がある
。

これに対し、第９図の実施例では、冷却空気取入れ部２
６を各電極部毎に形成し、冷却空気導入通路４５を可能
な限り短くしたものである。

また、第９図に示した通り、冷却空気取入れ部２Ｂ・・
・や端子取付は部２５・・・は、その数や配置位置、方
向等は車両に対する搭載性を考慮して種々の変形、設計
変更が可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、ヒータケースに、
導電性セラミック索子ヒータの電極部に通じる冷却空気
導入通路を形成し、この冷却空気導入通路に空気供給手
段を接続して、電極部を空気供給手段により供給された
空気によって強制的に冷却するようにしたから、排ガス
の温度や導電性セラミック素子ヒータの発熱により電極
部分が酸化されることが防止され、長寿命となる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図ないし第６図は第
１の実施例に係り、第１図は加熱装置の平面図、第２図
および第３図はそれぞれ第１図中■−■線および■−■
線の断面図、第４図は冷却空気取入れ部の断面図、第５
図はリードバルブの断面図、第６図は微粒子捕集浄化装
置の全体の断面図、第７図および第８図はそれぞれ本発
明の他の実施例を示す電極部回りの断面図、第９図は本
発明のさらに他の実施例を示す加熱装置の平面図である
。 ■・・・フィルタケース、２・・・フィルタ、３・・・
加熱装置ｆ、２Ｑ・・・ヒータケース、２１・・・導電
性セラミック素子ヒータ、２２・・・ホルダーリング、
２３・・・スクリューキャップ、２４・・・絶縁リング
、２４ａ　、　２４ｂ・・・電極、２６・・・冷却空気
取入れ部、２７・・・張り出し部、４５・・・冷却空気
導入通路、４６・・・冷却空気吹出口、４８・・・冷却
空気供給パイプ、４９・・・リードバルブ。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第２図 第３図 ２【 第５図 第６図 第７図 第８図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジンの排気系に、排ガス中に含まれる微粒子
   を捕集するフィルタを設置し、このフィルタの上流側に
   、少なくとも１個の導電性セラミック素子ヒータを支持
   したヒータケースを取付け、上記フィルタで捕集した微
   粒子を上記導電性セラミック素子ヒータにより燃焼させ
   て上記フィルタを再生加熱する排気微粒子捕集浄化装置
   において、上記ヒータケースに、上記導電性セラミック
   素子ヒータの電極部に通じる冷却空気導入通路を形成し
   、この冷却空気導入通路に空気供給手段を接続したこと
   を特徴とするエンジンの排気微粒子捕集浄化装置。
2. （２）上記空気供給手段は、排ガス圧力の脈動により作
   動するリードバルブであることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載のエンジンの排気微粒子捕集浄化装置。