JPH0196412A - ディーゼル排ガス浄化装置 - 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の排ガスを浄化する、とり
わけ排ガス中に含まれるパティキュレート（煤）を除去
する装置に関する。

従来の技術 近年ディーゼルエンジンが排出するパティキュレートが
健康上の理由から規制され始めている。

これを取り除き、ディーゼルの排ガスを浄化するには、
排気管の途中に耐熱性のセラミックハニカムのフィルタ
を取り付け、パーティキュレートを濾過する方法がある
。そしてこの方法の特徴は、ある程度パティキュレート
が堆積したとき、これに火をつけて燃焼そせ、炭酸ガス
に変えて大気に放出して、セラミックフィルタをクリー
ンに再生し、繰り返し使用することである。この作業を
リジェネレーションと呼んでいる。一般にディーゼルエ
ンジンは排ガス温度が低いので、パティキュレートはそ
のままでは燃えない。よってリジェネレーションは、何
らかの方式によって排ガス温度を上げるか、又はパティ
キュレートの着火温度を下げてやらなければならない。

このリジェネレーションの方式の一つとしてフィルタの
エンジン側上流にバーナや電気ヒータを設け、その熱で
もってパティキュレートを着火温度まで高めるのがある
。

発明が解決しようとする問題点 しかし、パティキュレートは、電気ヒータなりオイルバ
ーナで一旦着火させられると、急激に燃焼が始まり、セ
ラミックハニカム内部は、燃焼熱でもって１０００℃以
上にも温度が高まる。−方、セラミックハニカムの外周
近傍では、一般には外周に断熱材を巻いて容器との間の
熱伝導ロス小さくするようにはしているが、それでも温
度は放熱によって低い状態に置かれる。よってセラミッ
クハニカムの外周から数ｍｍ以内は、温度勾配が３００
℃／　ｍ　ｍ以上になることもある。その結果セラミッ
クハニカムの外周は熱応力としての引っ張りを受ける。

そしてこの応力にセラミックは絶え切れずに外周部にリ
ングオフと呼ばれるリング状のクラックが生じる。

そこで本発明は、セラミックハニカムの内部でパティキ
ュレートが急激に燃焼して内部が高温に加熱されても、
外周部でリング状のクラックが生じないようにして、構
造体としての原形を保ち、エンジンの耐用年数に見合う
長期間の使用にも十分耐えるディーゼル排ガス浄化装置
を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 内部のセル端部を交互にプラグを充填してフィルタを構
成したセラミックハニカム構造体と、該ハニカム構造体
を収納する容器と、該容器とハニカム構造体の間隙を埋
める緩衝材と、該ハニカム構造体を加熱する手段とから
なる排ガス浄化装置において、該ハニカム構造体の外周
と該緩衝材の間に円筒状の金属板を挿入し、且つこの金
属板を該ハニカム構造体の排ガス流入側前方で内側に折
り曲げてフランジを構成する。

作用 パティキュレートが堆積した時、電気ヒータに通電した
リオイルバーナを始動させたりして、セラミックハニカ
ムに熱風を送る。この熱風はセラミックハニカムに入る
前、セラミックハニカムの外周に巻き付けた金属板の端
の熱交換部に接触し、高温の熱を金属板に与える。金属
板に与えられた熱は、熱伝導でセラミックハニカムの外
周面全体に移動し、セラミックハニカムの外周近傍を加
熱して温度を上げる。一方、金属板に保有熱の一部を与
えた熱風はセラミックハニカムの内部に流入し、セラミ
ックハニカム内部の温度を堆積したパティキュレートの
着火温度まで上昇させる。

パティキュレートが燃焼を始めると、セラミックハニカ
ムの内部は燃焼熱で高温になり、熱膨脹によって軸方向
に伸びようとする。そして外周に引っ張り応力がかかる
状態となる。しかし、外周は金属板の熱伝導により加熱
されて伸びているため、従来はど引っ張りがかからず、
クラックの生じるような大きな応力を受けることはない
。

実施例 以下、本発明のディーゼル排ガス浄化装置の一実施例を
添付図面にもとづいて説明する。

第１図はディーゼル排ガス浄化装置の縦断面を示してお
り、１は内部に多数のセル２ａ、２ｂを有するセラミッ
クハニカムである。セル２ａ、２ｂの一端は交互にプラ
グ３で閉塞し、セラミックフィルタを構成している。セ
ラミックハニカム１の外周全面には密着して厚さ１ｍｍ
鋼合金製の金属板４を被せである。金属板４はセラミッ
クハニカムよりも幅が広く、排ガス流入側前方に突き出
し、前方数１０ｍｍの所で中心部に折り曲げ、熱交換用
フランジ５を形成している。熱交換フランジ５には熱交
換効率を上げるために、フィン６を溶接しである。また
セラミックハニカム１に金属板４を被せた上に、セラミ
ック繊維を有機パインダで固めた断熱性の良い緩衝材７
を巻き、容器としての円筒状のステンレス製缶ケース８
内に収納している。缶ケース８の内側にはセラミックハ
ニカム１の後方に緩衝材７が動かないようにストッパ８
を溶接しである。また缶ケース８は、前方をコーン状に
口径を絞り、その端にオイルバーナ９を具備している。

オイルバーナ９は、空気霧化ノズル１０を中心に置き、
その周辺から一次空気口１１を経て空気が霧化ノズル１
０の先端方向に流れるようにして、良好な燃焼が得られ
るような構造となっている。また、その外周部にはりジ
ェネレーション用に新鮮な空気を供給する二次空気口１
２を設けて、燃焼を不安定にすることなく、パティキュ
レートの燃焼に空気を与えることができる構造となって
いる。また霧化ノズル１０の前方には霧化された燃料に
着火するため、高圧放電でアークを発生させる点火プラ
グ１３を取り付けている。さらにオイルバーナ９とセラ
ミックハニカム１の中間付近、缶ケース７のコーン状に
絞られている部分にエンジン排ガス導入管１４を接続し
ている。排ガス導入管１４は、エンジン排気管１５を排
ガスバイパス管１６とに分岐した一方である。セラミッ
クハニカム１の後方には、これまた缶ケース７がコーン
状に絞り込まれ、排気マフラー（図示せず）に接続した
マフラー接続口１７が設けられている。またこのマフラ
ー接続口１７には、前記排ガスバイパス管１６が途中で
合流して接続しである。排ガス導入管１４と排ガスバイ
パス管１６の分岐点には三方バルブ１８が設けてあり、
それが回転することによりエンジンがらの排ガスを排ガ
ス導入管１４や排ガスバイパス管１６に切り替えること
ができるようになっている。

次に、この一実施例の構成における動作を説明する。ま
ずディーゼルエンジンの通常運転時について説明する。

この場合は三方バルブ１８は図の位置にあり、エンジン
からの排ガスは排ガス導入管１４を経てセラミックハニ
カム１の前面に到達する。ここから排ガスはセラミック
ハニカム１のオイルバーナ９側に開口しているセル２ａ
に入り、そこでセル壁を透過してマフラー接続ロ１７側
に開口しているセル２ｂに入る。このとき排ガス中に含
まれているパティキュレートは、セル壁を透過できずに
、オイルバーナ９側に開口しているセル２ａ内にとどま
って堆積する。一方パティキュレートを取り除かれクリ
ーンになった排ガスは、マフラー接続口１７に入り、排
気マフラーを経て大気に放出される。このようなパティ
キュレートを堆積する作業は１時間から２時間かけて、
継続して行われる。そしてセラミックハニカム１内に十
分にパティキュレートが溜まり、これ以上溜まるとエン
ジンに悪影響を与える段階になるとりジェネレーション
に入る。リジェネレーションは、まず三方バルブ１８を
図の上から見て時計方向に約４０°回転させ、排ガス導
入管１４に流れていた排ガスを遮って、排ガスバイパス
管１６の方に流れを切り替える。そして排ガスバイパス
管１６に流れ込んだ排ガスは、マフラー接続口１７に流
れ込み、排気マフラーを経て大気に放出される。この三
方バルブの切り替えと同時に、バーナ９を作動させる。

バーナ９の作動は、まずオイルと霧化用空気を霧化ノズ
ル１０に送り込み液体燃料の霧化を始める。それと同時
に燃焼用−次空気口１１と二次空気口１２から空気を送
り込む。この時、点火プラグ１３により霧化された燃料
に着火すると、バーナの燃焼が始まり、そのまま持続す
る。バーナ９の高温燃焼ガスは、セラミックハニカム１
の前方に位置した金属板４の熱交換フランジ５及びフィ
ン６に接触して加熱する。加熱されたフィン６の熱は、
熱伝導によりフランジ５を経て、金属板４の全体に移動
する。ここで金属板４はセラミックハニカム１の外周を
加熱する。またフランジ５を通り抜けた高温燃焼ガスは
、セラミックハニカム１の内部に流入する。この間、オ
イルバーナ９の出力は２０００ｋｃａ　ｌ／ｈ　〜４０
００ｋｃａｌ／ｈの間で変化させ缶ケース７との放熱バ
ランスで常に約７００℃付近に燃焼ガス温度が一定にな
るように制御している。この状態で約２分後、セラミッ
クハニカム１の内部温度は６００℃以上になり、内部に
堆積したパティキュレートは燃焼を始める。そしてセラ
ミックハニヵム１の内部温度は入口温度の７００℃より
高くなり、約８００℃から１０００℃にまで達する。し
かし、セラミックハニカム１の外周温度も金属板４を介
したバーナ９の高温燃焼熱の伝導により温度が上り、約
５００℃に上昇する。この状態で５分間維持され、セラ
ミックハニカム１内に堆積したパティキュレートはすべ
て焼き尽くされ、内部はクリーンな元の状態に戻る。そ
して、バーナ９を止める。その後三方バルブ１８を反時
計回りに回転させ、排気バイパス路に流れていた排ガス
の流れを切り替えて、排ガス導入路に流れ込ませ、通常
の運転状態に戻す。

このようにセラミックハニカム１内に堆積したパティキ
ュレートを焼却する時、すなわちリジェネレーション時
には、加熱手段であるバーナ９の熱を金属板４の熱伝導
によりセラミックハニカム１の外周部にも伝えて同時に
加熱する。よってセラミックハニカム１の内部と外周部
との間に大きな温度差が生じず、これによって発生する
熱応力は小さい。

尚、上記の実施例では、パティキュレートの燃焼温度ま
でセラミックハニカム１の温度を持ち上げるのに、オイ
ルバーナ９を用いたが、その代わりとして電気ヒータを
セラミックハニカムの前面に配設する方法が他の実施例
としである。この方法によるとりジェネレーション時、
三方バルブ１８で排ガス導入路１４を完全に締め切らず
に一部流し、排ガス中に含まれる僅かな酸素でもってセ
ラミックハニカム１内のパティキュレートを燃焼させる
。

次に本発明の他の実施例について説明する。第２図はデ
ィーゼル排ガス浄化装置の他の実施例の縦断面を示して
おり、セラミックハニカム１を覆う金属板４を外筒金属
板４ａと内筒金属板４ｂで２重密閉構造としである。こ
の２重密閉構造の金属板４の内部は減圧して、作動流体
としての金属ナトリウムとウィックとしてのステンレス
網１８を封入してヒートパイプを構成しである。この方
法によると、前記実施例より多（の熱をセラミックハニ
カム１の外周部に送り込むことができ、温度をより高く
することができる。

発明の効果 本発明はりジェネレーション時に、セラミックハニカム
前方にある加熱手段が発生する熱を金属板で移動させる
ことによって、セラミックハニカムの外周を加熱して、
外周部と内部との温度差を小さくするものである。これ
によって発生する熱応力を小さ（抑えることができ、セ
ラミック／’％ニカムの外周部にクラックを発生するこ
とが無くなった。よってディーゼル排ガス浄化装置は、
はぼエンジンの耐用年数に見合う耐久性を確保すること
ができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のディーゼル排ガス浄化装置
の縦断面図、第２図は他の実施例のディーゼル排ガス浄
化装置の縦断面図である。 １・・・・セラミックハニカム、４・・・・金属板、５
・・・・フランジ、７・・・・緩衝材、８・・・・缶ケ
ース、９・・・・オイルバーナ、１０・・・・霧化ノズ
ル、１４・・・・排ガス導入管、１６・・・・排ガスバ
イパス管、１８・・・・三方バルブ。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はが１名第２図 セラミ・７クハニ汝ム

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部のセル端部を交互にプラグを充填してフィル
   タを構成したセラミックハニカム構造体と、該ハニカム
   構造体を収納する容器と、該容器とハニカム構造体の間
   隙を埋める緩衝材と、該ハニカム構造体を加熱する手段
   とからなる排ガス浄化装置において、該ハニカム構造体
   の外周と該緩衝材の間に円筒状の金属板を挿入し、且つ
   この金属板を該ハニカム構造体の排ガス流入側前方で内
   側に折り曲げてフランジを構成したことを特徴とするデ
   ィーゼル排ガス浄化装置。
2. （２）円筒状の金属板を内筒と外筒の密閉二重構造にし
   、内部に作動流体とウィックを封入したヒートパイプで
   ある特許請求の範囲第１項記載のディーゼル排ガス浄化
   装置。
3. （３）ハニカム構造体の排ガス流入側前方にオイルバー
   ナを配備し、該ハニカム構造体を加熱する手段とした特
   許請求の範囲第１項記載のディーゼル排ガス浄化装置。
4. （４）ハニカム構造体の排ガス流入側前面に電気ヒータ
   を配設し、該ハニカム構造体を加熱する手段とした特許
   請求の範囲第１項記載のディーゼル排ガス浄化装置。