JPH0442487Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この考案は、自動車などの排気ガス内に含まれ
るカーボンなどの未燃焼粒子を捕獲して燃焼させ
るための再燃焼装置に係り、特に未燃焼粒子の燃
焼構造に改良を施した内燃機関などの排気ガス再
燃焼装置に関する。

［従来の技術］ 内燃機関、とりわけデイーゼルエンジンを搭載
した自動車にあつては、エンジンからの排気ガス
中にカーボンなどの未燃焼微粒子を含むことから
環境汚染上、大きな問題となつている。これに対
処するためエンジンの排気路内に未燃焼粒子捕獲
用のハニカムフイルタを配設し、このフイルタに
排気ガスを通過させるようにしている。これによ
れば、排気ガスの流通時にカーボンがフイルタに
付着するとともに、付着したカーボンが高温の排
気ガスに晒されることから、カーボンの燃焼が行
われる。かかるカーボンの付着と燃焼とが適宜に
繰り返されて粒子状のカーボンが排気ガス中から
除去されるようにしている。

ところが、フイルタに付着したカーボンが燃焼
するのに必要な温度は一般に600℃以上であり、
フイルタに白金のコーテイング処理を施した場合
でも400℃以上であるのに対し、排気ガスの温度
は常に上記の燃焼温度以上に達していることの保
証がなく、フイルタに対するカーボン付着量が増
えるばかりで燃焼除去機能が働かなくなつてしま
う恐れがある。

これを防ぐため、例えば予熱用の電気ヒータを
別途に用意し、該電気ヒータを排気ガスに対して
フイルタの上流側に設け、自動車の運転に伴い定
期的に通電することにより排気ガスを電気ヒータ
で予め昇温させた後にフイルタ内に送り、カーボ
ンを確実に燃焼させることが考えられている。

［従来技術の問題点］ この電気ヒータの一例としては、第７図に示す
如くシーズグロープラグ型があり、棒状のグロー
プラグ５０を５本ないし12本（第７図では８本）
用意し、リング状の枠体50aに等角度間隔で放射
状に配設して構成している。

ところで、この電気ヒータでは、枠体５０ａ内
グロープラグ５０の発熱状態は中心部で大とな
り、外部にゆくにつれて次第に低下し、最外周部
で小さくなり、加熱分布状態が均一ではなく偏つ
た関係にある。したがつて、枠体を通過した排気
ガスは、昇温状態を中心部で最も高く、外周部で
低い不均一にして、フイルタに送られるためフイ
ルタ内でのカーボンは中心部で早く、遅れて外周
部でそれぞれ燃焼する。

このためフイルタには中心部と外周部とで大き
な温度差が生じ、フイルタが一般にセラミツクに
より形成されていることもあつて、熱膨脹量の差
によりフイルタに割れや破損を生ずる不都合があ
る。また、排気ガス自体を加熱するためにガスバ
ーナを設けることも考えられているが、ガスバー
ナを設けることも考えられているが、ガスバーナ
では発熱量が大きいためフイルタが融解する恐れ
がある。

［考案の目的］ この考案は上記事情に鑑みてなされたもので、
その目的は排気ガス中の未燃焼粒子を燃焼除去で
きることは勿論、排気ガスをフイルタに送るに先
立つて略均一に予熱できるため、フイルタに融解
が生じないとともに、燃焼除去時にフイルタの中
心部と外周部とで大きな温度差が生じず、熱膨脹
量に起因するフイルタの割れや破損のないといつ
た実用上、優れた内燃機関などの排気ガス再燃焼
装置を提供するにある。

［問題を解決するための手段］ この考案は、次の構成を採用した。

１ 内燃機関からの排気ガスを外部に導出するた
めの排気路と、この排気路内に前記排気ガスが
通過可能に設けられ、該排気ガス中の未燃焼粒
子を捕獲する耐火セラミツク製のフイルタと、
前記排気路内の上流側に前記フイルタに近接し
て配置された予熱用のヒータとを備え、前記ヒ
ータは、電気抵抗線により外部から中心部に向
かつて略Ｕ字状に曲成し、弧状を成すその先端
部を所定の方向に略直角に曲げて成る複数の電
気抵抗体から形成し、該電気抵抗体を同一平面
内に略等角度間隔、且つ前記排気ガスの流れに
対して略直角方向に指向するように配設し、運
転に伴い適宜に通電させる。

２ 電気抵抗線は、シーズヒータから成り、リン
グ状の枠体に等角度間隔で３個以上設けられて
いる。

３ 内燃機関からの排気ガスを外部に導出するた
めの排気路と、この排気路内に前記排気ガスが
通過可能に設けられ、該排気ガス中の未燃焼粒
子を捕獲する耐火セラミツク製のフイルタと、
前記排気路内の上流側に前記フイルタに近接し
て配置された予熱用のヒータとを備え、前記ヒ
ータは、電気抵抗線により外部から中心部に向
かつて略Ｕ字状に曲成し、弧状を成すその先端
部を所定の方向に略45度に曲げて成る１対の電
気抵抗体から形成し、該電気抵抗体を同一平面
内に対向、且つ前記排気ガスの流れに対して略
直角方向に指向するように配設し、運転に伴い
適宜に通電させる。

［作用および効果］ 上記のように構成した本考案は、つぎの作用お
よび効果を呈する。

１ 予熱用のヒータを、電気抵抗線により外部か
ら中心部に向かつて略Ｕ字状に曲成し、弧状を
成すその先端部を所定の方向に略直角に曲げて
成る複数の電気抵抗体から形成し、同一平面内
に位置するようにしたことにより、ヒータの中
心部から外周部にかけて略一様の温度分布状態
が得られ、該ヒータを通過する排気ガスは中心
部と外周部とでほとんど温度差のない略均一な
状態となり、燃焼除去時にフイルタの中心部と
外周部と大きな温度差が生ぜず、熱膨脹量に起
因するフイルタの割れや破損が防止できる。

また、電気抵抗線は、シーズヒータから成
り、リング状の枠体に等角度間隔で３個以上設
けられているため容易に均一な温度分布が得ら
れる。

そのため、ガスバーナを用いるものと異なり
融解が生じないといつた優れた効果を奏する内
燃機関などの排気ガス再燃焼装置を提供でき
る。

２ 予熱用のヒータを、電気抵抗線により外部か
ら中心部に向かつて略Ｕ字状に曲成し、弧状を
成すその先端部を所定の方向に略45度に曲げて
成る複数の電気抵抗体から形成し、同一平面内
に位置するようにしたことにより、上述の温度
差を生じないという効果をほとんど低下させず
電気抵抗線の配設及び通電が容易である内燃機
関などの排気ガス再燃焼装置を提供できる。

［実施例］ 以下本考案をデーゼルエンジン搭載の自動車に
適用した第１実施例について図面に基づいて説明
する。

先ず、第１図および第２図において、１は予熱
用のヒータで、これは電気抵抗体１ａ（第４図参
照）をマグネシア（MgO）のどの粉末状の絶縁
材料を介して管状の鞘１ｂ（第４図参照）により
被覆して成る周知のシーズヒータである。このヒ
ータ１は円形リング状の枠体２内に配設されてお
り、電気抵抗線１ａは、一端部ａを枠体２の厚み
方向に貫通させてナツト３により締結し、途中部
分を中心方向に指向させて略Ｕ字状に曲成し、他
端部ｂを枠体２に厚み方向に貫通させ、前述の一
端部ａに近接する位置にてナツト４により締結
し、電気抵抗体５ａを構成している。

このような電気抵抗体５ａを枠体２に90度の等
角度間隔で且つ同一平面上に都合４個配置して、
各電気抵抗線１ａの弧状を成す先端部分をそれぞ
れ所定の方向に略直角だけで折り曲げて、外形形
状が全体的に長靴状を成すようにしている。

この場合、予熱用のヒータ１は枠体２の開口面
と平行状態にあり、自動車の運転時には、後述す
るカーボンの付着量を考慮して所定時間ごと例え
ば30分ないし60分の時間間隔で制御回路（図示せ
ず）により定期的に通電させるようになつてい
る。また、枠体２におけるヒータ１に対するナツ
ト３，４の締結部分は、接線方向に切削されて平
坦状を成すナツト３，４を締結し易いようにして
いる。

かかるヒータ１は、第３図に示す自動車におけ
るデイーゼルエンジン５の排気マニホールド６か
らマフラー７に至る間の所定の排気路内に配置さ
れている。すなわち、排気マニホールド６と排気
管８とには、第４図に示すように接合部において
フランジ部６ａ，８ａがそれぞれ形成され、これ
らフランジ部６ａ，８ａ間に枠体２がサンドイツ
チ状に挟持されて、この状態でフランジ部６ａ、
枠体２およびフランジ部８ａを略水平方向に貫通
するボルト９により前述の三者どうしが締結され
ている。１０はセラミツクにより形成されたハニ
カムフイルタで、これは第２図にも示すように、
円筒体の内部を軸方向に指向する隔壁により四角
格子状に仕切つて構成されたものである。このハ
ニカムフイルタ１０は第４図に示すように、排気
管８内に同芯的で且つ排気ガスに対してヒータ１
の下流となるように配置され、開口部の一端側を
ヒータ１に近接配置させている。

しかして、自動車の運転時にあつては、エンジ
ン５からの排気ガスは排気マニホールド６、ヒー
タ１、ハニカムフイルタ１０、排気管８およびマ
フラー７を順に介して外部に排出される。

このとき、ハニカムフイルタ１０内では、排気
ガス中に含まれるカーボン粉末といつた未燃焼微
粒子が捕獲されて付着した状態にあるが、カーボ
ンの付着量が所定に達すると、制御回路によりヒ
ータ１が通電されて発熱することから、排気ガス
は第４図に白抜きの矢印で示す如く、ヒータ１を
通過する過程で加熱されて昇温作用を受け、ハニ
カムフイルタ１０内に入る。このため、付着した
カーボンには、高い温度雰囲気の排気ガスが接触
するようになることから、カーボンは燃焼してハ
ニカムフイルタ１０から除去され、該カーボンが
微粒子のまま外部に出されることが回避され環境
汚染防止上、至極好都合である。

しかも上記構成では、予熱用のヒータ１を構成
するにあたつて、電気抵抗線１ａを、略Ｕ字状に
曲成し、弧状を成すその先端部を所定の方向に略
直角に曲げて揃え、全体的に長靴状を成す電気抵
抗体５ａを設け、これらの電気抵抗体５ａを例え
ば上記実施例に示した如く４個同一平面内に配設
したので、グロープラグ型のヒータを放射的に配
列した従来と異なり、予熱用のヒータ１の中心部
から外周部にかけての温度分布状態がむらなく略
一様なものとなる。この結果、ヒータ１を通過す
る排気ガスは、中心部と外周部とで温度差の小さ
い温度分布状態となつている。したがつて、この
排気ガスに接触した付着カーボンはハニカムフイ
ルタ１０の中心部と外周部とでほとんど時間差の
ない同時状態で燃焼することとなり、ハニカムフ
イルタ１０においても中心部と外周部との温度に
大きな差が生ぜず、概ね一様な温度分布状態にな
り、該温度差による熱膨脹量の差でハニカムフイ
ルタ１０に割れや亀裂などが生ずる恐れがなくな
り、しかもガスバーナとは違つてフイルタ１０に
融解が生ぜず長寿命化に寄与する。

また、カーボンがハニカムフイルタ１０の中心
部と外周部とでほとんど同時に燃焼することに伴
い、フイルタ１０の機能が早急に回復するといつ
た副次的効果も得られる。

ちなみに、第５図および第６図はハニカムフイ
ルタ１０の入口付近における中心部Ａと外周部Ｂ
ならびに、同フイルタ１０の出口付近における中
心部Ｃと外周部Ｄ（第４図に便宜上、星印＊を付
す）との温度分布状態が時間の経過に伴い変化す
る様子を示したもので、第５図が本考案、第６図
が従来の場合であり、いずれも縦軸に温度（℃）、
横軸に経過時間（min）をとつている。

第５図および第６図のいずれにおいてもハニカ
ムフイルタ１０の中心部Ａ、外周部Ｂならびに中
心部Ｃと外周部Ｄは、間隔の狭い破線、実線、一
点鎖線および間隔の広い破線でそれぞれ示してい
る。

これによれば、従来の中心部Ａと外周部Ｂとの
最大温度差は第６図に記号Ljで示すように、700
℃と420℃との差が相当する280℃程度であるのに
対し、本考案は第５図に記号Lhで示す如く680℃
と590℃との差の90℃に過ぎず、しかも継続時間
が30秒ないし１分のきわめて短い時間に過ぎな
い。

また、従来の中心部Ｃと外周部Ｄとの最大温度
差は第６図に記号Mjで示すように、980℃と580
℃との差に相当する400℃程度であるのに対して
本考案では第５図に記号Mhで示す如く980℃と
680℃との差の300℃で上記の400℃に比較して100
℃も小さい値となつており、そのうえ継続時間が
１分程度のきわめて短い時間に過ぎない。

上記の最大温度差の部分を除けば、ハニカムフ
イルタ１０の中心部Ａ、外周部Ｂならびに中心部
Ｃと外周部Ｄの各温度差は、第６図の従来に比較
して大幅に小さくなつていることが分かり、本考
案によりカーボンの燃焼時におけるハニカムフイ
ルタ１０内の温度分布状態が均一に向かつて箸し
く改善されたことを如実に示している。

つぎに、請求項３に対応する実施例（本考案の
第２実施例）を第８図（第２図、第３図、第４図
も参照）とともに説明する。

予熱用のヒータ１は、リング状の枠体２内に各
部が該枠体２の中心１１に対して点対称を構成す
る１対の電気抵抗体５ａを配置し、同様に中心１
１に対して点対称で図示上部と下部で前記枠体２
の厚み方向に貫通し螺着された、２組のナツト
３、４に電気的に接続してなる。

電気抵抗体５ａは、長さの違う直線部５１，５
２と、長さのほぼ等しい直線部５３，５４と、こ
れらと係合する湾曲部５５，５６，５７とを有す
る。直線部５１，５２は、まず枠体２の中心方向
に所定の長さだけ伸び、その伸長方向に対し、略
45度右側に折り曲げられ、湾曲部５５，５６を形
成し、続いて直線部５３，５４となり、その先端
は湾曲部５７で閉じられている。

本実施例では、予熱用のヒータ１の中心部から
外周部にかけての温度分布は上記実施例と比較
し、ほとんど大差なく略一様となる。さらにナツ
トが４個、電気抵抗体５ａが２個で済むので電気
抵抗体５ａの配設及びその通電が容易である。

本考案は、次に述べる実施態様を含む。

第１実施例では、予熱用のヒータ１における電
気抵抗体５ａを４個等角度間隔に設けたがこの数
のみに限定されず、３個あるいは６個であつても
よい。

予熱用のヒータ１における電気抵抗線１ａの拡
開度合を示す開度幅間隔寸法などの設定にあたつ
ては、フイルタ１０の直径寸法、所要電力、排気
路の断面積などを考慮して適宜に決定される。

さらには、第１実施例では、予熱用のヒータ１
に対する通電は、30分ないし60分の時間間隔で定
期的に行われるようにしたが、間隔は30分ないし
60分の時間に限られないことは勿論で、ヒータ１
に対する通電のタイミングは適宜に変更できる。
この場合、例えば、適宜のカーボンデポジツト検
出用のセンサを別途に設け、カーボンの付着量が
所定に達する毎に、ヒータ１に通電するように構
成してもよい。

また、予熱用のヒータ１としては、シーズヒー
タのみに限られず、セラミツク表面又は内部にら
せん状発熱体を設けて一体焼結したセラミツクヒ
ータで構成してもよい。

また、ヒータおよびフイルタの取付け位置とし
ては、上記第１実施例のように、排気マニホール
ド６と排気管８との接合部にあるもののみに限定
されず、要はエンジンからの排気ガスの排気路中
にあればよい。

さらには、未燃焼粒子捕獲用のフイルタとして
はハニカムフイルタに限定されず、耐火性のセラ
ミツクフイルタであつてもよい。

その他、具体的な実施にあたつては、本考案の
要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本考案の一実施例を示
し、第１図は予熱用のヒータの正面図、第２図は
ヒータとハニカムフイルタとの分解斜視図、第３
図は自動車の部分的破断正面図、第４図は要部の
縦断面図、第５図は経過時間に対する温度分布状
態を示すグラフ、第６図は従来における経過時間
に対する温度分布状態を示すグラフ、第７図は従
来例を示す予熱用のヒータの正面図、第８図は本
考案の第２実施例を示す予熱用のヒータの正面図
である。 図中、１……予熱用のヒータ、５ａ……電気抵
抗体、１０……ハニカムフイルタ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １） 内燃機関からの排気ガスを外部に導出する
   ための排気路と、 この排気路内に前記排気ガスが通過可能に設
   けられ、該排気ガス中の未燃焼粒子を捕獲する
   耐火セラミツク製のフイルタと、 前記排気路内の上流側に前記フイルタに近接
   して設置された予熱用のヒータとを備え、 前記ヒータは、電気抵抗線により外部から中
   心部に向かつて略Ｕ字状に曲成し、弧状を成す
   その先端部を所定の方向に略直角に曲げて成る
   複数の電気抵抗体から形成し、該電気抵抗体を
   同一平面内に略等角度間隔、且つ前記排気ガス
   の流れに対して略直角方向に指向するように配
   置し、運転に伴い適宜に通電させるようにした
   ことを特徴とする内燃機関などの排気ガス再燃
   焼装置。 ２） 前記電気抵抗線は、シーズヒータから成
   り、リング状の枠体に等角度間隔で３個以上設
   けられていることを特徴とする請求項１項記載
   の内燃機関などの排気ガス再燃焼装置。 ３） 内燃機関からの排気ガスを外部に導出する
   ための排気路と、 この排気路内に前記排気ガスが通過可能に設
   けられ、該排気ガス中の未燃焼粒子を捕獲する
   耐火セラミツク製のフイルタと、 前記排気路内の上流側に前記フイルタに近接
   して設置された予熱用のヒータとを備え、 前記ヒータは、電気抵抗線により外部から中
   心部に向かつて略Ｕ字状に曲成し、弧状を成す
   その先端部を所定の方向に略45度に曲げて成る
   １対の電気抵抗体から形成し、該電気抵抗体を
   同一平面内に対向、且つ前記排気ガスの流れに
   対して略直角方向に指向するように配設し、運
   転に伴い適宜に通電させるようにしたことを特
   徴とする内燃機関などの排気ガス再燃焼装置。