JPS6275011A - 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、いわ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上記微粒子を捕
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−に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。

−に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、最近ではこの種の再生加熱
用ヒータとして、導電性セラミック素子ヒータか採用さ
れている。

上記導電性セラミック素子ヒータは、ヒーターケースに
取付けられている。すなわち、ヒーターケースは、上記
フィルタに連通ずる排気通路を備えた金属製のリング形
をなしているとともに、導電性セラミック素子ヒータは
、例えば略Ｖ字形に形成されており、このような導電性
セラミック素子ヒータは上記ヒータケースに、上記略Ｖ
字形をなす両脚部が固定された状態で、周方向に沿って
複数個取付けられている。

そして、上記導電性セラミック素子ヒータに通電して発
熱させ、これによりフィルタに捕集された微粒子を燃焼
させるものであるが、この場合、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は間欠的に順
次通電して発熱させるようにしている。

〔発明か解決しようとする問題点〕

ところで、上記名ヒータに通電するための端子の取付は
部は、ヒータケースの周囲に、１が所もしくは２か所に
まとめて形成されており、この端子取付は部からそれぞ
れリード線を介して一１ｘ記各ヒータに電流を導くよう
になっている。これらリード線は、排ガスによる劣化を
避けるため排ガスが当たらないように、ヒータケースの
周方向に沿って引き回し配線されている。

しかしながら、上記ヒータの使用数が多くなると、リー
ド線の本数も増し、このリード線の引き回し配線に際し
、１部分で複数本のリード線が並列に配置される箇所が
生じる。したがって配線のために大きなスペースを必要
とし、ヒータケースがフィルタに比べて著しく大形にな
って、車両への搭載の障害になる不具合があった。

本発明は、リード線の引き回し配線用スペースか確保で
きるとともに、ヒータケースを小形にできて、車両への
搭載性に優れた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
タよりも排ガス流れの上流側に位置して絶縁リングを設
け、この絶縁リングの内径は排ガス流れの上流側よりも
下流側を大きく形成し、この絶縁リングの１−２排ガス
流れの上流側端面に上記導電性セラミック素子ヒータに
通電するためのリード線を配線したことを特徴とする。

〔作用〕

このような構成によると、絶縁リングはその内径を排ガ
ス流れのに流側より下流側を大きく形成したから、絶縁
リングの排ガス流れ−に流側端面の幅を大きくすること
ができ、この幅広い面にリード線を複数本並列に配線す
ることができ、しがちこのように幅広い面を形成しても
絶縁リングの外径を大きくする必要がないから、ヒータ
ケースの大形化が防止される。

〔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、まずこれがら説明する。

微粒子捕集浄化装置は、フィルタケース１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ｌ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Ｂ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１内に断熱クッション材
８および断熱シール材９．１ｏ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のフランジ５と、
−に記排ガス導入管４のフランジ１２の間にシール祠１
４．１５を介して挟持されている。

なお、フィルタケースｌ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ＩＪＩ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、複数個、たとえば
６個の導電性セラミック素子ヒータ２１・・・と、これ
ら導電性セラミック素子ヒータ２１・・・を上記ヒータ
ケース２０との間で挟持するスクリューキャップ２２と
、このスクリューキャップ２２と導電性セラミック素子
ヒータ２１・・・の間に介挿された絶縁リング２３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１−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Ｖ字形状を成している。このＶ字型の両端部
には電極がろう付けにより接合されている。この場合、
第４図に示すように、一端部に接合された電極２４は、
図示の上方に向かって突出されるようになっており、他
端部に接合された電極は図示しないが下向きに突出され
るようになっている。

そして導電性セラミック素子ヒータ２１・・・は、上記
電極に連なる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、上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２１
・は、両端部が」一連したヒータケース２０と絶縁リン
グ２３との間に挟持され、その発熱部が１１気通路の中
心部に向かって配置される。したがって各導電性セラミ
ック素子ヒータ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、導電性セラミック素子ヒータ２１・・・をヒ
ータケース２０と絶縁リング２３との間に挟持する構造
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、下端には中心方向に向かって伸びる
張り出し部２Ｂを有しており、かつ上部内周面に全周に
亙って雌ねじ部２７が設けられている。

上記張り出し部２６の図示−Ｌ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２８が形成され
ているとともに、この張り出し部２６の一Ｌ−　９　＝ 面には、周方向に離間して、前記導電性セラミック素子
ヒータ２１・・の前記した」二向きに取付けられた電極
２４の取付は部分に対向して凹部２９・・・が設けられ
ているとともに、該導電性セラミック素子ヒータ２Ｉ・
・・の他端に下向きに取付けられた電極（図示しない）
に対向して、電極挿入孔８０・・・が設けられている。

これら各凹部２９・・・には、第４図に示すように、ワ
イヤメツシュよりなるクッション材３０およびこのクッ
ション材３０を覆う絶縁セラミック製の絶縁キャップ３
１が収容される。

ヒータケース２０の雌ねじ部２７には、スクリューキャ
ップ２２がねじ込まれる。

スクリューキャップ２２は外周面に雄ねじ部３２を有し
、内側面には、図示下向きに突出する保持壁３３を備え
ている。このスクリューキャップ２２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３４
を形成しである。

なお、３５は、スクリューキャップ２２をヒータケース
２０にねじ込む場合、または取り外す場合に、図示しな
い治具が差し込まれるための孔である。

このようなスクリューキャップ２２は、その雄ねじ部３
２を上記ヒータケース２０の雌ねじ部２７に螺着した場
合、このスクリューキャップ２２と上記張り出し部２６
の間で、前述した導電性セラミック素子ヒータ２１・・
・および絶縁リング２３を挟持する。

絶縁リング２３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。

この絶縁リング２３は、−１−而の幅ｗｌが下面の幅ｗ
２に比べて大きく形成されている　（ｗｌ　＞Ｗ２）。

すなわち、絶縁リング２３は、その外径が軸方向に一様
に形成されているが、内径は図示の」−側で小さく、下
側が大きなテーパ形をなしており、換言すれば排ガス流
れの下流側（フィルタに臨む側）端部の内径が排ガス流
れの−１−流側（環フィルタ側に臨む側）端部の内径よ
り大きく形成されている。

この絶縁リング２３の下面には、放射方向にヒータ挿入
溝３５が間隔を存して形成されている。これらヒータ挿
入溝３５には、前記導電性セラミック素子ヒータ２１・
・・の端部がそれぞれ差し込まれるようになっている。

また、絶縁リング２３には、各導電性セラミック素子ヒ
ータ２１・・・の一端部に上向きに取付けられた前記電
極２４に対向して、電極挿入孔３６・・・か形成されて
いる。そして絶縁リング２３の上面には、これら電極挿
入孔３６・・・に連なるリード線引き回し用ガイド溝３
７・・・が形成されている。リード線引き回し用ガイド
溝３７・・・の他端は、前述したヒータケース２０の端
子取付は部２５と対向するように導かれている。

なお、前記張り出し部２６の内径は、上記絶縁リング２
３の下側の内径と同等、またはそれより大きく形成され
ている。

しかして、導電性セラミック素子ヒータ２１・・・の両
端部を、上記絶縁リング２３のヒータ挿入溝３５に差し
込み、この導電性セラミック素子ヒータ２１・・・の一
端部に接合した電極２４を電極挿入孔３６・・・に挿入
させる。そして、これら電極挿入孔３６・・に挿入され
た電極２４にリード線３８・・・を溶接により接続し、
これらリード線３８・・・をリード線引き回し用ガイド
溝３７・・・に嵌め込んで、リード線引き回し用ガイド
溝３７・・・に沿って配線する。

このような組付けの後、導電性セラミック素子ヒータ２
１・・・および絶縁リング２３を、ヒータケース２０の
張り出し部２６に載せ、スクリューキャップ２２で挾み
込む。

このようにすれば、導電性セラミック素子ヒータ２１・
・・および絶縁リング２３はヒータケース２ｏの張り出
し部２６とスクリューキャップ２２で挟持される。

この状態で、リード線３８・・・を、上記端子取付は部
２５に取付けた端子３９・・・に接続する。なお、４ｏ
はコネクタである。

なお、−！−記上ヒータケース２０張り出し部２６とス
クリューキャップ２２で導電性セラミック素子ヒータ２
１・・・および絶縁リング２３を挟持した場合、導電性
セラミック素子ヒータ２１・・・の下面は、第４図に示
すクッション材３０および絶縁キャップ３１で支えられ
、実質的に、絶縁リング２３と絶縁キャップ吋で挟持さ
れることになる。そして導電性セラミック素子ヒータ２
１・・・の他端に下向きに突設した他方の電極（図示し
ない）は、ヒータケース２０の張り出し部２６に形成し
た電極挿入孔８０・・・に挿入され、張り出し部２６に
溶接またはろう付けされ、これによりアース電極となる
。

また、絶縁リング２３は２分割に形成されていても、ス
クリューキャップ２２に形成した下向きに突出する保持
壁３３により支持されるので、絶縁リング２３が移動す
ることはない。

上記のような構造の加熱装置３を、フィルタ２のに流側
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２の表面に捕集する。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、つまりフィルタ２か１１詰まりすると、コネクタ
４０を通じてリード線３８・・・に電流を流す。

この場合、各リード線３８・・・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・・・か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素子ヒータ２１・・・の発
熱により、上記フィルタ２の上流端面が加熱され、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、絶縁リング２３は
、排ガス流れの−に流側（反フィルタ側）の内径を排ガ
ス流れの下流側（フィルタ側）の内径より小さくしたか
ら、外径を大きくすることなく１−面の幅ｗｌを下面の
幅Ｗ２に比べて大きく形成（ｗｌ＞Ｗ２）することがで
き、この幅の広い−１−而にリード線３８・・・を多数
本配線することかできる。

導電性セラミック素子ヒータ２１・・・を周方向に複数
個配置すると、リード線３８・・・の引回し配線−に、
第２図に示されるように複数本のリート線３８・・・が
並列配置される部分Ｂが発生するが、上述したように絶
縁リング２３の上面幅を大きくすることができるので、
この上面にスペースが確保され、上記のような複数本の
リード線８８・・・の並列配置を可能にする。

しかも、この場合、絶縁リング２３は、外径を大きくす
る必要がなく、絶縁リング２３が大形化せず、ヒータケ
ース２０も大きくならず、車両に搭載するのに支障を生
じない。

また、リード線３８・・・は、導電性セラミック素子ヒ
ータ２１・・・よりも排ガス流の上流側に配線されるか
ら、導電性セラミック素子ヒータ２１・・・の熱、フィ
ルタ２の微粒子燃焼時の熱の影響を受けることが少なく
、リード線３８・・・が熱劣化する割合いが少なくなり
、長寿命となる。

そして、導電性セラミック素子ヒータ２１・・・は絶縁
リング２３の下面側に設置されるからフィルタ２に近づ
く位置となり、フィルタ２に捕集した微粒子の燃焼効率
が向−１ニする。

さらに、絶縁リング２３の内径は、排ガス流れの方向に
拡がるテーパ形となり、加えて張り出し部２６の内径を
絶縁リング２３の下端内径と同等またはそれ以−１−と
じたので、排ガス流れが下流に向かって拡がり、排ガス
流れを阻害しないばかりでなく、フィルタ２の外周部位
にも充分な量の排ガスを案内し、フィルタ２の全領域を
微粒子の捕獲に有効に活用することかできる。

第７図および第８図は本発明の第２実施例を示す。

この第２実施例では、張り出し部２６をヒータケース２
０の中段部に、中心方向に向けて突設してあり、この張
り出し部２６とスクリューキャップ２２の間で絶縁リン
グ２３およびリード線３８を挟持している。そして導電
性セラミック素子ヒータ２１・・・は」ユ記張り出し部
２６と、その下方に設置したホルダーリング５０の間に
挟持されている。ホルダーリング５０は図示しないボル
トによりヒータケース２０に固定される。

なお、張り出し部２６の下面が導電性セラミック素子ヒ
ータ２１・・・の１−面と通電接触しないように、この
張り出し部２６の下面にセラミック溶射による絶縁被膜
５Ｉを形成しである。

その他、第１の実施例と同一番号は同一部材もしくは同
一機能を奏する部分であり、その説明を省略する。

なお、絶縁リング２３は、反フィルタ側に臨む内径をフ
ィルタ側に臨む内径より小さくしであることは第１の実
施例と同様であり、幅の広い上面にリード線３８・・・
を多数本配線することができる。

また、上記第２の実施例の場合、絶縁リング２３にヒー
タ挿入溝３５を形成する必要がなくなるので、絶縁リン
グ２３の破損などの不具合が少なくなる。

そして、ホルダーリング５０の内径を、張り出し部２６
の内径よりさらに大きくしておけば、これにより排ガス
の流れが下流に向かって拡がるようになる。

なお、上記各実施例では、絶縁リング２３を周方向に２
分割したものについて説明したが、絶縁リング２３は３
分割以上にしてもよく、または一体に形成してもよい。

さらに、絶縁リング２３は窒化ケイ素またはアルミナ等
の絶縁性セラミックにより形成されることには限らず、
例えば金属により形成してその必要部分表面にセラミッ
ク溶射などの絶縁被膜を形成してもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、絶縁リングは排気
ガス流れの下流側に位置する内径を上流側に位置する内
径よりも大きく形成したので、絶縁リングの上流側に位
置する端面の幅を大きくすることができ、この幅広い面
にリード線を複数本並列に配線することがでる。しかも
、このように幅広い面を形成しても絶縁リングの外径は
大きくならないから、ヒータケースの大形化が防止され
、車両への搭載の支障になるようなことかない。そして
、絶縁リングは上記導電性セラミック素子ヒータの反フ
ィルタ側に位置して設けられるから、この絶縁リングの
反フィルタ側の面に配線したり−ド線を導電性セラミッ
ク素子ヒータやフィルタの熱から遠ざけることができく
、長寿命になる。

【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
はそのスクリューキャップを外した状態の平面図、第３
図は第１図中■−■線に沿う矢視図、第４図は第１図中
ＩＶ−ＩＶ線の断面図、第５図は分解した斜視図、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図は本発明の第２の実施例を示し、それぞれ第３図
と第４図に対応した矢視図および断面図である。 １・・・フィルタケース、２・・・フィルタ、３・・・
加熱装置、２０・・・ヒータケース、２１・・・導電性
セラミック素子ヒータ、２２・・・スクリューキャップ
、２３・・・絶縁リング、２６・・・張り出し部、３７
・・・リード線引き回し用ガイド溝、３８・・・リード
線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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、周方
   向に沿って複数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
   素子ヒータよりも排ガス流れの上流側に位置して絶縁リ
   ングを設け、この絶縁リングの内径は排ガス流れの上流
   側よりも下流側を大きく形成し、この絶縁リングの上記
   排ガス流れの上流側端面に上記導電性セラミック素子ヒ
   ータに通電するためのリード線を配線したことを特徴と
   するエンジンの排気微粒子捕集浄化装置。