JPH0527215U - デイーゼルパテイキユレートフイルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 再生時におけるフィルタの特定部位に熱応力
が集中することを防止して耐久性に優れた排気ガス浄化
装置を提供する。 【構成】 多孔質炭化珪素によって形成されたフィルタ
１２に特定のスリット１３を設けることにより、実質的
なフィルタ１２の特定部位に熱応力が集中することを防
止した。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガスに含まれ るパティキュレートを除去するためのフィルタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

近年、この種のディーゼルパティキュレートフィルタを多孔質炭化珪素によっ て製造することが提案されている。前記ディーゼルパティキュレートフィルタに は、排気ガスの通路に沿って平行に延びる複数のガス通過孔が形成されると共に 、各ガス通過孔の両端開口のうちの一方が交互に封止されることにより、排気ガ ス流入側及び流出側の何れかに開口する複数のセルが形成されている。このよう なフィルタに所定量のパティキュレートが捕捉されると、フィルタの排気ガス流 入側端面がバーナー等により７００℃前後に加熱された後に、燃焼促進用の二次 エアが供給されることで、パティキュレートが燃焼除去され、フィルタが元の状 態に再生される。

【０００３】 前記再生処理においてフィルタが局所的に加熱されると、フィルタ内の各部位 間に温度差が生じ、フィルタに応力（引っ張り応力または圧縮応力）が発生し易 くなる。この応力がフィルタの材料強度を越えると、クラックが発生し、フィル タが破壊に到ることが知られている。そのため、例えば特開平３−１２１２１３ に開示される従来のフィルタでは、円筒形状のフィルタをその中心軸線を通りか つ互いに直交する２つの面に沿って４等分割することで、各部位間の温度差の拡 大を防止し、クラックの発生を未然に回避している。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

ところが、従来のフィルタでは、各分割片を互いに連結するために、各分割片 の間にシール材を充填する必要があった。それ故、フィルタの構成が複雑になり 、かつ製造も面倒になるという欠点を有していた。また、シール材の耐熱性に依 存して、フィルタ全体の耐熱温度が左右され、フィルタ自身の耐熱性を有効化で きないという問題もあった。

【０００５】 また、フィルタの分割に依らずに前記温度差の拡大を防止するため、フィルタ の中心軸線を通りかつ互いに直交する２つの面に沿って、十字状のスリットをフ ィルタのほぼ１／２の長さにわたって形成することが考えられる。しかし、この 方法ではフィルタの全長にわたってスリットを形成することができないため、フ ィルタ内における温度差拡大を充分に防止することが困難である。また、フィル タの外周面におけるスリット内端部には応力が集中し易く、その部分からクラッ クが生じる虞れがある。

【０００６】 応力によるクラックの発生を防止するには、スリットの形状を特定すれば、応 力がフィルタの特定部位に集中することがなく、フィルタ内における各部位間の 温度差の拡大も確実に防止できることを知見した。そして、この知見に基づき本 考案を完成させた。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用】

上記の課題を解決するために、本考案では、ディーゼルエンジンの排気側に連 通する通路を備えたケーシング内に配置され、ディーゼルエンジンの排気ガスを 浄化するディーゼルパティキュレートフィルタにおいて、前記フィルタの軸線に 沿い、フィルタ全長にわたって延びる中心孔と、その中心孔に連通すると共にフ ィルタの外周面において開口し、フィルタ全長にわたって延びるスリットとを設 けている。

【０００８】 これにより、簡単な構造であるにも関わらず、フィルタの特定部位に対する応 力の集中を確実に回避できる。よって、フィルタの再生処理を繰り返し行っても フィルタが破損に到ることがなく、従来より長期にわたって使用することが可能 になる。

【０００９】 前記スリットの幅は１mm〜５mmであることが望ましい。この幅が前記範囲内で あれば、フィルタの機械的強度や濾過能力の低下を伴わずに、特定部位に対する 応力の集中を回避できるからである。

【００１０】 前記中心孔の内径は３mm〜５mmに設定されることが望ましい。この内径が前記 範囲内であれば、フィルタの機械的強度や濾過能力を損なうことなく、特定部位 に対する応力の集中を確実に回避することができるからである。

【００１１】 前記少なくともスリット中には断熱材が配設されることが望ましい。その理由 は、フィルタに導入された排気ガスがスリット及び中心孔を介して漏出すること を防止するためである。また、断熱材を配置することにより、再生時における熱 エネルギーのロスを少なくできる。

【００１２】 また、前記スリットは断面螺旋状に形成されることが望ましい。その理由は、 スリットを上記の形状にすることにより、フィルタの外周面から中心孔までの間 に、より広い対向面を確保できるからである。これにより、フィルタ内における 各部位間の温度差がより小さくなると共に、フィルタの特定部位への応力集中も 一層確実に回避できる。

【００１３】

【実施例】

以下に、本考案をディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置に具体化した一実施 例について図面に基づき詳しく説明する。

【００１４】 図１に示すように、排気ガス浄化装置１は金属パイプ製のケーシング２を備え 、そのケーシング２の通路２ａは、ディーゼルエンジンＥの排気管路Ｅａに接続 されている。このケーシング２内にはディーゼルエンジンＥから放出される排気 ガスを浄化するためのディーゼルパティキュレートフィルタ３が配設されている 。また、前記通路２ａにおけるフィルタ３の排気ガス流入側には、再生処理用の バーナー４が設けられている。

【００１５】 図２及び図３に示すように、本実施例のフィルタ３は多孔質炭化珪素焼結体に よってハニカム状に形成されると共に、長さ１４０mm，直径１５０mmの円柱形状 を呈している。フィルタ３には軸線方向に沿って多数のガス通過孔５が形成され 、各ガス通過孔５の排気ガス流入側及び流出側の何れか一方の端部開口は、多孔 質焼結体からなる封止片６によって交互に封止されている。これにより、排気ガ ス流入側または流出側の何れか一方に開口するセル７ａ，７ｂが形成されている 。

【００１６】 各セル７ａ，７ｂの内壁８面には、白金族元素やその他の金属元素及びその酸 化物等からなる酸化触媒が担持されている。従って、図３にて矢印Ａで示すよう に、流入側に開口するセル７ａから導入された排気ガスは、各セル７ａ，７ｂの 間に位置する内壁８を介して、隣接の流出側に開口するセル７ｂ側に流れ込む。 そして、排気ガスが内壁８を通過する際にパティキュレートのみが内壁８面に捕 集され、浄化された排気ガスのみがフィルタ３から排出される。

【００１７】 フィルタ３に所定量のパティキュレートが捕捉された場合には、バーナー４の 点火によって、フィルタ３の加熱が開始される。フィルタ３が所定温度（約７０ ０℃）まで加熱されると、フィルタ３内のパティキュレートが燃焼され、フィル タ３はパティキュレートを捕捉していない元の状態に再生される。

【００１８】 次に、前記再生処理の際に、フィルタ３に作用する応力を緩和するための構造 について詳細に説明する。 図２及び図３に示すように、フィルタ３の中心軸線上には、断面円形状かつ内 径４mmの中心孔９が形成されている。この中心孔９はフィルタ３の全長にわたっ て延びると共に、フィルタ３の排気ガス流入側及び流出側端面にて開口している 。また、フィルタ３には、前記中心孔９から半径方向に延びると共に幅が１．５ mmのスリット１０がフィルタ３の全長にわたって形成されている。図２及び図３ に示すように、前記スリット１０は中心孔９に連通すると共に、フィルタ３の外 周面において開口している。また、これらの中心孔９及びスリット１０は、多孔 質炭化珪素からなるハニカム状の生成形体を押し出し成形等により製造する際に 同時形成できる。また、成形体の製造後に任意の手段を用いて両者９，１０を切 削形成することも可能である。

【００１９】 そして、前記中心孔９及びスリット１０内には、セラミックスファイバー製の 断熱材１１が配設され、この断熱材１１により、フィルタ３からの排気ガス漏れ が防止されている。

【００２０】 また、図４には別のディーゼルパティキュレートフィルタ１２が示されている 。このフィルタ１２は、実施例１のフィルタ３と同一の材料によって同一サイズ に形成されている。但し、縦断面において螺旋状をなすように、幅１．５mmのス リット１３がフィルタ１２の全長にわたって形成されている。前記スリット１３ は中心孔１４に連通すると共に、フィルタ１２の外周面において開口しており、 両者１３，１４の内部には、前記実施例１と同様にセラミックスファイバー製の 断熱材１５が配設されている。そして、このフィルタ１２を用いて排気ガス浄化 装置を製造し、これを実施例２とした。

【００２１】 さて、以上のように形成された実施例１及び２の排気ガス浄化装置の特性を検 討するために、バーナー４で７００℃に加熱されたフィルタ３，１２に対し、エ アコンプレッサ（図示略）によって、燃焼促進用の二次エアを毎分１立方メート ルの割合で５分間流通して、フィルタ３，１２の再生処理を、５００回繰り返し た。そして、図１に示すように、フィルタ３，１２の排気ガス流入側端面上にお ける中心付近の位置Ｐa 及び外周付近の位置Ｐb 、並びに排気ガス流出側端面上 における中心付近の位置Ｐc にて、経時的に温度Ｔa ，Ｔb ，Ｔc （℃）を測定 した。また、この測定値に基づいて、再生処理時におけるＰa ，Ｐb 間の最大温 度差ΔＴab（℃）とＰa ，Ｐc 間の最大温度差ΔＴac（℃）とを求めた。更に、 フィルタ３，１２を肉眼で観察することにより、前記処理に起因するクラックの 発生状況を調査した。その結果を表１に示す。

【００２２】 また、前記各実施例と同一材料製かつ同一サイズであるが、上述のような中心 孔９，１４もスリット１０，１３も備えていないフィルタを製造した。そして、 このフィルタを排気ガス浄化装置に組付けた。これを前記実施例１，２に対する 比較例１とした。

【００２３】 更に、比較例１のフィルタを出発材料として、その中心軸線を通りかつ互いに 直交する２つの面に沿って、十字状のスリットを形成することでフィルタを４分 割し、各分割部分間に断熱材を配置して排気ガス浄化装置に組付けた。これを比 較例２とした。前記比較例１，２についても、同様の測定及び調査を行った。そ の結果を表１に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】 表１から明らかなように、実施例１のフィルタ３では、再生処理におけるＰa ，Ｐb 間の最大温度差ΔＴab及びＰa ，Ｐc 間の最大温度差ΔＴacは、それぞれ １００℃，３００℃であり、何れもクラックが発生する温度差（４００〜５００ ℃）を越えることはなかった。また、実施例２のフィルタ１２における最大温度 差ΔＴab及びΔＴacは、それぞれ１００℃，３００℃となり、前記フィルタ３よ りも小さい値を示した。従って、これらのフィルタ３，１２については、半径方 向及び周方向に作用する応力が幾分緩和され、フィルタの特定部位に対する応力 の集中も起こっていないことが示唆された。

【００２６】 また、再生処理を５００回以上繰り返した後に観察を行ったところ、何れの実 施例のフィルタ３，１２にもクラックの発生は認められず、従来のフィルタより 耐久性が格段に優れていることが分かった。

【００２７】 一方、比較例１，２のフィルタでは、最大温度差ΔＴab及びΔＴacは、共に前 記実施例１，２の値よりも大きかった。また、特にΔＴacについてはクラックが 発生する温度差（４００〜５００℃）よりも大きい値を示し、前記実施例１，２ に比して大きな応力がフィルタに作用していることが示唆された。その結果、比 較例１では再生処理を４回繰り返した後に、比較例２では再生処理を８回繰り返 した後にクラックが生じ、フィルタが破損するに到った。

【００２８】

【考案の効果】

以上詳述したように、本考案のディーゼルパティキュレートフィルタによれば 、簡単な構造であるにも関わらず、フィルタの特定部位に対する応力の集中を確 実に回避できる。よって、フィルタの再生処理を繰り返し行ってもフィルタが破 損に到ることがなく、従来より長期にわたって使用することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案を排気ガス浄化装置に具体化した一実
施例における部分正断面図である。

【図２】 図１の排気ガス浄化装置のディーゼルパティ
キュレートフィルタを示す拡大斜視図である。

【図３】 図１のディーゼルパティキュレートフィルタ
の部分拡大断面図である。

【図４】 実施例２のディーゼルパティキュレートフィ
ルタを示す拡大斜視図である。

【符号の説明】

２ ケーシング、２ａ 通路、３，１２ （ディーゼル
パティキュレート）フィルタ、９，１４ 中心孔、１
０，１３ スリット、１１，１５ 断熱材、Ｅディーゼ
ルエンジン。

Claims (5)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ディーゼルエンジン（Ｅ）の排気側に連通
   する通路（２ａ）を備えたケーシング（２）内に配置さ
   れ、ディーゼルエンジン（Ｅ）の排気ガスを浄化するデ
   ィーゼルパティキュレートフィルタ（３，１２）におい
   て、 前記フィルタ（３，１２）の軸線に沿い、フィルタ
   （３，１２）全長にわたって延びる中心孔（９，１４）
   と、その中心孔（９，１４）に連通すると共にフィルタ
   （３，１２）の外周面において開口し、フィルタ（３，
   １２）全長にわたって延びるスリット（１０，１３）と
   を設けたことを特徴とするディーゼルパティキュレート
   フィルタ。
2. 【請求項２】前記スリット（１０，１３）の幅は１mm〜
   ５mmであることを特徴とする請求項１に記載のディーゼ
   ルパティキュレートフィルタ。
3. 【請求項３】前記中心孔（９，１４）の内径は３mm〜５
   mmに設定されることを特徴とする請求項１または２に記
   載のディーゼルパティキュレートフィルタ。
4. 【請求項４】少なくとも前記スリット（１０，１３）内
   には断熱材（１１，１５）が配設されることを特徴とす
   る請求項１乃至３の何れか一項に記載のディーゼルパテ
   ィキュレートフィルタ。
5. 【請求項５】前記スリット（１３）は断面螺旋状に形成
   されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に
   記載のディーゼルパティキュレートフィルタ。