JPS58106116A - 電気的加熱再生手段を有する排気微粒子補集装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ディーゼル内戦機関用の微粒子補集装置であ
って、特に、微粒子を着火燃焼させて捕集部材の再生を
行うための電気的加熱手段を有するものに関する。

ディゼル内燃機関より排出される排気ガス中に含まれる
未燃カーボン微粒子はガソリン機関等に比較すると１０
０倍近くの量に達する。加えてディゼル車は近年増加の
傾向にあることから、未燃カーボン微粒子の低減のため
の早急な対策を講する必委が出て来ている。その１つと
して、セラミックの多孔質構造体よりなる。フィルタで
未燃カーボン微粒子を捕集して排ガスを浄化するｈ沫が
公知である。この方法では車両の走行距離の増大と共に
カーボンの堆積が進み。

それに伴って圧力損失が増加するので、伺んらかの方法
でこｇ堆積したカーボン微粒子を除去し、フィルタ（セ
ラミック多孔質体）を再生する必要があることら知られ
ている。すなわち。

フィルタ表面への微粒子の堆積が進むと、フィルタの通
気抵抗が増大して機関の出力が低下したり、微粒子のか
たまりがフィルタ表面から脱１ 落し始めてフィルタとしての機能が低下する。

このようにフィルタ上に堆積する微粒子は、そのほとん
どが若モの燃料成分を含むカーボン粒。

子であるために、約５８０℃以上に加熱すれば。

燃焼させて除去することができるが、ディーゼル機関の
排気ガス温度はガソリン機関等に比べかなり低く、＾速
走行時以外は排気ガス温度が５８０℃以上になることは
ない。従って微粒子を除去するための特別な対策が必要
となる。

しかして、排気ガス温度を上昇させて微粒子を燃焼させ
るための手段として、絞り弁により機関の吸入空気量を
減少させることにより空気量に対する燃料の割合を高め
、もって排気ガス温度を昇温する方法が提案されている
。しかしながらこの方法を用いても例えば市街地走行時
程度の運転条件では排気ガスを十分昇温することはむず
かしい。一方、米国特許４２１１０７５号明細書には、
この様な場合でも排気ガス濃度を昇温できる様に、フィ
ルタ部材の上流側に格子状に組んだ電気ヒータを配設し
、このヒータにより排気ガスを加熱することが提案され
ている。しかし、この公知のものでは、フィルタの上流
側空間に電気ヒータを設置し、電気ヒータによりまず排
気ガスを加熱し、加熱された排気ガスによりフィルタ部
材及び微粒子を加熱することにしているので、電気ヒー
タに加えた熱が放射損失により失なわれや寸り、また排
気ガスの全轍を加熱しな【ノればならないため、微粒子
を燃焼ｑ能なほどに加熱するには極めて多大な電力を必
要とする。また、炭素微粒子捕集量はフィルタ部材のＦ
流側嶋面で最大ではないので、上記手段では、！火が困
難である。またフィルタ部材の上流側端面に設置された
電気ヒータは０機械的振動に極めて弱いという欠点を有
する。

本発明は、このような従来の欠点を解消するためになさ
れたもので、フィルタ部材の内部に外部から電気ヒータ
を挿着しうる穴（以下［電気ヒータ挿着穴Ｊという）を
設け、電気ヒータを該電気ヒータ挿着穴に挿入して固定
することにより、電気ヒータの放射損失を低減し低電力
で直接捕集された微粒子を加熱燃−し、もって着火効率
及び燃焼効率を良クシ、併せて機械的振動による電気ヒ
ータの脱落及び機械的強度の劣化を防止したものである
。

本発明の望ましい実施態様では、電気ヒータ挿着穴が、
フィルタ部材内部の捕集微粒子密度が最大の位置に設【
ノられているので該挿着穴に挿着された電気ヒータによ
る着火が容易になると共に、燃焼の拡大が速く、もって
燃焼効率が良くなるという利点を有する。さらに望まし
い実施態様によれば、電気ヒータを複数の並列回路に構
成し、順次一定時間づつ通電制御することにより、＠穴
位置を順次移動させ、もって小電力で着火燃焼すること
ができるという利点を有する。

以下１本発明を図示の実施例に従って説明する。

第１図において１本発明に係る微粒子捕集装置Ａは内燃
機関特にディゼル機関１の排気集合管２に接続される。

この装置Ａは排気集合管２に連通ずる排気ガス流入口３
ａ及び同流出口３ｂを持った金属製の容器３を具備し、
その内部に微粒子捕東用のフィルタ部材４と、このフィ
ルタ部材内に穴を設けて挿着された電気ヒータ５とを有
づる。電気ヒータ５はフィルタ部材４に捕集された微粒
子を燃焼させてフィルタ部材を再生するためのもので、
バッテリ６による通電が制御１１回路７により制御され
る。制御回路７には、フィルタ部材４の圧力損失を測定
する差圧センサ８からの信号及び機関の回転数を検出す
る回転数センサ９からの信号が入力される。

機関１からの排気ガスは流入口３ａから捕集装置１Ａの
容器３内に流入し、フィルタ部材４を通過して流出口３
ｂより流出する。排気ガスがフィルタ部材４を通過する
際、同排気ガス中の微粒子はフィルタ部材りに捕集され
、除去される。

＼１１ 微粒子の捕集が進んでフィルタ部材４の通気抵抗が増大
すると、差圧センサ８がそれに応じた信号を出す。差圧
センサ８が検知するフィルタ部材の土流側、下流側の圧
力差は機関回転数に依存しても変化する。そこで制御回
路７は差圧センサ８からの信号と回転数センサ９からの
信号とから、フィルタ部材４の真の通気抵抗。

すなわち微粒子の捕集密度を求め、それが所定量に達す
ると、電気ヒータ５への通電を開始する。これによりヒ
ータ５は赤熱し、微粒子（カーボンを主体とする）を燃
焼し得る温度まで温度上昇する。

この電気ヒータ５の赤熱化により、微粒子は加熱され、
燃焼する。燃焼は電気ヒータ５の挿着部分から始まり、
排気ガス上流側へ燃焼が拡大すると共に、排気ガスの流
れに沿って発熱した熱量が排気ガス下流側へ伝達される
ので、排気ガス下流側へ効率良く燃焼が拡大する。よっ
て電気ヒータを上流側端面近傍の微粒子密度が最大なる
位置に挿着しておけば９着火が容易になると共に、フィ
ルタ部材全域に渡って効率良く燃焼を拡大し、捕集され
た微粒子を除去することができる。

この微粒子の除去によりフィルタ部材４が再生きれ９通
気抵抗が低減すると、ヒータ５への通電は停止される。

本発明では、電気ヒータ５をフィルタ部材４の内部に挿
着しているので、ヒータ５の加熱時にお番ノる故躬損失
等の熱損失が少ない。この結果、少ない電力でフィルタ
部材４を再生することがぐきる。また、電気ヒーターを
フィルタ部材４に捕集された微粒子密度が最大になる位
置に挿着すれば９着火及び燃焼の効率をさらに良くする
ことが出来る。また、電気ヒータは、フィルタ部材の内
部に完全に固定し挿着されているので機械的強度を大き
くすることもできるｇ次に１本発明装置の具体的構成を
、いくつかの実施例につき説明する。

第１実施例を示す第２図〜第５図において金属製容器３
は２つの容器部片３０．３０′の端部どうしをプレスで
かしめ付けることにより構成された２分割型で、断面の
形状は、オーバル形又は円形をしている。この容器３の
上流端。

下流端は絞られて排気ガスの流入口３ａ、流出口３ｂを
それぞれ構成する。

上記容器３の内側には熱的クッション材としての耐熱性
を有する金属製ワイヤネット３１が配設され、フィルタ
部材４がその内側に配設される。フィルタ部材４は３次
元網目状の多孔質セラミックからなり、ワイヤネット３
１と接するフィルタ部材４の側外周は、目の細い多孔質
セラミックよりなる強度部材４３でおおわれ。

保護されている。

上記フィルタ一部材４は、容器３の内面に固定された固
定板３２と当接して、　Ｔ”！側への移動が阻止される
。ワイヤネット３１と固定板３２との間には耐熱性のシ
ール部材３３が配設され、排気ガスの全てがフィルタ一
部材４の内部を通過するようになされる。フィルタ部材
４の多孔質セラミックの目の粗さの程度は、フィルタ部
材４の軸方向の長さ、断面積を考慮し、カーボン微粒子
が十分に捕集されしかも通気抵抗が極度に大きくならな
い様に適切に選定される。

一般には、＃５〜＃１７程度が使用されうるが。

必ずしもこの範囲に限定されない。フィルタ部４４４の
排気ガス上流端近傍には、フィルタ部材４の排気ガス通
路端面に平行であってフィルタ部材４の側面の強度部材
４３に開口する直径１〜２ｍｍ程度の電気ヒータ挿着穴
６０（連通穴〉が３〜１０ｍｍ閤隔で多数設けられてい
る。そして該電気ヒータ挿着穴６ｏに電気ヒータ５とし
てニクロム線等を単一の線でフィルタ部材４の断面全体
に縫うように挿着しである。また。

該電気ヒータ挿着穴６０と電気ヒータ５との間隙から排
気ガスが流出することを防止するために、密着性を有す
るセラミック系の耐熱接着削ぐ間隙を封止しである。さ
らに、フィルタ強度部材４３の外側に露出した電気ヒー
タ５を保護するため前記セラミック系の耐熱接着剤で電
気ヒータ５を被覆する。又は強度部材４３に溝を設けて
おき、電気ヒータ１５を埋設し上記の手段Ｃ被覆するの
が望ましい。

ヒータ線５の両端は端子部５０のターミナル５１．５２
に接続され、これを介して制御回路７（第１図）と接続
される。ヒータ線５の両端部は、その際、小さな輪をな
すよう曲げられて応力吸収部５ａが設けられ、振動等に
よってもヒータ線５及びそのターミナル５１．５２との
接続部が断線しないようになされる。端子部５０におい
ては、第５図に示す通り、基体５３が容器３の外面上に
溶接により固定され、その内側に絶縁体５４を介してタ
ーミナル５１．５２が配設される。そして、絶縁材より
なるパツキン５５が装設され、カバー５６がビス５７に
で基体５３に固定される。次に上記フィルタ部材４をな
す多孔質セラミックの製法を述べる。最終形状に対して
焼成時の収縮率を見込んだ形状の３次元網状骨格をもつ
有機化合物を素材とし。

これに含浸処理を施し、その後、焼成することによって
作られる。含浸処理では、コージライトを主成分とする
粉末と水とポリビニルアルコールとを混合撹拌してなる
スラリーの中に前記素材を浸漬し、余分なスラリーを除
いた後、適当な温ｒ！１（ここでは１００〜１２０℃）
で［なＦｔＩ間だけ乾燥させ、この浸漬、乾燥を数回く
り返す。電気ヒータ線５を挿着する穴６０を形成するに
は、上記素材に直径１〜２ｍｍ程度の離形剤を塗ったス
テンレスの棒を挿入したものを用いる。さらにフィルタ
部材４の側面に強度部材４３を形成するには、非常に細
い多孔質体となる２〜３ｍｍ程度の厚さの合成樹脂発泡
体のシート状素材を上記ステンレス棒を挿入し含浸、乾
燥処理を施こした素材の側周に巻き付けかつステンレス
棒を貫通するようにしておき。

その後これに含浸、乾燥処理を行い、ステンレス棒を引
きぬいた後、適当な濃度（１３００〜、１４７０℃程度
）で適当な時ＩＩ（約５時間）焼成する。なお、離形材
を塗布したステンレス棒の代りにセラミックスの燃成時
に燃焼飛散する棒たとえば木材、プラスチック等を用い
ても良い。

以上の方法によって１本発明に係るフィルタ部材４及び
強度部材４３が一体として作成される。第６図（ａ）は
９本実施例で使用したフィルタ部材（直径１２ｃｍ、長
さ１５ｃｍの円柱状、目の粗さ＃８）におけるカーボン
微粒子捕集密度の長さ方向の変化の様子を示すグラフで
ある。これによれば、上流側端面より長さ方向１ｃｍの
位置で最大のカーボン捕集密度を示した。又最大密度を
示す位置は、第６図（ｂ）に示すようにフィルタ部材４
の目の粗さに依存し＃１３〜＃５のとき０．３ｃｍ　〜
３ｃｍであった。この様に、カーボンの捕集密度が最大
になる位置をフィルタの目の粗さに応じて、実験により
決定することができ、最大密度を示す位置（端面から約
０．３ｃｍ〜３ｃｍの間）に１本実施例の電気ヒータ５
を挿着すれば、最も小電力で効率良く着火し、かつ着火
後の燃焼速度を大きくすることができるので、効率の良
いフィルタ部材の再生が図られる。

本実施例において、電気ヒータにニクロム線を使用して
いるが、これは、セラミックヒータたとえばＳ　ｉ、Ｃ
，ＭＯＳ　ｉ２　　を用いてもよい。

これによればニクロム線等の金属性発熱体よ・すすぐれ
た耐久性が得られる。尚本実施例で示した電気ヒータ挿
着穴の直径及び間隔は、効率の良い燃焼を生じさせるも
のであるが、必ずしも実施例の数値に限定されない。

次に第２実施例を説明する。

前記第１実施例においては、単一線の電気ヒータをフィ
ルタ部材４に縫うように挿着しているが１本実施例では
、第７図（ａ）に示すように電気ヒータ挿着穴６０に、
直線状のヒータ５０１をそれぞれ挿着した後強度部材４
３の外側で、それぞれのヒータ５０１の両端を電極７０
に溶接している。ヒータの接続の構造をこの様にするこ
とによって電気ヒータの挿着穴６０への挿着の作業が容
易となる。また第７図（ｂ）に示すように、直線状のヒ
ータ５０１を各挿着穴６０に挿着した後強度部材４３の
外側で、隣接するヒータの線端を′順次導体７１で溶接
して単一回路を形成し、第１実施例と同様の構成にする
こともできる。また第７図（Ｃ）、（ｄ）に示す如く、
複数のコイル状のヒータ線５０２をそれぞれ挿着する方
法もある。

次に第３実施例について説明する。本実施例は第８図に
示すように、フィルタ部材４に設けられた電気ヒータ挿
着穴６０１は、有底の薄平板状をしており、該挿着穴６
０１に櫛形状の電気ヒータ５０３を挿着したものである
。本実施例によれば、予め電気ヒータを櫛形状に作成し
ておき、それをそのまま、フィルタ部材４に挿着できる
ため、極めて作業効率が良くなる。また本実施例では、
フィルタ部材の片側面から電気ヒータを挿着しているが
１両側面からそれぞれ櫛形状の電気ヒータ５０３を挿着
しても良い。

又電気ヒータの形状は上記のものに限られず１往複以上
有する波状形であれば良い。

次に第４実施例を示す。第９図に示すように電気ヒータ
５を複数の回路に構成しタイマー８０とリレー８１の作
動によって１回路ずつ順次作動させる様にしたものであ
る。この方法によれば、小電力で局部的に加熱すること
ができ。

しかも着火点がリレー８１によって移動しうることから
、小電力で着火しうる。このため電力の節減を図ること
ができる。

次に第５実施例を示す 第１０図に示すように、電気ヒータ挿着穴６０を排気ガ
ス流に垂直な単一の断面上Ｓ１　だけでなく２以上の垂
直断面上８１．　ｓ２に形成する。

これによって１断面上における穴の数を減少しもって圧
壊強度を増加させることができる。また、それぞれの垂
直断面Ｓｌ　、　ｓ２における穴は、フィルタ部材４の
端面から見て重なることのないよう等間隔で設各ノるの
が望ましい。こうすることで圧壊強度の低下が防止され
かつ発熱体と排気ガス間の熱伝動率を向上させることが
できる。尚、この構成は上記のすべての実施例に適用で
きる。以上説明した本発明装置によれば、フィルタ部材
の内部の捕集微粒子密度が最大となるような適当な位置
に穴を設けて、該挿着穴に電気ヒータを挿着しているの
で、この結果低電力で捕集されたカーボン微粒子を着火
燃焼させてフィルタ部材を再生することができる。

また電気ヒータはフィルタ部材内部に完全に固定されて
いるので振動等に対する機械的強度も大きく、さらに、
電気ヒータ固定部材等による接合面を有していないので
フィルタ部材の機械的強度も大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の全体の構成図、第２図は本発明装
置の第１実施例を示す断面正面図。 第３図は第２図のＩａ−１［［ｂ断面図、第４図は第１
実施例の電気ヒータ挿着を示す破断断面図。 第５図は端子部の断面正面図、第６図（ａ　）はカーボ
ン捕集密度とフィルタ部材上流端面からの距離との関係
図、第６図（ｂ）はフィルタ部材の目の粗さとカーボン
捕集密度が最大となる位置との関係を示す関係図、第７
図（ａ）。 （ｂ　）、　　（Ｃ）、　　（ｄ　）は、第２実施例に
おける電気ヒータ挿着方法を示した配線図、第８図は第
３実施例における電気ヒータ挿着穴と電気ヒータの挿着
関係を示す構造断面図、第９図は第４実施例における電
気ヒータ回路の構成配線図、第１０図は第５実施例にお
けるフィルタ部材上の電気ヒータ挿着穴の設置位置を示
す斜視図。 １・・・１１１１１．４・・・フィルタ部材、６０，６
０１・・・電気ヒータ挿着穴、５，５０１，５０２゜５
０３・・・電気ヒータ 特許出願人　　　日本電装　株式会社 代　　理　　人　　　　　弁理士　　大　　川　　宏第
３図 第４図 第６図 一＆さくｃｍ） 目の狙さ くｃ）（ｄ） 第９図 手続補正書　（方式） ％式％ １、事件の表示 昭和５６年特許願第２０５９１９号 ２、発明の名称 電気的加熱再生手段を有する排気微粒子補集装置 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 ３番の４　　児玉ビル （電話＜０５２＞５８３−９７２０） ５、補正命令の日付 昭和５７年４月９日 （発送日５７年４月２７日） ６、補正の対象 願書および明細書 ７、補正の内容 別紙の通り 黒色カーボン紙を印字用゛色源として使用した願書およ
び明細書のタイプ印書 （内容に変更なし） ８、添付−類の目録 （１）願書　　　　　　　　１通 （２）願書副本　　　　　　１通 （３）明細書　　　　　　　１通 以上

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）機関からの排気ガス中の微粒子を補集りるフィル
   タ部ｌと、捕集された微粒子を加熱しく燃焼させるため
   の電気ヒータとを備えた排気微粒’３−Ｊｌｌ集装置で
   あって、該フィルタ部材の内部には、外部から該電気ヒ
   ータを挿着しつる穴が段ｔノられでおり、該挿着穴に上
   記電気ヒータを挿着したことを特徴とする電気的加熱再
   生手段を右する排気微粒子捕集装置。
2. （２）前記電気ヒータ挿着穴は、フィルタ部Ｉの側面か
   ら内部に向かって形成され、該挿着穴の両端は、フィル
   タ部材の側面に開口していることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の電気的加熱再生手段を有する排気微
   粒子捕集＠Ｌ
3. （３）前記電気ヒータ挿着穴は、フィルタ部材の端内に
   平行に薄板状に形成され、該挿着穴の少な（とも一端は
   、フィルタ部材の側面（開口しており、該挿着穴に少な
   くとも−Ｕ復ダる波状電気ヒータを挿着したことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の電気的加熱内生手段
   を有する排気微粒子捕集装置。
4. （４）前記電気ヒータ挿着穴は、フィルタ部材内部の補
   集微粒子密度が最大となる位置Ｇ、：設けられているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項又は第３項記載の
   電気的加熱再生手段を有する排気微粒子捕集Ｈ置。
5. （５）前記電気ヒータを２以七の並列回路に構成し、順
   次通電制Ｈすることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   乃至第４項記載の電気的加熱再生手段を有する排気微粒
   子捕集ｉ置。