JPS6275013A - 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−１−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が含まれ
ており、この排ガスを浄化するため、排ガス系にセラミ
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
集する手段が採用されている。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、最近ではこの種の再生加熱用
ヒータとして、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、上記
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
セラミック索子ヒータは上記ヒータケースに、−１〕記
略■字形をなす両脚部が固定された状態で、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または
該セラミック素子ヒータに通電するためのリード線と、
ヒータケースを電気的に絶縁する必要があり、このよう
な絶縁構造とするために絶縁体が使用される。この種の
絶縁体は排ガスの非常な高温にさらされるため耐熱性が
要求され、したがってアルミナや窒化ケイ素などのセラ
ミックよりなるリング形状の絶縁体を使用することが検
討されている。

しかしながら、上記セラミック製絶縁リングは脆性が大
きいので、これをボルト締めによりヒータケースに固定
すると、振動や衝撃を受けた場合に締付は部に応力が集
中してクラックを発生しやすく、また、金属ばねにより
弾性押圧して保持するような構造を採用すると、金属ば
ねが高温によりへたりを生じ、長期に亙って確実な保持
を期待できない不具合があった。

本発明は、セラミック製絶縁リングにクラックを発生さ
せることなく、この絶縁リングおよび導電性セラミック
索子ヒータをヒータケースに確実に取付けることかでき
る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、ヒータケースに張り出し部を設けるとともに
、この張り出し部に対向してヒータケースにリング形の
スクリューキャップを螺着し、これらスクリューキャッ
プと張り出し部とで−に記絶縁リングおよび導電性セラ
ミック素子ヒータを挾持したものである。

〔作用〕

このような構成によると、絶縁リングおよび導電性セラ
ミック素子ヒータは、スクリューキャップと張り出し部
のそれぞれ広い面で挾持されるから、全面に付与される
略均等な圧力で保持されることになる。

〔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６図は本発明の第１実施例を示すもので
、第６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１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ｌ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、Ｌ記フィルタケースＩのフランジ５と、
に２排ガス導入管４のフランジ１２の間に断熱シール材
１４．１５を介して挾持されている。

なお、フィルタケース１のｖ１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。

−Ｊ−記加熱装置３の構造は第１図ないし第５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索子ヒータ２１・・・
と、これら導電性セラミック素子ヒータ２１・・・を上
記ヒータケース２０との間で挾持するスクリューキャッ
プ２２と、このスクリューキャップ２２と導電性セラミ
ック素子ヒータ２Ｉ・・・の間に介挿された絶縁リング
２８とて構成されている。

各導電性セラミック素子ヒータ２１・・・は、フィルタ
２の」１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索子ヒータ２１は、それ
ぞれ乎面略Ｖ字形状を成している。このＶ字型の両端部
には電極がろう付けにより接合されている。この場合、
第４図に示すように、一端部に接合された電極２４は、
図示の上方に向かって突出されるようになっており、他
端部に接合された電極は図示しないが下向きに突出され
るようになっている。

そして導電性セラミック索子ヒータ２１・・・は、上記
電極に連なる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が通過できるようになっ
ている。

なお、１ユ記導電性セラミツク索子ヒータ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重間％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。

このような構造の一１ｘ記導電性セラミック素子ヒータ
２１・・は、両端部が−１−述したヒータケース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２
１・・・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、」二記■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、下端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−１一部
内周面に全周に亙って雌ねじ部２７が設けられている。

−ｌユ記張り出し部２６の図示−１−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波膜２８が形
成されているとともに、この張り出し部２６の上面には
、周方向に離間して、前記導電性セラミック素子ヒータ
２１・・・の前記した上向きに取付けられた電極２４の
取付は部分に対向して凹部２９・・・が設けられており
、また該ヒータ２１の他端に下向きに取付けられた電極
に対向して電極挿入孔９０・・・が形成されている。

これら各凹部２９・・・には、第４図に示すように、ワ
イヤメツシュよりなるクッション材３０およびこのクッ
ション材３０を覆う絶縁セラミック製の絶縁キャップ３
１が収容される。

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は外周面に雄ねし部３２を有し
、内側面には、図示下向きに突出する保持壁３３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波膜３４
を形成しである。

なお、３５は、スクリューキャップ２２をヒータケ−ス
２０にねじ込む場合、または取り外す場合に、図示しな
い冶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
２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、前述した導電性セラミック素子ヒータ２１・・
・および絶縁リング２３を挾持する。

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グ形をなすようになってい
る。

絶縁リング２３の下面には、放射方向にヒータ挿入溝３
５が間隔を存して形成されている。これらヒータ挿入溝
３５には、前記導電性セラミック素子ヒータ２１・・の
端部がそれぞれ差し込まれるようになっている。また、
絶縁リング２３には、各導電性セラミック素子ヒータ２
１・・・の一端部に−に向きに取付けられた前記電極２
４に対向して、電極挿入孔３６・・・か形成されている
。そして絶縁リング２３のに面には、これら電極挿入孔
３６・・・に連なるリード線引き回し用ガイド溝３７・
・・が形成されている。リード線引き回し用ガイド溝３
７・・・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。

なお、前記張り出し部２６の内径は、上記絶縁リング２
３の下側の内径と同等、またはそれより大きく形成され
ている。

しかして、導電性セラミック素子ヒータ２１・・・の両
端部を、上記絶縁リング２３のヒータ挿入溝３５に差し
込み、この導電性セラミック素子ヒータ２１・・・の一
端部に接合した電極２４を電極挿入孔３６・・・に挿入
させる。そして、これら電極挿入孔３６・・・に挿入さ
れた電極２４にリード線３８・・・を溶接により接続し
、これらリード線３８・・・をリード線引き回し用ガイ
ド溝３７・・・に嵌め込んで、リード線引き回し用ガイ
ド溝３７・・・に沿って配線する。

このような組付けの後、導電性セラミック素子ヒータ２
１・・・および絶縁リング２３を、ヒータケース２０の
張り出し部２Ｂｉ吾載せ、スクリューキャップ２２をね
じ込む。

このようにすれば、導電性セラミック素子ヒータ２１・
・・および絶縁リング２３はヒータケース２０の張り出
し部２６とスクリューキャップ２２で挾持される。

この状態で、リード線３８・・・を、上記端子取ｆ」け
部２５に取付けた端子３９・・・に接続する。なお、４
０はコネクタである。

なお、上記ヒータケース２０の張り出し部２６とスクリ
ューキャップ２２で導電性セラミック素子ヒータ２１・
・・および絶縁リング２３を挾持した場合、導電性セラ
ミック素子ヒータ２１・・・の下面は、第４図に示すク
ッション月３０および絶縁キャップ３１で支えられ、実
質的に、絶縁リング２３と絶縁キャップ３１で挾持され
ることになる。そして導電性セラミック素子ヒータ２１
・・・の他端に下向きに突設した他方の電極（図示しな
い）は、ヒータケース２０の張り出し部２６の電極挿入
孔８０・・・に挿入され、張り出し部２６に溶接されて
アース電極となる。

また、絶縁リング２３は２分割に形成されていても、ス
クリューキャップ２２に形成した下向きに突出する保持
壁３３により支持されるので、絶縁リング２３が移動す
ることはない。

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
０を通じてリード線３８・・・に電流を流す。

この場合、各リード線３８・・・には間欠的にかつ順番
に電流を流す。これにより各導電性セラミック索子ヒー
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の上流端面が加熱され、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表面に付青されて
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、絶縁リング２３は
第４図から理解できるように、ヒータケース２０の張り
出し部２６とスクリューキャップ２２で挾持される。こ
の場合、導電性セラミック素子ヒータ２１・・・の両端
部は、上記絶縁リング２３のヒータ挿入溝３５に差し込
まれ、絶縁リング２３と絶縁キャップ３１で挾持される
ことになり、絶縁リング２３の１−而および下面は、そ
れぞれスクリューキャップ２２の下面および張り出し部
２６の」二面により挾持される。

このため、絶縁リング２３の−に而および下面は、スク
リューキャップ２２および張り出し部２６の広い面で押
し付けられるから、全体に亙り広い而でしかも均等な挾
持力で挾持されることになり、振動や衝撃か加わっても
絶縁リング２３にクラックを発生させることがない。

しかも絶縁リング２３は、スクリューキャップ２２に形
成した下向きに突出する保持壁３３により支持されるの
で移動することはない。また絶縁リング２３が周ノｊ向
に２分割されていても移動することはない。

第７図および第８図は本発明の第２実施例を示す。

この第２実施例では、張り出し部２６をヒータケース２
０の中段部に、中心方向に向けて突設してあり、この張
り出し部２６とスクリューキャップ２２の間で絶縁リン
グ２３およびリード線３８を挾持している。そして導電
性セラミック素子ヒータ２１・・・は−ｆＺ記張り出し
部２６と、その下方に設置した金属製のホルダーリング
５０の間に挾持されている。ホルダーリング５０は図示
しないボルトによりヒータケース２０に固定される。

なお、張り出し部２Ｂの下面が導電性セラミック索子ヒ
ータ２１・・・の」−面と通電接触しないように、この
張り出し部２６の下面にセラミック溶射による絶縁被膜
５１を形成しである。

このような構成の第２の実施例の場合、絶縁リング２３
にヒータ挿入溝３５を形成する必要がなくなるので、絶
縁リング２３の破損などの不具合が少なくなる。

また、導電性セラミック索子ヒータ２Ｉは張り出し部２
６とホルダーリング５０の間に挾持されるから、絶縁リ
ング２３の取付は作業とは独立し、これらの組付は作業
が容品になる。

第９図および第１０図は本発明の第３実施例を示す。

第９図はスクリューキャップ２２の下面図であり、この
スクリューキャップ２２の下面には、第１０図にも示す
ように、リード線案内用凹溝６０を全周に亙って形成し
である。そして、このリード線案内用凹溝６０の内面に
も、セラミック溶射による絶縁被膜３４を形成しである
。

このようにすれば、絶縁リング２３のに面に形成するリ
ード線引き回し用ガイド溝３７・・・の深さを浅くする
ことができ、絶縁リング２３を割れ難くすることが可能
となり、また絶縁リング２３を薄くすることもできるの
で、加熱装置全体を小型、軽量化することができる。

第１１図および第１２図は、それぞれスクリューキャッ
プの他の例を示す。

すなイっち先に述べた各実施例のスクリューキャップ２
２はリング形としたが、第１１図に示すスクリューキャ
ップ７０は円板形とし、これに多数個の排ガス通過用の
透孔７１・・・を形成したものである。

排ガス通過用透孔７１・・・の形状は、円形や多角形で
よい。また、第１２図のように、扇形の排ガス通過用透
孔７２・・・を複数個形成してもよい。

さらに、第１３図はヒータケースの変形例を示すもので
、ヒータケース２０に外向きに突設した端子取付は部２
５には、内面および上面が開放された切欠部８０を形成
しである。このような切欠部８０を形成することにより
、リード線３８の、端子３９に対する結線作業が容易に
なる。

この場合、ヒータケース２０の内面には、上記切欠部８
０を形成したことにより雌ねじ２７の途中が切れる箇所
が発生するが、残った雌ねじ２７の長さが充分であるか
ら、スクリューキャップ２２の螺着を確実になし得る。

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−ににしてもよく、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
電性セラミック索子ヒータ２１・・・を挾持するように
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、セラミック製の絶
縁リングおよび導電性セラミック素子ヒータが、ヒータ
ケースに形成した張り出し部とスクリューキャップとで
挾持されるから、全面に亙る略均等な圧力で押えられて
保持されることになり、振動や衝撃が伝えられても、絶
縁リングに集中応力を発生させないからクラックの発生
を防止することができ、かつ挾持力のへたりも生じない
ので長期に亙って良好に保持され、長寿命になる。

【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６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
はそのスクリューキャップを外した状態の平面図、第３
図は第９図中Ｘ−Ｘ線に沿う矢視図、第４図は第９図中
Ｘ−Ｘ線の断面図、第５図は分解した斜視図、第６図は
微粒子捕集浄化装置の全体の断面図、第７図および第８
図は本発明の第２の実施例を示し、それぞれ第３図と第
４図に対応した矢視図および断面図、第９図および第１
０図は本発明の第３の実施例を示し、第９図はスクリュ
ーキャップの下面図、第１０図は第９図中Ｘ−Ｘ線に沿
う組立て状態の断面図、第１１図および第１２図はそれ
ぞれスクリューキャップの他の例を示す平面図、第１３
図はヒータケースの他の例を示すための加熱装置の平面
図である。 ｌ・・・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、２６・・・張り
出し部、２８．３４・・・セラミック溶射絶縁膜。 ＝　２０− 第３図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図 第１１図 第１２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
   、周方向に沿って少なくとも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
   ータはセラミック製絶縁リングにより押えられ、この絶
   縁リングを上記ヒータケースに形成した張り出し部と該
   ヒータケースに螺着したリング形のスクリューキャップ
   で挾持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）上記張り出し部またはスクリューキャップが上記
   導電性セラミック素子ヒータと接触する場合には、これ
   ら張り出し部またはスクリューキャップの上記導電性セ
   ラミック素子ヒータに接触する面に、セラミック溶射に
   よる絶縁膜を形成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。