JPH06294313A - 排気ガス浄化用トラップ - Google Patents
排気ガス浄化用トラップInfo
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- JPH06294313A JPH06294313A JP5058837A JP5883793A JPH06294313A JP H06294313 A JPH06294313 A JP H06294313A JP 5058837 A JP5058837 A JP 5058837A JP 5883793 A JP5883793 A JP 5883793A JP H06294313 A JPH06294313 A JP H06294313A
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
- Filtering Materials (AREA)
- Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ディーゼルエンジンから排出される排気ガス
中の有害成分を、高い捕集効率で、短時間で圧損が上昇
せず、低出力で再生可能なトラップにより完全に除去す
る。 【構成】 トラップ容器１３内に円筒状のフィルタ１１
と一体に組込んだヒータ１２から成るフィルタエレメン
ト１０を複数本設ける。フィルタ１１は３層構造から成
り、内層１１Ａと外層１１Ｃは三次元鋼状構造多孔体の
円筒状成形体である。中間層１１Ｂはフェルト状セラミ
ックス多孔体から成る。
中の有害成分を、高い捕集効率で、短時間で圧損が上昇
せず、低出力で再生可能なトラップにより完全に除去す
る。 【構成】 トラップ容器１３内に円筒状のフィルタ１１
と一体に組込んだヒータ１２から成るフィルタエレメン
ト１０を複数本設ける。フィルタ１１は３層構造から成
り、内層１１Ａと外層１１Ｃは三次元鋼状構造多孔体の
円筒状成形体である。中間層１１Ｂはフェルト状セラミ
ックス多孔体から成る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はディーゼルエンジンの排
気ガス中のカーボン等のパティキュレート（微粒子）を
捕集・除去するための排気ガス浄化用トラップに関す
る。
気ガス中のカーボン等のパティキュレート（微粒子）を
捕集・除去するための排気ガス浄化用トラップに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】自動車の排気ガスは、大気汚染の大きな
原因の一つで、排気ガスに含まれる有害成分を除去する
技術は極めて重要である。特に、ディーゼルエンジン車
においては、主にＮＯｘとカーボンを主体とするパティ
キュレート（微粒子）の除去が重要な課題である。
原因の一つで、排気ガスに含まれる有害成分を除去する
技術は極めて重要である。特に、ディーゼルエンジン車
においては、主にＮＯｘとカーボンを主体とするパティ
キュレート（微粒子）の除去が重要な課題である。
【０００３】これらの有害成分を除去するために、ＥＧ
Ｒをかけたり、燃料噴射系の改善や燃焼室形状の改善を
行ったりといったエンジン側での改善も行われている
が、抜本的な決め手がなく、特開昭５８−５１２３５号
公報等では排気通路に設置したフィルタによってパティ
キュレートを捕集除去することが提案されており、この
後処理法が現在では最も実用的であると考えられてい
る。
Ｒをかけたり、燃料噴射系の改善や燃焼室形状の改善を
行ったりといったエンジン側での改善も行われている
が、抜本的な決め手がなく、特開昭５８−５１２３５号
公報等では排気通路に設置したフィルタによってパティ
キュレートを捕集除去することが提案されており、この
後処理法が現在では最も実用的であると考えられてい
る。
【０００４】かかる後処理法では、ディーゼルエンジン
排気に含まれるパティキュレートを捕集するためのトラ
ップとしては、使用される条件から次のような性能を満
足する必要がある。
排気に含まれるパティキュレートを捕集するためのトラ
ップとしては、使用される条件から次のような性能を満
足する必要がある。
【０００５】まず第１に、通過排気ガスの清浄度を満足
させるだけのパティキュレートの捕集効率をもっている
ことが必要である。パティキュレート排出量は、ディー
ゼルエンジンの排気量や負荷等により変化するが、一般
にはディーゼルエンジンからの排出量の平均６０％以上
を捕集できることが必要である。
させるだけのパティキュレートの捕集効率をもっている
ことが必要である。パティキュレート排出量は、ディー
ゼルエンジンの排気量や負荷等により変化するが、一般
にはディーゼルエンジンからの排出量の平均６０％以上
を捕集できることが必要である。
【０００６】第２には、排気ガスに対する圧損が小さい
ことが必要である。パティキュレートが捕集されるに従
って、トラップをエンジン排気が通過するときの圧損が
大きくなって、エンジンに背圧がかかり悪影響をもたら
す。このため、通常捕集後の圧力損失を３０ＫＰａ以下
に抑える必要があるといわれている。したがって、トラ
ップに一定量以上のパティキュレートが捕集されると、
定期的に捕集物の除去再生を行い、初期の圧損状態まで
回復してやる必要がある。パティキュレート捕集量に対
する圧力損失の上昇割合が大きいと、この除去再生操作
の頻度が多くなり実用的でない。したがって、トラップ
は初期圧力損失が小さいことはもちろん、排気ガスを通
過させパティキュレートが捕集されても圧力損失が上が
りにくいことが必要とされる。
ことが必要である。パティキュレートが捕集されるに従
って、トラップをエンジン排気が通過するときの圧損が
大きくなって、エンジンに背圧がかかり悪影響をもたら
す。このため、通常捕集後の圧力損失を３０ＫＰａ以下
に抑える必要があるといわれている。したがって、トラ
ップに一定量以上のパティキュレートが捕集されると、
定期的に捕集物の除去再生を行い、初期の圧損状態まで
回復してやる必要がある。パティキュレート捕集量に対
する圧力損失の上昇割合が大きいと、この除去再生操作
の頻度が多くなり実用的でない。したがって、トラップ
は初期圧力損失が小さいことはもちろん、排気ガスを通
過させパティキュレートが捕集されても圧力損失が上が
りにくいことが必要とされる。
【０００７】第３には、上述の繰り返し行われる除去再
生処理が簡便に、かつなるべく低エネルギで完全にでき
ることが必要となる。パティキュレートの除去再生方法
としては、軽油バーナーを利用した方法なども検討され
ているが、安全性や制御のしやすさ車への搭載性といっ
た点を考慮すると、電気ヒータを用いた方法が最も有望
であると言われている。しかし電気ヒータ再生の場合、
車に搭載されるバッテリーやオイルネーターなどに過度
の負担をかけないよう、できるだけ低い電力で再生でき
るようにする必要がある。
生処理が簡便に、かつなるべく低エネルギで完全にでき
ることが必要となる。パティキュレートの除去再生方法
としては、軽油バーナーを利用した方法なども検討され
ているが、安全性や制御のしやすさ車への搭載性といっ
た点を考慮すると、電気ヒータを用いた方法が最も有望
であると言われている。しかし電気ヒータ再生の場合、
車に搭載されるバッテリーやオイルネーターなどに過度
の負担をかけないよう、できるだけ低い電力で再生でき
るようにする必要がある。
【０００８】上記の要件を満足するフィルタエレメント
としては、従来コーディエライトセラミックスのウォー
ルフロー式のハニカム状多孔体が最も実用に近いと考え
られてきた。この方式では、パティキュレートが局所に
たまりやすく、またコーディエライトセラミックスは熱
伝導率が小さいため、再生時にヒートスポットができや
すく、フィルタが溶損したり、熱応力によってクラック
を生じたりすることがあり、信頼性が確保できなかっ
た。そこで、現在では再生時にクラック等の発生がなく
信頼性の高い金属製フィルタエレメントやセラミックフ
ァイバをキャンドル状に形成したフィルタエレメントが
注目されている。
としては、従来コーディエライトセラミックスのウォー
ルフロー式のハニカム状多孔体が最も実用に近いと考え
られてきた。この方式では、パティキュレートが局所に
たまりやすく、またコーディエライトセラミックスは熱
伝導率が小さいため、再生時にヒートスポットができや
すく、フィルタが溶損したり、熱応力によってクラック
を生じたりすることがあり、信頼性が確保できなかっ
た。そこで、現在では再生時にクラック等の発生がなく
信頼性の高い金属製フィルタエレメントやセラミックフ
ァイバをキャンドル状に形成したフィルタエレメントが
注目されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た金属製フィルタエレメントやセラミックファイバフィ
ルタエレメントは、その構造上コーディエライトセラミ
ックスのウォールフローフィルタほど排気ガスの流入表
面積を大きくとることができない。そのため、高い捕集
効率を得るようにフィルタ設計を行うと、パティキュレ
ートがフィルタ表面ばかりに捕集されて目詰まりをおこ
し、その結果圧損が急激に上昇しフィルタ再生間隔が短
いという問題があった。
た金属製フィルタエレメントやセラミックファイバフィ
ルタエレメントは、その構造上コーディエライトセラミ
ックスのウォールフローフィルタほど排気ガスの流入表
面積を大きくとることができない。そのため、高い捕集
効率を得るようにフィルタ設計を行うと、パティキュレ
ートがフィルタ表面ばかりに捕集されて目詰まりをおこ
し、その結果圧損が急激に上昇しフィルタ再生間隔が短
いという問題があった。
【００１０】また、コーディエライトセラミックスのウ
ォールフローフィルタにおいては、パティキュレートの
燃焼時の自己発熱を利用した燃焼伝播によって少ない電
力量で効率よく再生を行う事ができるのに対し、金属製
フィルタエレメントやセラミックファイバフィルタエレ
メントはコーディエライトセラミックスのウォールフロ
ーフィルタほど多量にパティキュレートを捕集できず、
パティキュレートの燃焼熱が小さいため、電気ヒータか
ら発生される熱のみで再生を行わなければならない。そ
の結果、再生電力量が大きくなりすぎるという問題があ
った。
ォールフローフィルタにおいては、パティキュレートの
燃焼時の自己発熱を利用した燃焼伝播によって少ない電
力量で効率よく再生を行う事ができるのに対し、金属製
フィルタエレメントやセラミックファイバフィルタエレ
メントはコーディエライトセラミックスのウォールフロ
ーフィルタほど多量にパティキュレートを捕集できず、
パティキュレートの燃焼熱が小さいため、電気ヒータか
ら発生される熱のみで再生を行わなければならない。そ
の結果、再生電力量が大きくなりすぎるという問題があ
った。
【００１１】本発明は、上述した従来のフィルタエレメ
ントの問題点に留意して、高い捕集効率と捕集にともな
い短時間で圧損が急激に上昇しない性能を維持したまま
高熱効率で、すなわち低出力で短時間で再生が可能な、
ヒータを組み込んだ金属製フィルタエレメントやセラミ
ックファイバフィルタエレメントからなるディーゼルエ
ンジン用排気ガス浄化用トラップを提供することを課題
とする。
ントの問題点に留意して、高い捕集効率と捕集にともな
い短時間で圧損が急激に上昇しない性能を維持したまま
高熱効率で、すなわち低出力で短時間で再生が可能な、
ヒータを組み込んだ金属製フィルタエレメントやセラミ
ックファイバフィルタエレメントからなるディーゼルエ
ンジン用排気ガス浄化用トラップを提供することを課題
とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する手段
としてこの発明は、フィルタにヒータを一体に組込んだ
フィルタエレメントを排気系に設置されるフィルタ容器
内に装着し、前記フィルタを耐熱金属多孔体とセラミッ
ク多孔体の積層構造体から構成して成る排気ガス浄化用
トラップとしたのである。
としてこの発明は、フィルタにヒータを一体に組込んだ
フィルタエレメントを排気系に設置されるフィルタ容器
内に装着し、前記フィルタを耐熱金属多孔体とセラミッ
ク多孔体の積層構造体から構成して成る排気ガス浄化用
トラップとしたのである。
【００１３】この場合、ヒータが絶縁被覆を有してお
り、絶縁被覆表面の少なくとも一部がフィルタエレメン
トの耐熱金属多孔体部分に接触しているようにすること
ができる。
り、絶縁被覆表面の少なくとも一部がフィルタエレメン
トの耐熱金属多孔体部分に接触しているようにすること
ができる。
【００１４】又、上記いずれかのトラップで、セラミッ
ク多孔体がセラミックの長繊維を隙間をもって巻き付け
た構造体または、セラミック短繊維のフェルト状成形体
であるようにしてもよい。その際、フィルタエレメント
がセラミック多孔体を内外周から耐熱金属多孔体で挾み
込まれ固定された構造体であるようにすることもでき
る。
ク多孔体がセラミックの長繊維を隙間をもって巻き付け
た構造体または、セラミック短繊維のフェルト状成形体
であるようにしてもよい。その際、フィルタエレメント
がセラミック多孔体を内外周から耐熱金属多孔体で挾み
込まれ固定された構造体であるようにすることもでき
る。
【００１５】さらに、上記第一又は第二の発明におい
て、フィルタエレメントが、耐熱金属多孔体の外周にセ
ラミック長繊維を多孔質構造となるように巻き付けた構
造体であるようにしてもよい。
て、フィルタエレメントが、耐熱金属多孔体の外周にセ
ラミック長繊維を多孔質構造となるように巻き付けた構
造体であるようにしてもよい。
【００１６】いずれの場合も、耐熱金属多孔体が耐熱金
属からなる三次元網状構造多孔体であるようにするのが
好ましい。その際、耐熱金属多孔体が耐熱金属からなる
三次元網状構造多孔体の孔内に金属粉末、繊維もしくは
セラミック繊維を充填して、孔径を調整したものである
ようにするのがよい。
属からなる三次元網状構造多孔体であるようにするのが
好ましい。その際、耐熱金属多孔体が耐熱金属からなる
三次元網状構造多孔体の孔内に金属粉末、繊維もしくは
セラミック繊維を充填して、孔径を調整したものである
ようにするのがよい。
【００１７】
【作用】以上の構成とした本発明のトラップに至る過程
として、電気ヒータ再生装置をもったフィルタにおいて
は、再生時にはヒータに電流を流して加熱すると、それ
にともなってフィルタおよびその孔部に捕集されたパテ
ィキュレートが加熱される。パティキュレートは発火点
に達すると、燃焼し再生が始まる。低電力での再生の要
求から、一般的には５〜１０分で再生が完了する必要が
ある。ヒータによって加熱されたフィルタ各部は徐々に
昇温され、最終的にはフィルタ各部からの放熱とバラン
スがとれ一定温度に達する。しかし、上述のように５〜
１０分で再生が完了しなければならないと言うことは、
フィルタ各部の温度が定常状態に達する前に再生が完了
することを意味する。すなわち、昇温過程でいかに必要
な部分以外への伝熱を抑えるかが、短時間再生達成のポ
イントになる。上述の観点から、フィルタエレメントの
構造を見直した結果本発明に至ったのであるが、以下そ
の作用について説明する。
として、電気ヒータ再生装置をもったフィルタにおいて
は、再生時にはヒータに電流を流して加熱すると、それ
にともなってフィルタおよびその孔部に捕集されたパテ
ィキュレートが加熱される。パティキュレートは発火点
に達すると、燃焼し再生が始まる。低電力での再生の要
求から、一般的には５〜１０分で再生が完了する必要が
ある。ヒータによって加熱されたフィルタ各部は徐々に
昇温され、最終的にはフィルタ各部からの放熱とバラン
スがとれ一定温度に達する。しかし、上述のように５〜
１０分で再生が完了しなければならないと言うことは、
フィルタ各部の温度が定常状態に達する前に再生が完了
することを意味する。すなわち、昇温過程でいかに必要
な部分以外への伝熱を抑えるかが、短時間再生達成のポ
イントになる。上述の観点から、フィルタエレメントの
構造を見直した結果本発明に至ったのであるが、以下そ
の作用について説明する。
【００１８】第一の発明における金属多孔体は熱伝導率
が高いため、フィルタ各部での温度分布が生じにくく、
早い時期にフィルタ全面から再生が始まる。しかし、熱
伝導率が高いことは、本来昇温されなければならないフ
ィルタ部分以外にも、熱エネルギが逃げてしまうことに
もつながり、結果的に堆積パティキュレートの燃焼完了
が遅くなる。しかし、金属多孔体に低熱伝導率のセラミ
ック多孔体を積層複合することにより、パティキュレー
トの大部分が堆積している金属多孔体部分は熱伝導率が
高いため昇温速度を速められ、パティキュレートが殆ど
堆積していないセラミック多孔体部分は昇温を遅らせ必
要以上に加熱しないですませることができる。すなわ
ち、再生のための電気エネルギを有効に使うことができ
る。
が高いため、フィルタ各部での温度分布が生じにくく、
早い時期にフィルタ全面から再生が始まる。しかし、熱
伝導率が高いことは、本来昇温されなければならないフ
ィルタ部分以外にも、熱エネルギが逃げてしまうことに
もつながり、結果的に堆積パティキュレートの燃焼完了
が遅くなる。しかし、金属多孔体に低熱伝導率のセラミ
ック多孔体を積層複合することにより、パティキュレー
トの大部分が堆積している金属多孔体部分は熱伝導率が
高いため昇温速度を速められ、パティキュレートが殆ど
堆積していないセラミック多孔体部分は昇温を遅らせ必
要以上に加熱しないですませることができる。すなわ
ち、再生のための電気エネルギを有効に使うことができ
る。
【００１９】以上の機能を充分に発揮するために第二の
発明で限定しているように、上記積層構造フィルタの金
属多孔体部分とヒータとができるだけ熱抵抗の小さい状
態で接触していることが肝要である。この場合、一般に
金属多孔体は導電性があるので、ヒータは少なくとも金
属多孔体との接触部分が絶縁被覆を有していることが必
要である。
発明で限定しているように、上記積層構造フィルタの金
属多孔体部分とヒータとができるだけ熱抵抗の小さい状
態で接触していることが肝要である。この場合、一般に
金属多孔体は導電性があるので、ヒータは少なくとも金
属多孔体との接触部分が絶縁被覆を有していることが必
要である。
【００２０】また、第三の発明のように、上記積層構造
体をフィルタとして用いた場合、セラミック多孔体部分
にはなるべく伝熱量が少なくなるのが好ましいから、セ
ラミック多孔体部分で温度勾配が生ずることは避けられ
ない。したがって、用いるセラミック多孔体としては、
熱応力が生じにくい構造を持つものが好ましい。このよ
うなセラミック多孔体としては、セラミックの長繊維を
隙間を持って巻き付けた構造体や、セラミック短繊維を
フェルト状に成形したものがある。これらのセラミック
多孔体はしっかりとした保形性を有しておらず、したが
って熱膨張を容易に歪で緩和でき熱亀裂を生じる心配が
ない。
体をフィルタとして用いた場合、セラミック多孔体部分
にはなるべく伝熱量が少なくなるのが好ましいから、セ
ラミック多孔体部分で温度勾配が生ずることは避けられ
ない。したがって、用いるセラミック多孔体としては、
熱応力が生じにくい構造を持つものが好ましい。このよ
うなセラミック多孔体としては、セラミックの長繊維を
隙間を持って巻き付けた構造体や、セラミック短繊維を
フェルト状に成形したものがある。これらのセラミック
多孔体はしっかりとした保形性を有しておらず、したが
って熱膨張を容易に歪で緩和でき熱亀裂を生じる心配が
ない。
【００２１】また、第四の発明のように、セラミック多
孔体が上述のセラミック長繊維の巻き付け構造体や、セ
ラミック短繊維のフェルトのように保形性がない場合に
は、金属多孔体と一体化するために、セラミック多孔体
を金属多孔体で挾み込み固定することは、フィルタとし
て安定した性能を長期間にわたって維持するために有用
な方法である。
孔体が上述のセラミック長繊維の巻き付け構造体や、セ
ラミック短繊維のフェルトのように保形性がない場合に
は、金属多孔体と一体化するために、セラミック多孔体
を金属多孔体で挾み込み固定することは、フィルタとし
て安定した性能を長期間にわたって維持するために有用
な方法である。
【００２２】さらに第五の発明のように、セラミック多
孔体がセラミック長繊維の巻き付け構造体の場合、金属
多孔体の外周にセラミック長繊維を多孔質構造となるよ
うに巻き付けることによっても一体となった保形性を有
するフィルタが形成できる。
孔体がセラミック長繊維の巻き付け構造体の場合、金属
多孔体の外周にセラミック長繊維を多孔質構造となるよ
うに巻き付けることによっても一体となった保形性を有
するフィルタが形成できる。
【００２３】第六の発明では、用いる金属多孔体として
は、パティキュレート捕集効率が高く、かつ捕集にとも
なう圧損の上昇が小さいものが好ましい。この観点か
ら、連通気孔を有する耐熱金属からなる三次元網状構造
多孔体は優れた特性を持っている。三次元網状構造多孔
体の一例は、図５に示すように、ポケット状の連通気孔
１が骨格２に囲まれた構造をした多孔体である。三次元
網状構造多孔体の別の例は、図６に示すように、繊維状
の骨格３が三次元的に絡み合って連通気孔４を形成した
多孔体である。これらの多孔体は多孔率が高いため、ガ
ス流動抵抗が極めて小さく、また、骨格が三次元的にネ
ットワークを組んでいるためパティキュレートの捕集性
能が優れている。
は、パティキュレート捕集効率が高く、かつ捕集にとも
なう圧損の上昇が小さいものが好ましい。この観点か
ら、連通気孔を有する耐熱金属からなる三次元網状構造
多孔体は優れた特性を持っている。三次元網状構造多孔
体の一例は、図５に示すように、ポケット状の連通気孔
１が骨格２に囲まれた構造をした多孔体である。三次元
網状構造多孔体の別の例は、図６に示すように、繊維状
の骨格３が三次元的に絡み合って連通気孔４を形成した
多孔体である。これらの多孔体は多孔率が高いため、ガ
ス流動抵抗が極めて小さく、また、骨格が三次元的にネ
ットワークを組んでいるためパティキュレートの捕集性
能が優れている。
【００２４】また、この三次元網状構造多孔体はかさ密
度が小さく、熱容量が小さいという点でも再生電力を小
さくする上で有効である。さらに、この三次元網状構造
多孔体は成形加工性に優れているため、圧縮加工等によ
って孔径を自由にコントロールできる。
度が小さく、熱容量が小さいという点でも再生電力を小
さくする上で有効である。さらに、この三次元網状構造
多孔体は成形加工性に優れているため、圧縮加工等によ
って孔径を自由にコントロールできる。
【００２５】また、第七の発明のように三次元網状構造
多孔体の孔内に金属粉末、繊維やセラミック繊維等の充
填物を適度に充填して、孔径をコントロールすることに
より、捕集性能の最適化を図ることも容易にできる。
多孔体の孔内に金属粉末、繊維やセラミック繊維等の充
填物を適度に充填して、孔径をコントロールすることに
より、捕集性能の最適化を図ることも容易にできる。
【００２６】
【実施例】以下この発明の実施例について図面を参照し
て説明する。 実施例１ 図１はこの実施例のディーゼルエンジン排気ガス浄化用
トラップの縦断面図である。フィルタエレメント１０
は、円筒状のフィルタ１１と一体に組み込まれたヒータ
１２とからなる。このフィルタエレメント１０はトラッ
プ容器１３中に７本装着された。本実施例の場合、排気
ガスは円筒状フィルタ１１の内面から供給され、パティ
キュレートを取り除かれた後外面から排出される。
て説明する。 実施例１ 図１はこの実施例のディーゼルエンジン排気ガス浄化用
トラップの縦断面図である。フィルタエレメント１０
は、円筒状のフィルタ１１と一体に組み込まれたヒータ
１２とからなる。このフィルタエレメント１０はトラッ
プ容器１３中に７本装着された。本実施例の場合、排気
ガスは円筒状フィルタ１１の内面から供給され、パティ
キュレートを取り除かれた後外面から排出される。
【００２７】図２の（ａ）は、フィルタ１１の断面図を
示す。フィルタ１１は外径４８ｍｍ、内径２８ｍｍ、長
さ１９０ｍｍで３層構造をしており、内層１１ＡはＮｉ
ＣｒＡｌ製三次元網状構造多孔体（住友電気工業製、商
品名「セルメット」、平均孔径４００μｍ）で、厚さ５
ｍｍの円筒状成形体からなる。中間層１１Ｂは、Ａｌ2
Ｏ3 −ＳｉＯ2 の短繊維からなる厚さ３ｍｍのフェルト
状カラミック多孔体（イソライト工業製、商品名カオウ
ールフェルト、繊維径２．５μｍ）からなる。
示す。フィルタ１１は外径４８ｍｍ、内径２８ｍｍ、長
さ１９０ｍｍで３層構造をしており、内層１１ＡはＮｉ
ＣｒＡｌ製三次元網状構造多孔体（住友電気工業製、商
品名「セルメット」、平均孔径４００μｍ）で、厚さ５
ｍｍの円筒状成形体からなる。中間層１１Ｂは、Ａｌ2
Ｏ3 −ＳｉＯ2 の短繊維からなる厚さ３ｍｍのフェルト
状カラミック多孔体（イソライト工業製、商品名カオウ
ールフェルト、繊維径２．５μｍ）からなる。
【００２８】外層１１Ｃは内層と同様ＮｉＣｒＡｌ製三
次元網状構造多孔体（平均孔径４００μｍ）を板厚方向
に１／３に圧縮成形した厚さ２ｍｍの円筒体からなる。
次元網状構造多孔体（平均孔径４００μｍ）を板厚方向
に１／３に圧縮成形した厚さ２ｍｍの円筒体からなる。
【００２９】ヒータ１２は１２Ｖ、５０ＷのＮｉＣｒヒ
ータをもつ外径４ｍｍのシースヒータをフィルタ１本当
たり４本組み込んだ。なお、ヒータのシース外表面はフ
ィルタの内層部と中間層部に接触し、外層部には接触し
ないように装着した。
ータをもつ外径４ｍｍのシースヒータをフィルタ１本当
たり４本組み込んだ。なお、ヒータのシース外表面はフ
ィルタの内層部と中間層部に接触し、外層部には接触し
ないように装着した。
【００３０】上記構成のトラップを図３に示した評価装
置に装着し、３／４負荷、１６００ｒｐｍの定負荷定速
運転で２時間捕集を行った。その後、切替バルブにより
排気ガスの大部分をバイパスに流した状態で、組み込ん
だヒータに通電し再生を行った。
置に装着し、３／４負荷、１６００ｒｐｍの定負荷定速
運転で２時間捕集を行った。その後、切替バルブにより
排気ガスの大部分をバイパスに流した状態で、組み込ん
だヒータに通電し再生を行った。
【００３１】図示の評価装置の大略は次の通りである。
３４００ｃｃ、４気筒の直噴式のディーゼルエンジンを
持つ自動車２０をシャーシダイナモメータ２１に設置
し、排気管にトラップ２２を取り付けた。トラップ部に
はバイパス回路２３と切替バルブ２４が設けてある。ト
ラップを通過した排気ガスはダイリューショントンネル
２５に導かれる。ダイリューショントンネルには、フィ
ルタ式のパティキュレート濃度測定器２６が設置されて
おり、排気中のパティキュレート濃度が計測される。
３４００ｃｃ、４気筒の直噴式のディーゼルエンジンを
持つ自動車２０をシャーシダイナモメータ２１に設置
し、排気管にトラップ２２を取り付けた。トラップ部に
はバイパス回路２３と切替バルブ２４が設けてある。ト
ラップを通過した排気ガスはダイリューショントンネル
２５に導かれる。ダイリューショントンネルには、フィ
ルタ式のパティキュレート濃度測定器２６が設置されて
おり、排気中のパティキュレート濃度が計測される。
【００３２】以上のような評価装置でこの実施例１のト
ラップの浄化作用を測定した結果は次の通りであった。
このフィルタの初期圧損は１２０ｍｍＡｑであり、２時
間捕集時に捕集効率は７５％、フィルタ部の圧損は３１
５０ｍｍＡｑであった。再生開始後６分３０秒で圧損は
１５０ｍｍＡｑまで回復した。なお、再生開始時のフィ
ルタ部の通過排気ガス量は１１ｌ／ｍｉｎであり、再生
終了時で３２ｌ／ｍｉｎであった。
ラップの浄化作用を測定した結果は次の通りであった。
このフィルタの初期圧損は１２０ｍｍＡｑであり、２時
間捕集時に捕集効率は７５％、フィルタ部の圧損は３１
５０ｍｍＡｑであった。再生開始後６分３０秒で圧損は
１５０ｍｍＡｑまで回復した。なお、再生開始時のフィ
ルタ部の通過排気ガス量は１１ｌ／ｍｉｎであり、再生
終了時で３２ｌ／ｍｉｎであった。
【００３３】以上の測定結果から、実施例１のフィルタ
エレメントの浄化作用が極めて優れたものであることが
分るが、さらに測定結果を従来例のものと比較するため
次のような比較例を作成し比較を試みた。
エレメントの浄化作用が極めて優れたものであることが
分るが、さらに測定結果を従来例のものと比較するため
次のような比較例を作成し比較を試みた。
【００３４】比較例１ 比較例としてコーディエライトウォールフロータイプの
セラミックフィルタを用いたトラップを評価した。フィ
ルタエレメント１１０としては図２の（ｂ）に示す構成
とし、日本碍子製ＤＨＣ−２２１（セル数２００セル／
平方インチ、肉厚１２ミル、平均孔径１３μｍ、多孔率
５０％）を用いた。ヒータは１２Ｖ、１５００Ｗの渦巻
状ニクロムヒータをフィルタ前面に接触させて装着し
た。
セラミックフィルタを用いたトラップを評価した。フィ
ルタエレメント１１０としては図２の（ｂ）に示す構成
とし、日本碍子製ＤＨＣ−２２１（セル数２００セル／
平方インチ、肉厚１２ミル、平均孔径１３μｍ、多孔率
５０％）を用いた。ヒータは１２Ｖ、１５００Ｗの渦巻
状ニクロムヒータをフィルタ前面に接触させて装着し
た。
【００３５】このトラップを実施例１と同様、図３に示
した評価装置に装着し、３／４負荷、１６００ｒｐｍの
定負荷定速運転で２時間捕集を行った。その後、切替バ
ルブにより排気ガスの大部分をバイパスに流した状態
で、組み込んだヒータに通電し再生を行った。
した評価装置に装着し、３／４負荷、１６００ｒｐｍの
定負荷定速運転で２時間捕集を行った。その後、切替バ
ルブにより排気ガスの大部分をバイパスに流した状態
で、組み込んだヒータに通電し再生を行った。
【００３６】このフィルタの初期圧損は１２００ｍｍＡ
ｑであり、２時間捕集時に捕集効率は７８％、フィルタ
部の圧損は２２００ｍｍＡｑであった。再生用ヒータ通
電後３分間は再生が進行したが、その後再生がストップ
した。その時点で圧損は１２００ｍｍＡｑまでしか回復
していなかった。評価終了後フィルタを切断して調査し
たところ、ハニカム状の孔内に燃え残りのパティキュレ
ートが認められ、堆積パティキュレート量が少なかった
ため、伝播燃焼が途中で停止してしまったものと考えら
れる。
ｑであり、２時間捕集時に捕集効率は７８％、フィルタ
部の圧損は２２００ｍｍＡｑであった。再生用ヒータ通
電後３分間は再生が進行したが、その後再生がストップ
した。その時点で圧損は１２００ｍｍＡｑまでしか回復
していなかった。評価終了後フィルタを切断して調査し
たところ、ハニカム状の孔内に燃え残りのパティキュレ
ートが認められ、堆積パティキュレート量が少なかった
ため、伝播燃焼が途中で停止してしまったものと考えら
れる。
【００３７】そこで、同一のトラップで、同一条件で捕
集時間を８時間に延長して評価を行った。
集時間を８時間に延長して評価を行った。
【００３８】８時間捕集時に捕集効率は８１％、フィル
タ部の圧損は３１５０ｍｍＡｑであった。６分間通電し
再生を行った後圧損は９５０ｍｍＡｑまで低下した。な
お、再生開始時のフィルタ部の通過排気ガス量は１２ｌ
／ｍｉｎであり、再生終了時で３３ｌ／ｍｉｎであっ
た。評価終了後フィルタを切断して調査したところ、フ
ィルタエレメントが大きく割れていることが判明した。
再生後の圧損捕集前の圧損値より小さかった原因と考え
られる。
タ部の圧損は３１５０ｍｍＡｑであった。６分間通電し
再生を行った後圧損は９５０ｍｍＡｑまで低下した。な
お、再生開始時のフィルタ部の通過排気ガス量は１２ｌ
／ｍｉｎであり、再生終了時で３３ｌ／ｍｉｎであっ
た。評価終了後フィルタを切断して調査したところ、フ
ィルタエレメントが大きく割れていることが判明した。
再生後の圧損捕集前の圧損値より小さかった原因と考え
られる。
【００３９】さらに、もう１つの比較例として次の測定
を試みた。
を試みた。
【００４０】比較例２ 比較例として図２の（ｂ）と同様な構成の金属多孔体の
みからなるフィルタエレメントを用いたトラップで評価
を行った。金属多孔体としてはＮｉＣｒＡｌ製三次元網
状構造多孔体（平均孔径４００μｍを厚さ方向に１／３
に圧縮したもの）の円筒状成形体（外径４８ｍｍ、内径
２８ｍｍ、長さ１９０ｍｍ）を用いた。
みからなるフィルタエレメントを用いたトラップで評価
を行った。金属多孔体としてはＮｉＣｒＡｌ製三次元網
状構造多孔体（平均孔径４００μｍを厚さ方向に１／３
に圧縮したもの）の円筒状成形体（外径４８ｍｍ、内径
２８ｍｍ、長さ１９０ｍｍ）を用いた。
【００４１】実施例１と同一条件で評価を行った。
【００４２】このフィルタの初期圧損は１２０ｍｍＡｑ
であり、２時間捕集時に捕集効率は６８％、フィルタ部
の圧損は２９５０ｍｍＡｑであった。再生によって圧損
が捕集前のレベルまで回復するのに１１分かかり、その
時の圧損は１３０ｍｍＡｑであった。なお、再生開始時
のフィルタ部の通過排気ガス量は１２ｌ／ｍｉｎであ
り、再生終了時で３５ｌ／ｍｉｎであった。
であり、２時間捕集時に捕集効率は６８％、フィルタ部
の圧損は２９５０ｍｍＡｑであった。再生によって圧損
が捕集前のレベルまで回復するのに１１分かかり、その
時の圧損は１３０ｍｍＡｑであった。なお、再生開始時
のフィルタ部の通過排気ガス量は１２ｌ／ｍｉｎであ
り、再生終了時で３５ｌ／ｍｉｎであった。
【００４３】上述のように本比較例のトラップは本発明
のトラップに比べて、再生に必要な電力が約８０％余分
に必要な事がわかった。
のトラップに比べて、再生に必要な電力が約８０％余分
に必要な事がわかった。
【００４４】実施例２ 実施例１と同様の三層構造で中間層のセラミック多孔体
部分をＡｌ2 Ｏ3 −Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 製の長繊維（ス
リーエム社製、商品名「ネクステル」、繊維径約１０μ
ｍ）を巻き付けた多孔体としたフィルタエレメントを用
いた。その他の部分は実施例１と同一のものを用いた。
また、実施例１と同一条件で評価を行った。
部分をＡｌ2 Ｏ3 −Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 製の長繊維（ス
リーエム社製、商品名「ネクステル」、繊維径約１０μ
ｍ）を巻き付けた多孔体としたフィルタエレメントを用
いた。その他の部分は実施例１と同一のものを用いた。
また、実施例１と同一条件で評価を行った。
【００４５】このフィルタの初期圧損は１０５ｍｍＡｑ
であり、２時間捕集時に捕集効率は７１％、フィルタ部
の圧損は２９６０ｍｍＡｑであった。再生開始後６分３
０秒で圧損は１１０ｍｍＡｑまで回復した。なお、再生
開始時のフィルタ部の通過排気ガス量は１２ｌ／ｍｉｎ
であり、再生終了時で３５ｌ／ｍｉｎであった。
であり、２時間捕集時に捕集効率は７１％、フィルタ部
の圧損は２９６０ｍｍＡｑであった。再生開始後６分３
０秒で圧損は１１０ｍｍＡｑまで回復した。なお、再生
開始時のフィルタ部の通過排気ガス量は１２ｌ／ｍｉｎ
であり、再生終了時で３５ｌ／ｍｉｎであった。
【００４６】実施例３ 実施例１と同様の三層構造でセラミック多孔体部分をス
テンレス鋼の短繊維を焼結したフェルト状多孔体（繊維
径２５μｍ、繊維長約６ｍｍ、多孔率８５％）を巻き付
けた多孔体としたフィルタエレメントを用いた。その他
の部分は実施例１と同一である。また、実施例１と同一
条件で評価を行った。
テンレス鋼の短繊維を焼結したフェルト状多孔体（繊維
径２５μｍ、繊維長約６ｍｍ、多孔率８５％）を巻き付
けた多孔体としたフィルタエレメントを用いた。その他
の部分は実施例１と同一である。また、実施例１と同一
条件で評価を行った。
【００４７】このフィルタの初期圧損は１６５ｍｍＡｑ
であり、２時間捕集時に捕集効率は７１％、フィルタ部
の圧損は３３００ｍｍＡｑであった。再生開始後７分で
圧損は１７０ｍｍＡｑまで回復した。なお、再生開始時
のフィルタ部の通過排気ガス量は１０ｌ／ｍｉｎであ
り、再生終了時で３１ｌ／ｍｉｎであった。
であり、２時間捕集時に捕集効率は７１％、フィルタ部
の圧損は３３００ｍｍＡｑであった。再生開始後７分で
圧損は１７０ｍｍＡｑまで回復した。なお、再生開始時
のフィルタ部の通過排気ガス量は１０ｌ／ｍｉｎであ
り、再生終了時で３１ｌ／ｍｉｎであった。
【００４８】実施例４ 実施例１と同様の三層構造で、外層に用いる金属多孔体
としてＮｉＣｒＡｌ製三次元網状構造多孔体（平均孔径
４００μｍ）の孔孔にステンレス鋼の短繊維（繊維径２
０μｍ、繊維長０．２ｍｍ）を充填し、平均孔径を１０
０μｍに調整した多孔体としたフィルタエレメントを用
いた。その他の部分は実施例１と同一である。また、実
施例１と同一条件で評価を行った。
としてＮｉＣｒＡｌ製三次元網状構造多孔体（平均孔径
４００μｍ）の孔孔にステンレス鋼の短繊維（繊維径２
０μｍ、繊維長０．２ｍｍ）を充填し、平均孔径を１０
０μｍに調整した多孔体としたフィルタエレメントを用
いた。その他の部分は実施例１と同一である。また、実
施例１と同一条件で評価を行った。
【００４９】このフィルタの初期圧損は１５５ｍｍＡｑ
であり、２時間捕集時に捕集効率は７２％、フィルタ部
の圧損は３０８０ｍｍＡｑであった。再生開始後６分３
０秒で圧損は１７０ｍｍＡｑまで回復した。なお、再生
開始時のフィルタ部の通過排気ガス量は１１ｌ／ｍｉｎ
であり、再生終了時で３１ｌ／ｍｉｎであった。
であり、２時間捕集時に捕集効率は７２％、フィルタ部
の圧損は３０８０ｍｍＡｑであった。再生開始後６分３
０秒で圧損は１７０ｍｍＡｑまで回復した。なお、再生
開始時のフィルタ部の通過排気ガス量は１１ｌ／ｍｉｎ
であり、再生終了時で３１ｌ／ｍｉｎであった。
【００５０】実施例５ 図４はこの実施例に用いたフィルタエレメントの断面図
を示す。フィルタ１１’は外径４８ｍｍ、内径３２ｍ
ｍ、長さ１９０ｍｍで２層構造をしており、内層１１
Ａ’はＮｉＣｒＡｌ製三次元網状構造多孔体（平均孔径
４００μｍ）で、厚さ５ｍｍの円筒状成形体からなる。
外層１１Ｂ’は内層の金属多孔体１１Ａ’の外周にＡｌ
2 Ｏ3 −Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 製長繊維（繊維径約１０μ
ｍ）を巻き付けることによって形成した。これを実施例
１と同一条件で評価した。
を示す。フィルタ１１’は外径４８ｍｍ、内径３２ｍ
ｍ、長さ１９０ｍｍで２層構造をしており、内層１１
Ａ’はＮｉＣｒＡｌ製三次元網状構造多孔体（平均孔径
４００μｍ）で、厚さ５ｍｍの円筒状成形体からなる。
外層１１Ｂ’は内層の金属多孔体１１Ａ’の外周にＡｌ
2 Ｏ3 −Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 製長繊維（繊維径約１０μ
ｍ）を巻き付けることによって形成した。これを実施例
１と同一条件で評価した。
【００５１】このフィルタの初期圧損は１３０ｍｍＡｑ
であり、２時間捕集時に捕集効率は７３％、フィルタ部
の圧損は２９５０ｍｍＡｑであった。再生開始後６分３
０秒で圧損は１４５ｍｍＡｑまで回復した。なお、再生
開始時のフィルタ部の通過排気ガス量は１２ｌ／ｍｉｎ
であり、再生終了時で３３ｌ／ｍｉｎであった。
であり、２時間捕集時に捕集効率は７３％、フィルタ部
の圧損は２９５０ｍｍＡｑであった。再生開始後６分３
０秒で圧損は１４５ｍｍＡｑまで回復した。なお、再生
開始時のフィルタ部の通過排気ガス量は１２ｌ／ｍｉｎ
であり、再生終了時で３３ｌ／ｍｉｎであった。
【００５２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のディーゼ
ルエンジンの排気ガス浄化用トラップは、電気ヒータに
よる加熱効率が高く燃焼再生に要する電力量も少なくて
済み、したがって排気ガスの浄化処理が厳しく要求され
ており、また、バッテリーの容量も限られているディー
ゼル車に効果的に利用できる。
ルエンジンの排気ガス浄化用トラップは、電気ヒータに
よる加熱効率が高く燃焼再生に要する電力量も少なくて
済み、したがって排気ガスの浄化処理が厳しく要求され
ており、また、バッテリーの容量も限られているディー
ゼル車に効果的に利用できる。
【図１】本発明のトラップの断面図
【図２】（ａ）は本発明のフィルタエレメントの断面
図、（ｂ）は比較例のフィルタエレメントの断面図
図、（ｂ）は比較例のフィルタエレメントの断面図
【図３】捕集性能評価装置の概念図
【図４】実施例５のフィルタエレメントの断面図
【図５】三次元網状構造多孔体の拡大図
【図６】繊維状でかつ三次元網状構造多孔体の拡大図
１ 三次元網状構造多孔体の連通気孔 ２ 三次元網状構造多孔体の骨格 ３ 繊維状金属多孔体の骨格 ４ 繊維状金属多孔体の連通気孔 １０ フィルタエレメント １１ 円筒状フィルタ １２ ヒータ １３ トラップ容器 １１Ａ フィルタ内層 １１Ｂ フィルタ中間層 １１Ｃ フィルタ外層 １１Ａ’ フィルタ内層 １１Ｂ’ フィルタ外層 ２０ 自動車 ２１ ダイナモメータ ２２ トラップ ２３ バイパス回路 ２４ 切替バルブ ２５ ダイリューショントンネル ２６ パティキュレート濃度測定器
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年３月２９日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正内容】
【図６】
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ０１Ｄ 39/20 Ｄ 46/24 Ｚ 7446−4Ｄ 46/42 Ｂ 7446−4Ｄ
Claims (7)
- 【請求項１】 フィルタにヒータを一体に組込んだフィ
ルタエレメントを排気系に設置されるフィルタ容器内に
装着し、前記フィルタを耐熱金属多孔体とセラミック多
孔体の積層構造体から構成して成る排気ガス浄化用トラ
ップ。 - 【請求項２】 ヒータが絶縁被覆を有しており、絶縁被
覆表面の少なくとも一部がフィルタエレメントの耐熱金
属多孔体部分に接触していることを特徴とする請求項１
に記載の排気ガス浄化用トラップ。 - 【請求項３】 セラミック多孔体がセラミックの長繊維
を隙間をもって巻き付けた構造体または、セラミック短
繊維のフェルト状成形体であることを特徴とする請求項
１または２に記載の排気ガス浄化用トラップ。 - 【請求項４】 フィルタエレメントがセラミック多孔体
を内外周から耐熱金属多孔体で挾み込まれ固定された構
造体であることを特徴とする請求項３に記載の排気ガス
浄化用トラップ。 - 【請求項５】 フィルタエレメントが、耐熱金属多孔体
の外周にセラミック長繊維を多孔質構造となるように巻
き付けた構造体であることを特徴とする請求項１または
２に記載の排気ガス浄化用トラップ。 - 【請求項６】 耐熱金属多孔体が耐熱金属からなる三次
元網状構造多孔体であることを特徴とする請求項１乃至
５のいずれかに記載の排気ガス浄化用トラップ。 - 【請求項７】 耐熱金属多孔体が耐熱金属からなる三次
元網状構造多孔体の孔内に金属粉末、繊維もしくはセラ
ミック繊維を充填して孔径を調整したものであることを
特徴とする請求項６に記載の排気ガス浄化用トラップ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5058837A JPH06294313A (ja) | 1993-03-18 | 1993-03-18 | 排気ガス浄化用トラップ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5058837A JPH06294313A (ja) | 1993-03-18 | 1993-03-18 | 排気ガス浄化用トラップ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06294313A true JPH06294313A (ja) | 1994-10-21 |
Family
ID=13095772
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5058837A Pending JPH06294313A (ja) | 1993-03-18 | 1993-03-18 | 排気ガス浄化用トラップ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06294313A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0900922A2 (en) | 1995-05-30 | 1999-03-10 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Particulate trap for diesel engine |
| EP0957241A2 (en) | 1998-05-14 | 1999-11-17 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Particulate trap for diesel engine |
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1993
- 1993-03-18 JP JP5058837A patent/JPH06294313A/ja active Pending
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