JPS6275012A - エンジンの排気微粒子捕集浄化装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ディーゼルエンジン等の排ガス中に含まれる
微粒子をフィルタにより捕集し、かつこの捕集した微粒
子を燃焼させるようにした、いわゆるディーゼルパーテ
ィキューレート処理に使用されるエンジンの排気微粒子
捕集浄化装置に関する。

〔従来の技術〕

例えば、ディーゼルエンジンなどの内燃機関の排ガス中
には、カーボンや炭化水素を主体とした微粒子か含まれ
ており、この排ガスを浄化するため、排ガス系（仝セラ
ミックス製のハニカム構造体あるいは、セラミック発泡
構造体よりなる耐熱性フィルタを設置して上記微粒子を
捕集する手段か採用されている。しかし、このようなフ
ィルタは捕集した微粒子により目詰まりを生じ、排気流
れの抵抗を増大させ、エンジン出力の低下を招くように
なる。

このようなフィルタの目詰まりを防止するため、フィル
タのに流側に電気ヒータを備えた加熱装置を配置し、こ
の電熱により微粒子を燃焼させる手段か採用されている
。

上記電気ヒータはフィルタを再生浄化するので再生加熱
用ヒータと称されており、この種の再生加熱用ヒータと
しては排ガスの非常な高温にさらされるため、耐熱性、
耐酸化性に優れた導電性セラミック素子ヒータが採用さ
れている。

上記導電性セラミック素子ヒータは、ヒーターケースに
取付けられている。すなわち、ヒーターケースは、」−
記フィルタに連通ずる排気通路を備えた金属製のリング
形をなしているとともに、導電性セラミック素子ヒータ
は、例えば略■字形に形成されており、このような導電
性セラミ・ツク素子ヒータは上記ヒータケースに、上記
略■字形をなす両脚部か固定された状態で、周方向に沿
って複数個取付けられている。

そして、上記導電性セラミック素子ヒータに通電して発
熱させ、これによりフィルタに捕集された微粒子を燃焼
させるものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような導電性セラミック素子ヒータをヒータケース
に取り付ける場合、導電性セラミック素子ヒータは脆性
か大きいので、これの両端を強直に固定すると、発熱時
の熱膨張により応力が発生して破損し易くなってしまう
。また、このような導電性セラミック素子ヒータを一端
のみで支持した場合は、耐振強度が不足する不具合があ
った。

本発明は、導電性セラミック素子ヒータの発熱時の熱膨
張をｙ［容し、かつ耐振強度を保ち、導電性セラミック
素子ヒータの破損を防止した信頼性の高いエンジンの排
気微粒子捕集浄化装置を提供しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、導電性セラミック素子ヒータの一端を上記ヒ
ータケースに通電可能に固定してこの一端をアース電極
とし、他端は絶縁体によって熱膨張する方向に摺動可能
に支持し、この他端にリード線を接続したこと、を特徴
とする。

〔作用〕

このような構成によると、導電性セラミック素子ヒータ
は、他端が摺動可能に支持されているので熱膨張が可能
となり、応力の発生を防止するとともに、この他端は摺
動可能であるにも拘らず機械的な支持かなされているの
で耐振強度が大きくなる。

〔発明の実施例〕

以下本発明の詳細を、図面に示す実施例にもとづき説明
する。

第１図ないし第５図は本発明の第１実施例を示すもので
、第５図に粒子捕集浄化装置の全体の構成を示しである
ので、まずこれから説明する。

微粒子捕集浄化装置は、フィルタケース１と、フィルタ
２、フィルタ２の排ガス−上流側に接して設けられた加
熱装置３および排ガス導入管４を主な構成要素とする。

フィルタケースｌは、円筒状の鋳物製で、一端にフラン
ジ５を備えるとともに、他端に排ガス排出管６を一体に
有する。この排ガス排出管６の端　５一 部にはフランジ７を形成しである。

フィルタ２は、フィルタケース１内に断熱クッション材
８および断熱シール材９．１０を介して充填されている
。このフィルタ２は、たとえばコージェライト質の多孔
質発泡セラミックスからなる。

排ガス導入管４は一端に排ガス流入口１１を備え、両端
にそれぞれフランジ１２．１３を備えている。

加熱装置３は、上記フィルタケースｌのフランジ５と、
上記排ガス導入管４のフランジ１２の間にシール材１４
．　１５を介して挟持されている。

なお、フィルタケースｌの排ガス排出管６に設けられた
フランジ７および排ガス導入管４のフランジ１３は、そ
れぞれ図示しないエンジンの排気管に接続され、排ガス
が矢印Ａ方向に流れるようになっている。

上記加熱装置３の構造は第１図ないし第４図に示され、
以下これについて説明する。

加熱装置３は、ヒータケース２０と、少なくとも１個、
たとえば６個の導電性セラミック素子ヒータ２１・・・
と、上記ヒータケース２０との間で導電性上ラミック素
子ヒータ２１・・を保持するホルタ−リング３１と、ス
クリューキャップ２２およびこのスクリューキャップ２
２とヒータケース２０の間に介挿された絶縁リング２３
とで構成されている。

各導電性セラミック素子ヒータ２１・・・は、フィルタ
２の上流側端面を略扇形に均等に分割した部分に配置さ
れ、これら導電性セラミック素子ヒータ２１は、それぞ
れ平面路Ｖ字形状を成している。このＶ字型の両端部に
は電極２４ａ　、　２４ｂか各々ろう付けにより接合さ
れている。この場合、本実施例においては、第２図およ
び第３図に示すように、各電極２４ａ　、　２４ｂは、
図示の上方に向かって突出されている。

そして導電性セラミック素子ヒータ２１・・・は、−上
記電極２４ａ　、　２４ｂに連なるＶ字状の部分が発熱
部となっており、■字形部分に囲まれた箇所は排ガスか
通過できるようになっている。

なお、上記導電性セラミック素子ヒータ２１・・・は以
下のようにして作ることができる。すなわち、例えば、
ＴｉＮ粉末３０重量％と５ｉ３Ｎ４７０重量％とを、ポ
リビニルブチラールとジブチルフタレートとエタノール
よりなる有機物バインダに分散させてスラリーを作り、
このスラリーをドクターブレード法により板状に成形し
、これを打抜法により所定形状に加工した後、窒素ガス
などの不活性ガス雰囲気中で１７５０℃程度の温度で約
２時間加熱焼成することにより得られる。

このような構造の上記導電性セラミック素子ヒータ２１
・・・は、両端部が」二連したヒータケース２０に支持
され、その発熱部が排気通路の中心部に向かって配置さ
れる。したがって各導電性セラミック素子ヒータ２１・
・・は排気通路の周方向に間隔を存して配置される。こ
の場合、隣接する発熱部相互間に隙間が形成され、これ
ら隙間と、−上記Ｖ字形部分に囲まれた部分とにより、
排ガスの通過を許す通路が確保される。

しかして、導電性セラミック素子ヒータ２１・・・をヒ
ータケース２０に取付ける構造について説明する。

ヒータケース２０は例えば鋳鉄よりなるリング形をなし
ており、その周囲の１箇所に端子取付は部２５が形成さ
れているとともに、第２図および第３図に示す図示の上
下方向の中間部には中心方向に向かって伸びるリング形
の張り出し部２６を有しており、かつ」二部内周面に全
周に亙って雌ねじ部２７が設けられている。

上記張り出し部２６の図示下面には、スピネル、アルミ
ナ等のセラミック溶射による絶縁被膜２８が形成されて
いるとともに、この張り出し部２６には、周方向に離間
して、前記電極２４ａ　、　２４ｂが挿通される挿通孔
２９ａ・・、２９ｂ・・・が設けられている。

一方の挿通孔２９ａ・・・は、これに挿入される電極２
４ａか径方向および周方向に移動可能なように、電極２
４ａの太さよりも充分に大きな径を有しており、他方の
挿通孔２９ｂ・・・は、これに挿入される電極２４ｂが
嵌挿される大きさを有している。そして、−上記一方の
電極２４ａは挿通孔２９ａを遊挿されており、その−Ｉ
一端にニッケル製のリード線３０が溶接さ□　　れてお
り、プラス電極となっているとともに、他方の電極２４
［）は挿通孔２９ｂを嵌挿され、張り出し□　　部２６
に溶接されてアース電極をなしている。

このため、一方の電極２４ａは張り出し部２６に対し移
動可能であるが、他方の電極２４１）は張り出し部２６
に対し固定されている。換言すれば、導電性セラミック
素子ヒータ２１・・・の一端は、ヒータケース２０に対
し移動可能であるが、他端はヒータケース２０に対し強
固に固定されている。

」−２導電性セラミック素子ヒータ２１・・・は、上記
ヒータケース２０の張り出し部２６と、この張り出し部
２６の下部に位置してこのヒータケース２ｏに固定され
たホルダーリング３１との間に挟持されている。

ホルダーリング３１は金属製であり、ヒータケース２０
に対して図示しないボルトにより取付けられている。ホ
ルダーリング３１の上面にはスピネル、アルミナ等のセ
ラミック溶射による絶縁被膜３２が形成されているとと
もに、前記各電極２４ａ　、　２４ｂと対向すへく周方
向に離間して、凹部３３・・・が設けられている。

これら各凹部３３・・・には、クッション材３４および
このクッション材３４を覆う絶縁セラミック製の絶縁キ
ャップ３５が収容される。

＝　１０− −上記導電性セラミック素子ヒータ２１・・・の下面は
上記絶縁キャップ３５に当接しており、したかってこれ
ら導電性セラミック素子ヒータ２１・・・は、実質的に
張り出し部２６と−ｆｘ記絶縁キャップ３５の間に挟持
されていて、絶縁キャップ３５がクッション材３４によ
り押圧されているため、導電性セラミック素子ヒータ２
１・・・は摺動可能に支持されている。たたし、アース
電極２４ｂが張り出し部２６に溶接されているため、導
電性セラミック素子ヒータ２１・・・の他端は摺動不能
となり、一端のみ摺動可能である。

ヒータケース２０の雌ねじ部２７には、リング形をなし
た金属製のスクリューキャップ２２がねじ込まれる。

スクリューキャップ２２は外周面に雄ねじ部３６を有し
、内側面には、図示下向きに突出する保持壁３７を備え
ている。このスクリューキャップ２２の下面には、スピ
ネル、アルミナ等のセラミック溶射による絶縁被膜３８
を形成しである。

なお、４５は、スクリューキャップ２２をヒータケース
２０にねじ込む場合、または取り外す場合に、図示しな
い治具か差し込まれるための孔である。

このようなスクリューキャップ２２は、その雄ねじ部３
６を上記ヒータケース２０の雌ねじ部２７に螺着した場
合、このスクリューキャップ２２と上記張り出し部２６
の間で、前述した絶縁リング２３を挟持する。

絶縁リング２３は、窒化ケイ素またはアルミナ等の絶縁
性セラミックからなり、本実施例においては周方向に２
分割されており、その周方向両端部を互いに衝合させる
ことにより全周に亙ってリンク形をなすようになってい
る。

絶縁リング２３には、前述したヒータケース２０の張り
出し部２６に形成した一方の電極２４ａを遊挿させた挿
通孔２９ａに連通して、電極挿入孔３９・・・か形成さ
れている。これら電極挿入孔３９・・・は、これに挿入
される上記電極２４ａが径方向および周方向に移動可能
となるような大きさを有している。

そして絶縁リング２３の」−面には、これら電極挿入孔
３９・・・に連なるリード線引き回し用ガイド溝４０・
・か形成されている。リード線引き回し用ガイド満４０
・・・の他端は、前述したヒータケース２０の端子取付
は部２５と対向するように導かれている。

これらリード線引き回し用ガイド溝４０・・・には、上
記導電性セラミック素子ヒータ２１・・・の一方の電極
２４ａに接続されたリード線３０が挿通され、これらリ
ード線３０・・・は、上記端子取付は部２５に取付けた
端子４１・・・に接続されている。なお、４２はコネク
タである。

上記のような構造の加熱装置３を、フィルタ２の」１流
側に設置することにより微粒子捕集浄化装置が完成され
る。

このような構成による本実施例の微粒子捕集浄化装置は
、内燃機関の排ガス系に結合され、排ガス導入管４の排
ガス流入口１１より排ガスを導入し、この排ガス中の微
粒子をフィルタ２の表面に捕集する。フィルタ２の表面
に捕集された微粒子により、フィルタ２の気孔が狭くな
ると、つまりフィルタ２が目詰まりすると、コネクタ４
２を通じてリード線３０・・・に電流を流す。

この場合、各リード線３０・・・には間欠的にかつ順　
１３一 番に電流を流す。これにより各導電性セラミック素子ヒ
ータ２１・・・が間欠的にしかも順次発熱する。

このような導電性セラミック素子ヒータ２１・・・の発
熱により、上記フィルタ２の上流端面か加熱され、この
部分に捕集されている微粒子が燃焼を開始し、その部分
が発火点となって下流側のフィルタ２表面に付着されて
いる微粒子も燃焼されて除去される。

よって、フィルタ２が再生されることになる。

−上記のような実施例の構成によると、導電性セラミッ
ク素子ヒータ２１・・・は、ヒータケース２０の張り出
し部２６とホルダーリング３１との間で挟持される。こ
の場合、導電性セラミック素子ヒータ２１・・・の両端
に接合した電極２４ａ　、　２４ｂのうち、その一方の
電極２４ａは挿通孔２９ａに移動自在に遊挿されており
、他方の電極２４ｂは挿通孔２９ｂを嵌挿され、張り出
し部２６に溶接されてアース電極をなしているから、導
電性セラミック素子ヒータ２１・・・の一端は、ヒータ
ケース２０に対し移動可能であるが、他端はヒータケー
ス２０に対し強固に固定されている。

しかも、導電性セラミック索ｆヒータ２１・・・は、張
り出し部２６とホルダーリング３１に取イ；ｊけた一１
ユ記絶縁キャップ３５の間で摺動可能に支持されている
ものであるから、導電性セラミック素子ヒータ２１・・
・の一端は摺動ｉ＋Ｊ能であり、かつ他端は強固に固定
されることになる。

この結果、導電性セラミック素子ヒータ２１・・・が自
己発熱および排ガスの熱を受けて熱膨張および収縮した
場合、一端か径方向や周方向に摺動することにより熱膨
張および収縮を許容することになるから、導電性セラミ
ック素子ヒータ２１・・・に応力を発生させず、破損を
防止する。

しかも導電性セラミック素子ヒータ２１・・・は、一端
が摺動可能であるといえども、張り出し部２６とホルダ
ーリング３１に取付けた−上記絶縁キャップ３５の間で
摺動可能に支持されているため機械的支持が成されてお
り、よって両端支持の状態となるので振動や衝撃か伝え
られても安定して支持される。

なお、リード線３０を、太いｉｌｔ線のものを使用せす
、小さな索線のものを複数本より合せたより線とすれは
、剛性が低くなるから導電性セラミック素子ヒータ２１
・・・の一端の摺動が一層容易になる。

また、ホルダーリング３１に取付けた上記絶縁キャップ
３５およびクッション材３４によって導電性セラミック
素子ヒータ２１・・・の下面を押圧する構造であると、
アース電極２４ｂが挿通孔２９ｂから突出する高さを高
精度に規制することができ、アース電極２４ｂとヒータ
ケース２０の確実な溶接を可能にする。

第６図は、本発明の第２の実施例を示すプラス電極部分
の断面図を示す。」−記第１の実施例では、絶縁キャッ
プ３５およびクッション材３４を使用したが、本実施例
ではホルダーリング３１の周囲に、導電性セラミック素
子ヒータ２１・・・の厚さｔよりわずかに大きな高さを
もつスペーサ部５０を形成することにより、上記導電性
セラミック素子ヒータ２１・・・のプラス電極２４ａ部
分に過度な挟持圧力が加わらないようにしている。

このようにすれば、第１の実施例における絶縁キャップ
３５およびクッション材３４を省略しても、導電性セラ
ミック素子ヒータ２１・・・のプラス電極２４ａ側端部
を摺動可能に支持することができる。

なお、スペーサ部５０はヒータケース２ｏ側に形成した
り、別の部品で構成してもよい。

第７図ないし第１１図は本発明の第３の実施例を示す。

この第３実施例では、張り出し部２６をヒータケース２
０の下端部に、中心方向に向けて突設してあり、この張
り出し部２６と絶縁リング２３の間で導電性セラミック
素子ヒータ２１・・・を挟持している。

また、導電性セラミック素子ヒータ２１・・・は、第８
図に示すように、その両端がそれぞれ”広く形成されて
おり、これら両端に取着したプラス電極２４ａおよびア
ース電極２４ｂに対し、平面方向から見て、それぞれ重
なり合わない位置に絶縁キャップ３５およびクッション
材３４が設けられている。

プラス電極２４ａは、第９図に示すように、フランジ６
０と固定子６１とで導電性セラミック素子ヒータ２１・
・・の一端を挟み付けるようにしてろう付けにより取付
けられており、アース電極２４ｂは第１゜図に示すよう
に、フランジ形スペーサ６２と固定子６３とで導電性セ
ラミック素子ヒータ２１・・・の他端を挟み付けるよう
にしてろう付けされているとともに、このアース電極２
４ｂはナツト６４を用いて張り出し部２６に固定されて
いる。

このように、電極２４ａ　、　２４ｂの取付は構造や、
導電性セラミック素子ヒータ２１・・・の挟持構造は、
先に説明した第１の実施例の構造に限らず、種々の変形
が可能である。

さらに、導電性セラミック素子ヒータ２１の形状は、平
面路■字形のものに限らず、第１２図に示すようなハニ
カム構造の直線形（棒状、線状）のものであってもよい
。

なお、上記各実施例では、絶縁リング２３を周方向に２
分割したものについて説明したが、絶縁リング２３は３
分割以上にしてもよく、または一体に形成してもよい。

さらに、絶縁リング２３は軸方向に１枚だけ使用したが
、軸方向に２枚使用し、これら２枚の絶縁リング間に導
電性セラミック素子ヒータ２１・・・を挟持するように
してもよく、この場合はセラミック溶射による絶縁膜を
省略することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、導電性セラミック
素子ヒータの一端を上記ヒータケースに通電可能に固定
してこの一端をアース電極とし、他端は絶縁体によって
熱膨張する方向に摺動可能に支持し、この他端にリード
線を接続したから、導電性セラミック素子ヒータは、熱
膨張、収縮が可能となり、応力の発生を防止するととも
に、この他端は摺動可能であるにも拘らず機械的な支持
がなされているので耐振強度か大きくなる。したがって
導電性セラミック素子ヒータの破損が防止され信頼性が
向−ｌｘする。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図ないし第５図は第
１の実施例に係り、第１図は加熱装置の平面図、第２図
および第３図はそれぞれ第１図中■−■線および■−■
線の断面図、第４図はスクリューキャップを外した状態
の加熱装置の平面図、第５図は微粒子捕集浄化装置の全
体の断面図、第６図は本発明の第２の実施例を示し、プ
ラス電極部分の断面図、第７図ないし第１１図は本発明
の第３の実施例を示し、第７図は加熱装置の平面図、第
８図は導電性セラミック素子ヒーターの取付は部分の平
面図、第９図ないし第１１図はそれぞれ第８図中ＩＸ−
ＩＸ線、Ｘ−Ｘ線およびＸ　Ｉ−Ｘ　Ｉ線の断面図、第
１２図は導電性セラミック素子ヒータの他の例を示すた
めの加熱装置の平面図である。 １・・・フィルタケース、２・・・フィルタ、３・・・
加熱装置、２０・・・ヒータケース、２１・・・導電性
セラミック素子ヒータ、２２・・・スクリューキャップ
、２３・・・セラミック製絶縁リング、２４ａ・・・プ
ラス電極、２４ｂ・・・アース電極、２６・・・張り出
し部、２ｇ、　３２．３８・・・セラミック溶射絶縁膜
、２９ａ　、　２９ｂ・・・電極挿通孔、・・・クッシ
ョン材、３５・・・絶縁キャップ。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第４図 第５図 第６図 っ情ｌ 第９図 第１０図 第１２図 第１１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジンの排気系に、排ガス中に含まれる微粒子
   を捕集するフィルタを設置し、このフィルタの上流側に
   、少なくとも１個の導電性セラミック素子ヒータを支持
   したヒータケースを取付け、上記フィルタで捕集した微
   粒子を上記導電性セラミック素子ヒータにより燃焼させ
   て上記フィルタを再生加熱する排気微粒子捕集浄化装置
   において、上記導電性セラミック素子ヒータは、その一
   端を上記ヒータケースに通電可能に固定してこの一端を
   アース電極とし、他端は絶縁体によって熱膨張する方向
   に摺動可能に支持し、この他端にリード線を接続したこ
   とを特徴とするエンジンの排気微粒子捕集浄化装置。
2. （２）上記導電性セラミック素子ヒータの少なくとも一
   面を押える絶縁体をクッション体によって押圧したこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のエンジンの排
   気微粒子捕集浄化装置。