JPH0561415U - 排ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 ディーゼルエンジンの排ガス中のパティキュ
レートをフィルターで捕集し、これを電気ヒータで効率
良く燃焼させる。 【構成】 排気管に切換弁を介して複数のフィルタート
ラップ３，４を接続させ、パティキュレートを燃焼させ
ようとするフィルタートラップに２０〜１５０リットル
／min の切換弁を介して排ガスを流す。フィルタートラ
ップ内の発泡性セラミック体１１を有す浄化部材８の内
周部に複数の電気ヒータ１２を配し、電気ヒータへの通
電を順次行なう。

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から排出される排ガス中のスス即ちパティキュ レートを効率良く燃焼させ排ガスを浄化させる装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

ディーゼルエンジンからの排ガス中のパティキュレートを捕集し、燃焼させる ことで、排ガスを浄化させようとする試みは既に成されている。たとえば、実開 昭６１−５５１１５号公報は、その一例を示す。同公報に開示される装置は、ハ ニカムフィルター内に軸線方向に延在する放熱部材を設け、さらに、ハニカムフ ィルターの前方に電気ヒータを配す構成となっている。この公知例は、ハニカム フィルターの入口側から入った排ガスは、該ハニカムフィルターを構成する各セ ル間を通過して出口側へ流れる。このような排ガスの流れに際して、排ガス中の パティキュレートがフィルターに捕集される。

【０００３】 捕集されたパティキュレートの量が多くなるにつれ、排ガスの流れ抵抗が大と なるので、この抵抗が所定値を超えた時、電気ヒータに通電し、パティキュレー トを燃焼させる。しかし、車輌の走行中に使用中の排気管の一部でパティキュレ ートを強制燃焼させることは好ましくなく、エンジンを停止させて行なう。

【０００４】 パティキュレートの燃焼には、６００℃以上の高温が必要なことから、電気ヒ ータへの通電は、エンジンを停めた車輌に搭載したバッテリーでは間に合わず、 別個に電源を必要としている。

【０００５】 別個に電源を必要とすることは、フィルターにかなりのパティキュレートが捕 集され、排ガスの流れ抵抗が大きくなると、該電源を備える施設に、ディーゼル エンジンを搭載した車輌を運び込まねばならず、実用上不便なことの一つとなっ ている。

【０００６】 そこで、ディーゼルエンジンに直結した発電機を電気ヒータに接続し、必要な 通電量を確保可能とする試みが成される。 この試みは、かなり有用ではあるが、しかし、フィルターに捕集されたパティ キュレートによる排ガスの流れ抵抗増大は、既に、ディーゼルエンジンに大きな 負担をかけており、加えて、発電機による負担をディーゼルエンジンに課すこと は最善の策と云えない。

【０００７】 この試みに対する改良案は、排気管に対のフィルタートラップを接続し、一方 のフィルタートラップに排ガスを通している間、切換弁により、他方のフィルタ ートラップへの排ガスの流れを止め、該他方のフィルタートラップ内に捕集され たパティキュレートを電気ヒータで燃焼させるものである。 この改良案は、捕集されたパティキュレートによる排ガスの流れ抵抗が顕著に 増加する前に、切換弁により、別のフィルタートラップに排ガスを流し、パティ キュレートの燃焼が可能なので、ディーゼルエンジンへの負担が少い。

【０００８】 この改良案も、しかし、電気ヒータの熱がフィルターに伝達され難く、又、外 気温の影響を受けて、フィルター内の昇温が迅速に望めず、パティキュレートの 燃焼効率が悪いと云う欠点を示す。

【０００９】

【本考案が解決しようとする課題】

それ故に、本考案は前述した従来技術の不具合を解消させることを解決すべき 課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

本考案は、前述した課題を解決するために、基本的には排気管に複数個のフィ ルタートラップを切換弁を介して接続し、フィルターに捕集されたパティキュレ ートを電気ヒータにより燃焼させる際、切換弁を介して２０〜１５０リットル／ min の排ガスを流す技術的手段を用いる。

【００１１】 具体的には、本考案はディーゼルエンジンに連結された排気管に切換バルブを 介して結合された複数個のフィルタートラップを有し、該切換バルブが一方のフ ィルタートラップの２０〜１５０リットル／min の排ガスを流し、該フィルター トラップが筒状にして且つ内部から外側へと排ガスを通過させるフィルター部材 と、該フィルター部材の内周に沿って配されたシーズヒータ又は電気ヒータとの 組合せからなる浄化部材を複数個有する排ガス浄化装置を提供する。 好ましくは、フィルター部材を内外の筒でつつみ、フィルター部材を発泡性セ ラミック体とし、該フィルター部材に低温燃焼用触媒を担持させる。

【００１２】

【作用】

本考案によれば、パティキュレートの燃焼中、排ガスの一部を供給しているの で、２００℃近い排ガスの温度が、電気ヒータの発熱の一部を助け、パティキュ レートの燃焼を促進させる。ヒータ付近の高温雰囲気をフィルター部材内に流し 込み、フィルターの昇温を速める。かくして、バッテリーや発電機の負担を軽く できる。又、触媒はパティキュレートを低温で燃焼させる働きをするので、電力 量の低減に効果的である。

【００１３】

【実施例】

図１に示すように、ディーゼルエンジン（図示なし）に接続された排気管１に 切換弁２を介して、対のフィルタートラップ３，４を結合させる。フィルタート ラップ３，４の下流側には、図示しないマフラーを付ける。

【００１４】 図２に示すように、各フィルタートラップ３，４は、外方に膨出させた大きな 径の部分を有するケーシング５を有す。該ケーシング５内には、離間対向した前 後の有孔プレート６，７を配す。両プレート６，７間に浄化部材８を複数個互い に間隔をとって取付ける。好ましくは６〜１０個取付ける。

【００１５】 図３と図４に示す如く、各浄化部材８は有孔な内外筒９，１０間に位置し且つ 発泡性セラミック体１１と、内筒１０の内側に固定させた複数個のシーズヒータ １２とを有す。 各シーズヒータ１２はリード線１３を介して電源に接続されるが、各シーズヒ ータ１２への通電量は個別に制御され得る。従って、たとえば、各フィルタート ラップ３，４内に各８個の浄化部材８を用いたとすれば、排ガス中のパティキュ レートを燃焼させている方のフィルタートラップの浄化部材８の２個づつに順次 通電していくことで、排ガスの浄化を、小さな供給電力で燃焼可能にする。

【００１６】 図示例において、入口１３からケーシング５内へ入った排ガスは、前プレート ６の孔１４から内筒１０内へ入り、内筒１０の孔１６から発泡性セラミック体１ １を通って、外筒９の孔１５から後プレート７の孔１７へと向い、出口１８へ流 れる。 たとえば、一方のフィルタートラップ４へ排ガスを流していることで、その内 の発泡性セラミック体１１にパティキュレートが捕集されたならば、切換弁２に より、排ガスの主部分をフィルタートラップ３へ流し、フィルタートラップ４に は２０〜１５０リットル／min の排ガスを流すと同時に、電気ヒータ１２へ通電 する。該通電は、発泡性セラミック体１１に捕集されたパティキュレートを排ガ スを介して加熱し、燃焼させる。即ち、２００℃前後の排ガスは、電気ヒータ１ ２により６００℃前後に昇温し、パティキュレートを燃焼させる。これは、電気 ヒータの熱を直接パティキュレートに伝達させるより、効率的である。低温触媒 の利用は、パティキュレートの燃焼温度をさらに下げることができる。

【００１７】 本例においては、パティキュレートを燃焼させているフィルタートラップ内の 電気ヒータ１２のいくつかに通電し、この通電を他の電気ヒータ１２に切換える ことで、供給電力を低く抑えながら、パティキュレートを燃焼させることができ る。 尚、パティキュレートの低温での燃焼を可能にする触媒について次に述べる。

【００１８】 発泡性セラミック体１１に担持される低温燃焼用触媒は、Cs、Ｋ等のアルカリ 金属、Cu、Co、Mn、Ｖ、La、Ceの一種又は二種以上の組合せからなる。たとえば 、Cu−La−Cs−Ｖの組合せからなる触媒を用いることができる。

【００１９】 図示例では、ケーシング５および各発泡性セラミック体１１の断面を円形とし ているが、断面形状を楕円にすることで、表面積を大とさせるようにしてもよい 。 また、内外筒９，１０に穿けた孔１５，１６は排ガス導入側を大きく、下流側 を小さくし、排ガスを早目に発泡性セラミック体１１へ入るようにするとよい。 さらに、ケーシング５の断面をとった時、その中心部に位置する浄化部材と、 その外周部側に位置する多くの浄化部材とでは、内外筒９，１０の孔１５，１６ の大きさを変え、排ガスの流れ抵抗に変化を持たせ、各浄化部材に均一に排ガス が入るようにするとよい。 発泡性セラミック体は、ドーナッツ状のものを積層したものでもよい。又、図 示例のものを複数配してもよい。

【００２０】 図５以下に別の例を示す。図５に示すように、ディーゼルエンジン（図示なし ）に接続された排気管１０１に切換弁１０２を介して、対のフィルタートラップ １０３，１０４を結合させる。フィルタートラップ１０３，１０４の下流側には 、図示しないマフラーを付ける。

【００２１】 図６に示すように、各フィルタートラップ１０３，１０４は、外方に膨出させ た大きな径の部分を有するケーシング１０５を有す。該ケーシング１０５内には 、離間対向した前後の有孔プレート１０６，１０７を配す。両プレート１０６， １０７間に浄化部材１０８を複数個互いに間隔をとって取付ける。少なくとも２ 個以上取付ける。

【００２２】 図７と図８に示す如く、各浄化部材１０８は前後の有孔プレート１０６，１０ ７間に位置し且つ発泡性セラミック体１０９と、電気ヒータ１１１とを有す。発 泡性セラミック体１０９は両プレート１０６，１０７間にシール材１１３を介し てセットされ、該発泡性セラミック体１０９は、その外周側にパティキュレート のブローオフを防ぐ多孔性セラミック膜層１１０を有す。電熱線からなる各電気 ヒータ１１１はリード線１１２を介して電源に接続されるが、各電気ヒータ１１ １への通電は個別に制御され得る。従って、たとえば、各フィルタートラップ１ ０３，１０４内に各３個の浄化部材１０８を用いたとすれば、排ガス中のパティ キュレートを燃焼させている方のフィルタートラップの浄化部材１０８を１個づ つ３回に分けて通電していくことで、排ガスの浄化を、小さな供給電力で燃焼可 能にする。

【００２３】 図示例において、入口１１５からケーシング１０５内へ入った排ガスは、前プ レート１０６の孔１１４から内筒へ入り、発泡性セラミック体１０９、多孔性セ ラミック膜層１１０を経て、後プレート１０７の孔１１６へと向い、出口１１７ へ流れる。この間、排ガス中のパティキュレートは発泡性セラミック体１０９及 び多孔性セラミック膜層１１０に捕捉される。 たとえば、一方のフィルタートラップ１０４へ排ガスを流していることで、そ の内の発泡性セラミック体１０９及び多孔性セラミック膜層１１０にパティキュ レートが捕集されたならば、切換弁１０２により、排ガスの主部分をフィルター トラップ１０３へ流し、フィルタートラップ１０４には２０〜１５０リットル／ min の排ガスを流すと同時に、電気ヒータ１１１へ通電する。該通電は、発泡性 セラミック体１０９及び多孔性セラミック膜層１１０に捕集されたパティキュレ ートを排ガスを介して加熱し、燃焼させる。即ち、２００℃前後の排ガスは、電 気ヒータ１１１により６００℃前後に昇温し、パティキュレートを燃焼させる。 この様な形態の燃焼では、ヒータとフィルターを出来るだけ近接させた方が好ま しく、フィルターの肉厚も小さくした方が効果的にフィルターへ熱を伝えること が出来る。

【００２４】 さらに、パティキュレートを低温で燃焼せしめる触媒（例えば４００℃）を用 いることは、消費電力を小さくする上で非常に有効な手段である。また、本例に おいては、パティキュレートを燃焼させているフィルタートラップ内の電気ヒー タ１１１に逐次通電していく方式を採用しているので供給電力を低く抑えながら 、パティキュレートを燃焼させることができる。

【００２５】 尚、パティキュレートの低温での燃焼を可能にする触媒について次に述べる。 外周に多孔性セラミック膜層を有する発泡性セラミック体１０９に担持される 低温燃焼用触媒は、Cs、Ｋ等のアルカリ金属、Cu、Co、Mn、Ｖ、La、Ceの一種又 は二種以上の組合せからなる。たとえば、Cu−La−Cs−Ｖの組合せからなる触媒 を用いることができる。

【００２６】 本考案の発泡性セラミック体は、基本的には米国デュライロン社の特許（特願 平１−５０５９３号）で製造される多孔性セラミック形材をパティキュレート捕 集用のフィルターとして適用するものであるが、この方法によると鋳型中に鋳込 み又は射出成形することが可能なので色々な形状のフィルターを製造することが できる。 さらに鋳型の離型面に予め適切な界面活性剤を塗付しておくと、該離型面に薄 い多孔性セラミック膜層を形成させることも可能である。この薄い多孔性セラミ ック膜は、その細孔が発泡性セラミック体のポアよりもかなり小さく、これによ りパティキュレートのブローオフを防ぐことが出来る。

【００２７】 図示例では、ケーシング１０５および各発泡性セラミック体の断面を円形とし ているが、断面形状を楕円にすることで、表面積を大とさせるようにしてもよい 。 また、ケーシング１０５の断面をとった時、その中心部に位置する浄化部材と 、その外周部側に位置する多くの部材とでは、その大きさを変え、排ガスの流れ 抵抗に変化を持たせ、各浄化部材に均一に排ガスが入るようにするとよい。

【００２８】

【効果】

本考案によれば、排ガスを電気ヒータを順次通電しながら昇温させ、昇温排ガ スでパティキュレートを燃焼させるので、供給電力を低く抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一例の断面図である。

【図２】フィルタートラップの拡大断面図である。

【図３】浄化部材の断面図である。

【図４】浄化部材の縦断面図である。

【図５】本考案の別の例の断面図である。

【図６】フィルタートラップの拡大断面図である。

【図７】浄化部材の断面図である。

【図８】浄化部材の縦断面図である。

【符号の説明】

１ 排気管 ２ 切換弁 ３，４ フィルタートラップ １１ 発泡性セラミック体 １２ シーズヒータ １０１ 排気管 １０２ 切換弁 １０３，１０４ フィルタートラップ １０８ 浄化部材 １０９ 発泡性セラミック体 １１０ 多孔性セラミック膜層 １１１ 電気ヒータ

Claims (6)

【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に連結された排気管
   に切換バルブを介して結合された複数個のフィルタート
   ラップを有し、該切換バルブが一方のフィルタートラッ
   プへ２０〜１５０リットル／min の排ガスを流し、該フ
   ィルタートラップが筒状にして且つ内部から外側へと排
   ガスを通過させるフィルター部材と、該フィルター部材
   の内周に沿って配されたシーズヒータとの組合せからな
   る浄化部材を複数個有する排ガス浄化装置。
2. 【請求項２】 フィルター部材が有孔な内外の筒と、そ
   の間に位置し且つ発泡性セラミック体からなる請求項１
   の排ガス浄化装置。
3. 【請求項３】 フィルター部材に低温燃焼用触媒を担持
   させている請求項２の排ガス浄化装置。
4. 【請求項４】 ディーゼルエンジンに連結された排気管
   に切換バルブを介して結合された複数個のフィルタート
   ラップを有し、該切換バルブが一方のフィルタートラッ
   プへ２０〜１５０リットル／min の排ガスを流し、該フ
   ィルタートラップが筒状にして且つ内部から外側へと排
   ガスを通過させるフィルター部材と、該フィルター部材
   の内周に沿って配された電気ヒータとの組合せからなる
   浄化部材を複数個有する排ガス浄化装置。
5. 【請求項５】 フィルター部材が発泡性セラミック体か
   らなり、その排気下流側にパティキュレートのブローオ
   フを防ぐ多孔性セラミック膜層を有する請求項４の排ガ
   ス浄化装置。
6. 【請求項６】 フィルター部材に低温燃焼用触媒を担持
   させている請求項５の排ガス浄化装置。