(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルの一端と相隣合うセルの他端とを交互にプラグで閉塞した複数のセルを有するセラミックハニカムと、前記セルに熱風を送風する手段と、を備えた排ガス浄化装置であって、前記セルの孔部内の長手方向に中空の線状金属部材が挿入されて前記プラグによって固定され、前記中空の線状金属部材は前記セルと異なるセルの孔部内の中空の線状金属部材とは分離されていることを特徴とする排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はディーゼルエンジン等から排出されるパーティキュレート（スス等の可燃性微粒子）を捕集し、捕集したパーティキュレートを焼却させることにより、ディーゼルエンジンから大気へ排出されるパーティキュレート量の低減を図るディーゼルエンジン排気ガス用の排ガス浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ディーゼルエンジンが排出するパーティキュレート（煤）が環境保護及び健康上の理由から規制され始めている。ディーゼルエンジンの排ガスを浄化するには、排気管の途中に耐熱性のセラミックハニカム製のフィルターを取り付けパーティキュレートを濾過する方法が採用されている。この方法の特徴は、ある程度パーティキュレートが堆積したとき、これに火をつけて燃焼させ、炭酸ガスに変えて大気に放出し、フィルターをクリーンに再生し、繰り返し使用することである。この作業をリジェネレーションと呼んでいる。一般にディーゼルエンジンは排ガス温度が低いので、パーティキュレートはそのままでは燃えない。リジェネレーションの方法としてフィルターのエンジン側上流にバーナーや電気ヒーターを設けて、その熱でもってパーティキュレートを着火温度まで高めるものが採用されている。
【０００３】
以下、実施のディーゼルエンジンの排ガス浄化装置について説明する。図６は従来の排ガス浄化装置のパーティキュレート捕集時の状態を示す要部断面図であり、図７はフィル
ターを形成するセラミックハニカムの斜視図である。１はセラミックハニカムであり、そのセラミックハニカム１のハニカムを構成する孔部のエンジン側に開口しているセル２ａと、排気側に開口しているセル２ｂの一端は交互にプラグ３で閉塞し、フィルターを構成している。セラミックハニカム１の外周にはセラミック繊維等を有機バインダで固めてシート状にした断熱性の良い緩衝材６を巻き、円筒状のステンレス製の容器７内に収納している。容器７の内側には、セラミックハニカム１の前後に緩衝材６が動かないようにストッパー８ａ，８ｂが取り付けられている。４はセラミックハニカム１の再生時に着火するためのヒーターであり、セラミックハニカム１と略同心円状に形成されて配置されている。５ａ，５ｂは電極であり、容器７の側面を貫いて外部に露出し、バッテリー２０に接続されて、ヒーター４に電気を印加できるようになっている。尚、着火手段としてオイルバーナーを用いるものもある。容器７は前後をコーン状に口径を絞り、上流側の流入口１１と下流側の排気口１７を形成している。またバイパス管１５が前記流入口１１と排気口１７を直接連結し、切り換え弁１２でセラミックハニカム１に通じる流路１６との切り換えを行うようになっている。また流路１６には、セラミックハニカム１のフィルター機能を再生する時に必要な空気を供給する二次空気口１３を有し、送風機１８により空気を送るようになっている。更に、前記送風機１８と二次空気口１３を結ぶ連結管１９の途中には、セラミックハニカム１の再生時以外は閉じている電磁弁等の開閉弁１４が設けられている。
【０００４】
以上のように構成された従来のディーゼルエンジンの排ガス浄化装置について、以下その動作を説明する。
【０００５】
まず、ディーゼルエンジンの通常運転時について説明する。この場合の切り換え弁１２は図６の状態にあり、ディーゼルエンジンからの排気ガスは流入口１１、流路１６を経てセラミックハニカム１の前面に到達し、セラミックハニカム１のヒーター４側に開口しているセル２ａに入り、そこでセル壁を通過して、排気口１７側に開口しているセル２ｂに入る。このセル壁を通過する時に、排気ガス中に含まれているパーティキュレートはセル壁を通過できずに、ヒーター４側に開口しているセル２ａの壁面に堆積する。一方パーティキュレートを取り除かれクリーンになった排気ガスは、排気口１７からマフラー（図示せず）に送られ、その後大気中へ放出される。この様なパーティキュレートを堆積する作業は、数時間継続して行われる。その後、セラミックハニカム１内に充分にパーティキュレートが堆積して、エンジンに悪影響を与えるレベルになる前に、排気ガス浄化の作業を止めるために切り換え弁１２を切り換え再生動作に入る。
【０００６】
次に、排ガス浄化装置の再生時の動作について説明する。図８は従来の排ガス浄化装置の再生時の状態を示す要部断面図である。まず、切り換え弁１２が切り換わりディーゼルエンジンの排ガスをバイパス管１５へ流出させる。次いで、ヒーター４に通電を開始すると同時に、開閉弁１４を開き送風機１８により二次空気をセラミックハニカム１へ送る。この状態で数分から数十分間でヒーター４の熱により、セラミックハニカム１のセル２ａの壁面に堆積しているパーティキュレートの温度が約６００℃を超えると、燃焼を開始する。ここでヒーター４の電源を切る。この状態で、パーティキュレートが燃え尽きるまで二次空気の供給を続ける。
【０００７】
尚、再生期間中はディーゼルエンジンの排ガスはバイパス管１５を通って、排気口１７へ排出される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の構成では、パーティキュレートは電気ヒーターで一旦着火させられると、急激に燃焼が始まり、セラミックハニカムの内部において、燃焼を始めた部分は急激に１，０００℃以上にも温度が上がり、着火部分から離れた部分では、温度が緩や
かに上昇するために、その温度の差は５００℃以上になる事もある。その結果セラミックハニカムの内部において、熱歪が生じセラミックハニカムの各セルの壁部分にクラックが入ったり、ひどい場合には割れが生じ耐久性に欠けるという問題点を有していた。
【０００９】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、セラミックハニカムの内部でパーティキュレートが燃焼して急激に温度が上昇しても、温度差による熱歪の生成を抑制し、エンジンの耐用年数に見合う長期間の使用にも十分耐えることのできる耐久性に優れた排ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の排ガス浄化装置は、セルの一端と相隣合うセルの他端とを交互にプラグで閉塞した複数のセルを有するセラミックハニカムと、前記セルに熱風を送風する手段と、を備えた排ガス浄化装置であって、前記セルの孔部内の長手方向に中空の線状金属部材が挿入されて前記プラグによって固定され、前記中空の線状金属部材は前記セルと異なるセルの孔部内の中空の線状金属部材とは分離されている構成よりなる。
【００１１】
ここで、中空の線状金属部材としては熱伝導率の高い銅や鉄等の金属が用いられる。熱応答性においては、熱容量の小さい中空が中実より優れている。線状金属部材の径はセルの孔部の径の０．３〜０．９倍が好ましく、長さは０．４〜１．０倍が好ましい。径が０．３倍よりも小さいと伝熱の効果がなく、０．９倍より大きいと孔部が詰まり易くなるので好ましくない。長さが０．４倍より短いと熱伝導性に欠け１．０倍より長いとフィルターより突出してしまうので好ましくない。金属部材のセルへの充填率は２０〜８０％が好ましい。２０％以下では伝熱効果が小さく、８０％以上ではフィルターの圧力損失が増大するためである。
【００１２】
【作用】
この構成によって、ディーゼルエンジンの排気ガス中のパーティキュレート等がセラミックハニカムのセル内に堆積したパーティキュレートを燃焼させる場合、燃焼部分が高温になり、１，０００℃以上になることもあるが金属部材が燃焼部の熱を燃焼していない部分へと伝熱により移動させるとともに放熱するので、セラミックハニカム全体の温度を略均一化することができる。その結果、熱歪の発生を大幅に抑制することができ、セラミックハニカムのセル部のクラックやクレーズの発生を防止することができる。
【００１３】
【実施例】
（参考例１）
以下本発明の第１参考例の排ガス浄化装置について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の第１参考例の排ガス浄化装置のパーティキュレート捕集時の状態を示す要部断面図である。従来例と異なる点は、セラミックハニカム１のエンジン側に開口しているセル２ａの孔部の中に、熱伝導性の良い棒状の金属部材９が挿入され固定されている点である。
【００１４】
以上のように構成された本発明の第１参考例における排ガス浄化装置について、以下その動作を説明する。
【００１５】
まず、ディーゼルエンジンの通常運転時について説明する。１０はディーゼル排ガス浄化装置である。ディーゼルエンジンからの排ガスは流入口１１，流路１６を経てセラミックハニカム１のヒーター４側に開口しているセル２ａの孔部に入り、そこでセル壁を通過して、排気口１７側に開口しているセル２ｂに入る。このセル壁を通過する時に、排気ガス中に含まれているパーティキュレートはセル壁を通過できずに、ヒーター４側に開口しているセル２ａの壁面に堆積する。一方、パーティキュレートを取り除かれた排気ガスは、排気口１７からマフラー（図示せず）に送られ、その後大気中へ放出される。この様なパーティキュレートを堆積する作業は、数時間継続して行われる。その後、セラミックハニカム１内に充分にパーティキュレートが堆積して、エンジンに悪影響を与えるレベルになる前に、排気ガス浄化の作業を止めるために切り換え弁１２を切り換え再生動作に入る。
【００１６】
次に、排ガス浄化装置の再生時の動作について説明する。図２は排ガス浄化装置の再生時の状態を示す要部断面図である。まず、切り換え弁１２が切り換わりディーゼルエンジンの排ガスをバイパス管１５へ流出させる。次いで、ヒーター４に通電を開始すると同時に、開閉弁１４を開き送風機１８により二次空気をセラミックハニカム１へ送る。この状態で数分から数十分間でヒーター４の熱により、セラミックハニカム１のセル２ａの壁面に堆積しているパーティキュレートの温度が約６００℃を超えると、燃焼を開始する。ここで、ヒーター４の電源を切る。この時、送風機１８又は開閉弁１４の少なくとも一方を制御し前記二次空気量を調節して、セラミックハニカム１のパーティキュレートの燃焼部の温度がおよそ９００℃を超えないようにする。ここで、本発明の例えば銅等の熱伝導の良い金属部材９を、前記セラミックハニカム１のヒーター４側に開口している複数のセル２ａの孔部内に複数本挿入固定しているために、パーティキュレートの燃焼部の高熱を非燃焼部へ移送するとともに放熱し、軸方向の温度差による熱応力を低減させる事ができる。この効果はセラミックハニカム１のどの部分で燃焼していても、この効果があるため、パーティキュレートの燃焼中にセルの熱応力によるクラックや割れを防ぐことができる。セラミックハニカム１の内部のパーティキュレートが燃え尽きると切り換え弁１２を切り換え、流路１６を通じてセラミックハニカム１に流れるようにすると同時に、送風機１８を止めて開閉弁１４を閉じることにより、通常の運転状態に戻す。
【００１７】
尚、再生期間中はディーゼルエンジンの排ガスはバイパス管１５を通って、排気口１７へ排出される。
【００１８】
以上のように本参考例によれば、セラミックハニカム１内に堆積したパーティキュレートを燃焼する時、即ちセラミックハニカム１の燃焼再生時には熱伝導の良い金属部材９をセラミックハニカム１のセル２ａの孔部内に挿入固定しているために、軸方向の温度差を低減することができ、この結果セラミックハニカム１内の温度差により発生する熱歪を低減させることができる。
【００１９】
（参考例２）
以下本発明の第２参考例の排ガス浄化装置について、図面を参照しながら説明する。図３は本発明の第２参考例の排ガス浄化装置のパーティキュレート捕集時の状態を示す要部断面図である。第１参考例の排ガス浄化装置と異なるのは、排気側に開口している複数のセル２ｂに棒状の金属部材９を挿入固定している点である。第１実施例では、エンジン側に開口しているセル２ａには前記金属部材９が挿入固定されているため、その金属部材９によりセル２ａの空間が狭くなり、捕集できるパーティキュレートの量が少ないが、本参考例によれば、パーティキュレートの溜まるセル２ａと金属部材９の挿入固定されているセル２ｂが同一でないために、前記の参考例に比べ、多くのパーティキュレートを捕集でき、再生までの期間を長くすることが可能となる。
【００２０】
（参考例３）
以下本発明の第３参考例の排ガス浄化装置について、図面を参照しながら説明する。図４は本発明の第３参考例の排ガス浄化装置のパーティキュレート捕集時の状態を示す要部断面図である。第１参考例や第２参考例と異なる点は、セラミックハニカム１の排気ガス流入側に開口したセル２ａの孔部及び排気ガス流出側に開口したセル２ｂの孔部の各々の複数のセルの孔部に複数の金属部材９を挿入固定したものである。本実施例によればセルの孔部への金属部材９の充填率が高いのでセラミックハニカム１の燃焼再生時において、更に軸方向の温度差を低減させることができる。
【００２１】
（実施例１）
以下本発明の第４実施例の排ガス浄化装置について、図面を参照しながら説明する。図５（ａ）は第１実施例の排ガス浄化装置の線状金属部材として中空の金属部材の長手方向の断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図であり、（ｃ）は他の中空の金属部材の長手方向の断面図であり、（ｄ）は（ｃ）のＹ−Ｙ線断面図である。少なくとも一端が開口した中空の線状金属部材９を使用することにより、中実棒状の金属部材９に比べ更に熱伝導性（熱移送性）を向上させることができ、セラミックハニカム１の軸方向の温度差を更に低減することが可能となる。尚、中空の金属部材９が薄手の金属材からなるときはリブ２１を内部等に形成すると変形を防止できる。熱応答性においては、熱容量の小さい中空の線状金属部材が中実の線状金属部材より優れている。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように本発明は、排ガス浄化装置のセルの孔部に挿着した中空の線状金属部材によりセラミックハニカムの燃焼再生時に、セラミックハニカムのセルのパーティキュレートの捕集量の相違による燃焼部分と非燃焼部分の軸方向の温度差を低減することができ、その結果、セル熱歪を抑制することができるので、セラミックハニカムのクラックや割れの発生を防止でき、セラミックハニカムの耐久性を著しく向上させることができ、エンジンの耐用年数と同等の耐久性を確保することができる低原価で量産性に優れた排ガス浄化装置を実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１参考例の排ガス浄化装置のパーティキュレート捕集時の状態を示す要部断面図
【図２】本発明の第１参考例の排ガス浄化装置の再生時の状態を示す要部断面図
【図３】本発明の第２参考例の排ガス浄化装置のパーティキュレート捕集時の状態を示す要部断面図
【図４】本発明の第３参考例の排ガス浄化装置のパーティキュレート捕集時の状態を示す要部断面図
【図５】（ａ）本発明の第１実施例の排ガス浄化装置の中空の金属部材の長手方向の断面図
（ｂ）図５（ａ）のＸ−Ｘ線断面図
（ｃ）本発明の第４実施例の排ガス浄化装置の他の中空の金属部材の長手方向の断面図
（ｄ）図５（ｃ）のＹ−Ｙ線断面図
【図６】従来の排ガス浄化装置のパーティキュレートの捕集時の状態を示す要部断面図
【図７】フィルターを形成するセラミックハニカムの斜視図
【図８】従来の排ガス浄化装置の再生時の状態を示す要部断面図
【符号の説明】
１ セラミックハニカム
２ａ，２ｂ セル
３ プラグ
４ ヒーター
５ａ，５ｂ 電極
６ 緩衝材
７ 容器
８ａ，８ｂ ストッパー
９ 金属部材
１０ ディーゼル排ガス浄化装置
１１ 流入口
１２ 切り換え弁
１３ 二次空気口
１４ 開閉弁
１５ バイパス管
１６ 流路
１７ 排気口
１８ 送風機
１９ 連結管
２０ バッテリー
２１ リブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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