JPH0636265Y2 - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、例えばディーゼルエンジン等の排気系に設け
られて排気ガス中のパティキュレートを捕集する排気浄
化装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、排気ガス中のパティキュレートを捕集する排気
浄化装置は、排気上流側が開口しかつ、下流側が栓部材
により封止されるセルと、逆に、上流側が栓部材によっ
て封止されかつ下流が開口するセルとを交互に配したフ
ィルタを備えており、このセルにパティキュレートを捕
集し、電気ヒータ等の発熱手段によりパティキュレート
を定期的に燃焼し、フィルタを再生するようになってい
る。そして、この電気ヒータ配置に関連して、例えば特
開昭58-162215号公報にはヒータがセル内に露出するよ
うに栓部材に直接、電気ヒータを埋め込むことによりパ
ティキュレートへの着火性を向上しようとした排気浄化
装置が開示されている。

〔考案が解決しようとする課題〕 上記排気浄化装置において、セルを封止する栓部材は、
通常コーディエライト（2MgO・２Al₂O₃・５SiO₂）と呼
ばれるセラミック材より形成されているが、この材料は
低熱膨張、耐熱衝撃性に優れる一方、熱伝導率が低いた
めにパティキュレートへの伝熱性が悪く、フィルタを完
全に再生するためには着火電力が増大するという問題が
ある。また上記装置においてはヒータ線がセル内に突出
するように栓部材に埋め込まれるためにヒータ線自体が
パティキュレート燃焼熱により溶断する恐れがある。

本考案は、斯る課題に鑑み、フィルタ再生に要する電力
を低減すると共に、ヒータが溶断することのない排気浄
化装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的のため本考案によれば、一端が開口し、他端が
栓部材によって封止される多数のセルから成り、上記栓
部材に埋設した電気ヒータに通電することにより上記栓
部材を発熱させ、前記セル内に捕集されたパティキュレ
ートを焼却するエンジの排気浄化装置において、上記ヒ
ータをセル内に露出することなく前記栓部材内部に埋設
すると共に、該栓部材の少なくともヒータよりセル側部
分を熱伝導の良好なセラミック材で形成し、かつ前記栓
部材のヒータより外側の部分を前記栓部材セル側部分よ
り熱伝導率の低い材料で形成したことを特徴とする排気
浄化装置が提供される。

〔作用〕

栓部材の少なくともヒータよりセル側部分を熱伝導の良
好なセラミック材で形成することにより、ヒータの熱が
栓部材セル側部分を介して効果的にセル内部のパティキ
ュレートに伝達される。また、栓部材のヒータより外側
の部分をセル側部分より熱伝導率の低い材料で形成した
ことにより、ヒータから栓部材を介してフィルタ外部に
放散される熱量が低減する。このため、パティキュレー
ト着火、燃焼に必要なヒータ電力が低減される。さら
に、ヒータはセル内部に露出していないため直接パティ
キュレート燃焼熱に曝されることがなく、パティキュレ
ートの燃焼によるヒータの溶断が防止される。

〔実施例〕

本考案の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本考案による排気浄化装置を構成するパティキ
ュレートフィルタをヒータ配置側（逆流再生方式の浄化
装置の場合、排気下流側）より見た外観図であって、図
中、10はフィルタ本体、12は例えばコーディエライト
（2MgO・２Al₂O₃・５SiO₂）等の耐熱性セラミックから
成る多孔性隔壁、14は隔壁12によって画成され、紙面に
垂直な方向に延びる各セル、16はセル14の端部を封止す
る本考案の栓部材、18は例えばカンタル（Fe-Cr-Al合
金）やニクロム（Ni-Cr合金）の線材から成り、この栓
部材16に埋め込まれる電気ヒータを夫々示している。
尚、電気ヒータ18は本実施例では４系統に分割配置され
ており、＋側はバッテリ（図示せず）へ接続され、−側
はアースされる。

第２図及び第３図は第１図拡大部分のII-II線及びIII-I
II線に沿ったフィルタの断面図である。

第２図に示すようにフィルタ10を構成するセル14は図中
左側となる排気上流側が開口し、図中右側に相当する排
気下流側の端部が栓部材16により封止される第１セル14
aと、逆に、排気上流側が栓部材16により封止され、下
流側の端部が開口する第２セル14bとから成り、これら
のセル14a,14bは第１図に示されるように交互に隣接し
合い、栓部材16がフィルタ端面外観において市松状模様
となるように配置される。即ち、本実施例においてパテ
ィキュレートを含んだ排気ガスは、第２図実線矢印に示
すようにまずフィルタ10の第１セル14a内に流入し、次
いで多孔性の隔壁12を通って第２セル14bへと流れ、セ
ル14bの下流側開口部より排出されることで第１セル14a
の内壁12a内に付着することになる。またフィルタ再生
時には再生排気ガスは、図中点線矢印に示すように、第
２セル14bよりフィルタ10内へと流入し、隔壁12、第１
セル14aを介して、セル14aの開口部より排気上流側（パ
ティキュレート捕集時）へと流動する。

第３図は、パティキュレートを蓄積する第１セル14aの
栓部材16に熱伝導の良好な材料を使用し、この栓部材16
に電気ヒータ18を埋め込んだ例を示している。

尚、このヒータの埋め込みに関しては、セル14aの内側
にヒータ18が露出しないように栓部材16の内部で折曲さ
れる。そしてさらに、このヒータ18を埋設する栓部材16
は、従来のコーディエライト材に換わり、伝熱性に優れ
た炭化ケイ素（SiC）、或いは炭化ケイ素を成分とする
セラミック材により形成される〔熱伝導率：約0.003cal
/cm・sec・℃（コーディエライト）、0.1〜0.7cal/cm・
sec・℃（SiC）〕。

第４図は第３図の栓部材の伝熱性を従来の栓部材のそれ
と比較するため、ヒータ通電時の栓部材内部の熱勾配を
測定したグラフである。尚、本試験においては、当然な
がらヒータ線18の埋め込み深さは同一に設定し、セル側
の栓部材端面において、パティキュレートの着火を可能
とする温度（約600℃）を達成する際の夫々の熱勾配を
測定している。本図から明らかなように、炭化ケイ素で
形成した栓部材はその伝熱性のために端面部分Ａ点とヒ
ータ部分Ｂ点との温度勾配は小さく、一方、従来のコー
ディエライト材より成る栓部材においては勾配は大き
い。即ち、換言すればセル内部のパティキュレートを着
火さるために、従来の栓部材ではその伝熱性のためにヒ
ータをそれだけ高温にしなければならず、電力も増大す
るのに対し、栓部材を熱伝達の良好な材料で構成するこ
とにより、ヒータをそれほど高温にしないでもパティキ
ュレートに着火することが可能となり、従来に比してヒ
ータ電力を低減することができる。しかし、第３図のよ
うに栓部材全体を熱伝達の良好な材料で形成すると、ヒ
ータから栓部材外側への（すなわちフィルタ端面側へ
の）熱伝達も良好になるため、栓部材のフィルタ端面側
で放散される熱量が増大し、上記電力低減効果が不十分
になる問題が生じる。

次に、上記問題を解決する本考案の実施例を第５図及び
第６図に示す。第３図では栓部材全体を炭化ケイ素の
（又は炭化ケイ素を成分とするセラミック材）で形成し
ているのに対し、第５図に示す実施例は、栓部材26を炭
化ケイ素（又は炭化ケイ素を成分とするセラミック材）
から成るセル側部分26aと、例えばコーディエライト材
やアルミナ系セラミック材等の熱伝導率の低い材料から
成る端面側部分26bとで構成し、これらの部分を層状に
隣接配置する。栓部材26のヒータ18より外側の部分を、
栓部材のヒータ内側部分より熱伝導率の低い材料で形成
することにより、ヒータ18から栓部材外側部分に伝達さ
れ、栓部材のフィルタ端面側で放散される熱量が低減さ
れる。このため、第３図に示したように、栓部材全体を
熱伝達の良好な材料で形成した場合に比べて、上記放散
熱量が低減される分だけパティキュレート着火に必要な
ヒータ電力が低減される。

また第６図に示す実施例は、第５図と同様に栓部材36
を、炭化ケイ素のセラミックから成るセル側部分36a
と、低熱伝導率の材料（コーディエライト材、アルミナ
系セラミック材）から成る端面側部分36bとで構成する
と共に、これら２部分間に空間36cを設けることにより
栓部材36自体の熱容量を第５図に示す栓部材26よりもさ
らに小さくし、パティキュレートに隣接する部分36aの
昇温時間をより短かくし、一層の電力低減を可能にして
いる。

以上説明した各実施例に共通してヒータ線18はセル14a
内部に露出しないようにこれら栓部材16,26,36に埋め込
まれる。これは、パティキュレート捕集時、ヒータ18が
セル内部に露出しているとヒータ18周りにパティキュレ
ートが付着・体積することとなりこれが再生時燃焼する
と、その燃焼熱によりヒータ18自体が溶損してしまう恐
れがあるためである。

第７図は以上説明したフィルタを備えた排気浄化装置の
構成図である。この装置はフィルタ再生時のフィルタ内
排気ガス流動方向が、パティキュレート捕集時のフィル
タ内排気ガス流動方向と逆となる、所謂逆流再生方式の
ものであって、図中、実線矢印はパティキュレート捕集
時の排気ガスの流れ、点線矢印はフィルタ再生時の排気
ガスの流れを示している。また、本図において40はエン
ジン（図示せず）より車外へと延びる排気通路、42はフ
ィルタ再生時、排気ガスが流れるバイパス路、44及び46
はフィルタ再生時、点線で示したように作動する第１開
閉弁及び第２開閉弁、48はフィルタ再生後の排気ガスを
排気下流側へと導く逆流通路管である。本考案は、ヒー
タを埋設した栓部材に相当するセル内にパティキュレー
トを付着するこのような逆流再生方式の排気浄化装置に
適用された場合、少ない電力消費量を以てフィルタ再生
効率を一層向上することができるが、フィルタ再生時の
排気ガス流れがパティキュレート捕集時の排気ガス流れ
と同一であって、フィルタの排気上流側の端面にヒータ
を配した、所謂、順流再生方式の排気浄化装置にも適用
した場合においてもそのパティキュレート再生効率は、
従来に比して向上することができる。尚、この場合、ヒ
ータは前述した第２セル14b（第２図）の栓部材16に埋
設し、この栓部材を第５図または第６図のように構成す
ることになる。

〔効果〕

上述のように本考案によれば、栓部材の少なくともヒー
タよりセル側部分を熱伝導の良好なセラミック材で形成
し、かつ栓部材のヒータより外側部分を栓部材のセル側
部分より熱伝導率の低い材料で形成したことにより、パ
ティキュレートの着火に必要なヒータ電力を大幅に低減
することができる効果が得られる。また、ヒータの熱が
セル側に良好に伝達されるためヒータ線の温度が比較的
低くても栓部材のセル側ではパティキュレートの着火に
十分な温度が得られるためヒータ線の過熱を防止するこ
とができる。

さらに、ヒータ線をセル内部に露出することなく栓部材
に埋め込んだことにより、ヒータ線が直接パティキュレ
ートの燃焼熱に曝されることがないので、パティキュレ
ート燃焼時にヒータが溶断することを防止できる効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による排気浄化装置を構成するフィルタ
をヒータ配置側より見た外観及びその部分的拡大図； 第２図は第１図のII-II線に沿う部分的フィルタの断面
図；第３図は、栓部材全体を熱伝導の良好なセラミック
材で構成した場合を示す栓部材断面図；第４図は、第３
図の栓部材のセル側部分の温度勾配を従来の栓部材と比
較した測定グラフ；第５図は、本考案の一実施例を示す
セル断面図；第６図は本考案の第５図とは異なる実施例
を示すセル断面図；第７図は本考案による、フィルタを
組み込んだ排気浄化装置の概略的構成図。 14…セル、14a…第１セル、 14b…第２セル、16,26,36…栓部材、 18…電気ヒータ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】一端が開口し、他端が栓部材によって封止
   される多数のセルから成り、上記栓部材に埋設した電気
   ヒータに通電することにより上記栓部材を発熱させ、前
   記セル内に捕集されたパティキュレートを焼却するエン
   ジンの排気浄化装置において、上記ヒータをセル内に露
   出することなく前記栓部材内部に埋設すると共に、該栓
   部材の少なくともヒータよりもセル側部分を熱伝導の良
   好なセラミック材で形成し、かつ前記栓部材のヒータよ
   り外側の部分を前記栓部材セル側部分より熱伝導率の低
   い材料で形成したことを特徴とする排気浄化装置。