(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気側に連結する通路を備えたケーシングと、前記通路内に配設されたＤＰＦと、前記ＤＰＦの外周に配設されたヒーターとを備えたＤＰＦ再生システムにおいて、
前記ＤＰＦが、多孔質炭化珪素焼結体からなるものであり、
前記ＤＰＦと前記ヒーターとの間に熱伝導性の優れた高絶縁抵抗をもつセラミック層が配設された
ことを特徴とするＤＰＦ再生システム。
【請求項２】
前記ヒーターと前記通路の内壁との間に高断熱材層が配設された請求項１記載のＤＰＦ再生システム。
【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の内燃機関から排出される排気ガスを浄化処理する排気ガス浄化装置におけるヒーターを用いたＤＰＦ再生システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ディーゼルエンジン等の排気ガス中のパティキュレート（粒子状物質）を浄化する場合には、コージェライトによって形成されたフィルター（ディーゼル・パティキュレート・フィルター；ＤＰＦ）をディーゼルエンジンの排気側に接続し、フィルターの表面にパティキュレートを捕集することによりなされている。
【０００３】
このようなＤＰＦを長時間使用すると、フィルターには黒煙を主成分とするパティキュレートが堆積し、圧力損失が上昇し、エンジンに負荷がかかる。そこで、バーナー等で着火させたり、電気ヒーターでＤＰＦを高温に加熱すること等により、堆積したパティキュレートを燃焼させて除去し、ＤＰＦを再生する処理が必要となる。
【０００４】
ところが、このＤＰＦが融点（１２００〜１３００℃）の低いコージェライトによって形成されている場合には、着火によるＤＰＦ再生処理では、ＤＰＦの一端にてパティキュレートに着火した後、そのＤＰＦに着火位置側からエアを供給すると、パティキュレートの不均一な燃焼が生じて、局部的な温度上昇が生じ、再生処理を繰り返し行うと、ＤＰＦが溶損して再利用が不可能になる等の問題があった。
【０００５】
また、ヒーター線をＤＰＦ内に埋め込んで高温に加熱する方法もあるが、コージェライトのもつ熱伝導率により燃焼に充分な温度に保つのは不可能であるか、又は、長時間を必要とする問題があった。
【０００６】
このような問題を解決するため、ＤＰＦとして耐熱性及び熱伝導性に優れた炭化珪素焼結体を使用することが提案されている。しかし、この方法では、材料の熱伝導性が高すぎるので、相当の熱量がＤＰＦの径方向、すなわち、ＤＰＦの外周にあるケーシング方向に伝わって放熱が生じる等の欠点があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特開平３−２３３０７号公報には、図２のように、ＤＰＦの外周に配設されたヒーター線５と、ヒーター線５と通路２ａの内壁との間に配設された高断熱材層６とを備えることにより、均一かつ短時間に再生可能な温度に加熱する技術が開示されている。
【０００８】
しかしながら、ＤＰＦにパティキュレートを低温で燃焼させる触媒金属を担持させた場合等には４００℃程度の加熱でパティキュレートの燃焼が可能であるが、触媒金属を担持させるには構造上問題となることもあり、このような触媒を担持しない場合は６００℃以上に加熱することとなるので、材料のもつ絶縁性が問題となる。一般に炭化珪素等の非酸化物系のセラミック材料は、温度とともに絶縁抵抗値が低下する。従って、ヒーターをＤＰＦと接触させて電気加熱による熱効率を上げようとすると、高温では漏電が生じ、耐電圧の規格をクリアできない等の大きな障害があった。
【０００９】
また、ヒーター線を複数に分割したＤＰＦ内に埋め込み、ＤＰＦと通路の内壁との間に高断熱材層を配設させると、各分割部分における温度分布が小さくなり、発生する応力は低く、クラックの発生が未然に防止されるが、ＤＰＦの外周部付近の温度が上がらず、再生が不完全になる問題があった。
【００１０】
本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、高温に加熱しても漏電の生じないＤＰＦ再生システムを提供することを目的するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、内燃機関の排気側に連結する通路を備えたケーシングと、上記通路内に配設されたＤＰＦと、上記ＤＰＦの外周に配設されたヒーターとを備えたＤＰＦ再生システムにおいて、上記ＤＰＦが、多孔質炭化珪素焼結体からなるものであり、上記ＤＰＦと上記ヒーターとの間に熱伝導性の優れた高絶縁抵抗をもつセラミック層が配設されて構成されるものである。
【００１２】
上記熱伝導性の優れた高絶縁抵抗をもつセラミック層としては、曲げ強度が強く、打ち抜き加工性に優れるものが好ましい。
上記熱伝導性の優れた高絶縁抵抗をもつセラミック層としては、例えば、電熱用マイカ板（日本マイカ製作所社製、Ｚ５２３、軟質マイカ）等を挙げることができる。
上記電熱用マイカ板としては、接着剤としてけい素樹脂を主成分としたものが好ましい。
上記電熱用マイカ板の厚さは、０．３〜１．０ｍｍが好ましい。
【００１３】
本発明のＤＰＦ再生システムは、上記ＤＰＦを高温に加熱するために、上記ヒーターと上記通路の内壁との間に高断熱材層が配設されたものが好ましい。
【００１４】
上記高断熱材層としては、例えば、アルミナ−シリカセラミックファイバー、アルミナファイバー、ジルコニアファイバー、シリカファイバー、ロックウール、石綿等の無機質ファイバー；ナイロン、ケブラー等の有機質ファイバー；ウレタン等の発泡体の成形体；これらの組み合わせ等を挙げることができる。好ましくは、無機質ファイバーを一部又は全体に使用するものである。
また、上記ＤＰＦと上記通路の内壁との間の一部に空間を形成して空気層を高断熱材層の一部としてもよい。
【００１５】
【作用】
本発明のＤＰＦ再生システムは、上記ＤＰＦと上記ヒーターとの間に熱伝導性の優れた高絶縁抵抗をもつセラミック層を配設することにより、６００℃以上の高温に加熱して、多孔質炭化珪素焼結体からなるＤＰＦの絶縁抵抗値が低下しても、漏電が生じない。
従って、本発明のＤＰＦ再生システムは、ＤＰＦにパティキュレートを低温で燃焼させる触媒を担持させずに、６００℃以上の高温でパティキュレートを燃焼させてＤＰＦ再生処理をすることができる。
更に、本発明のＤＰＦ再生システムは、上記ヒーターと上記通路の内壁との間に高断熱材層を配設することにより、ＤＰＦを高温に均一に加熱して、パティキュレートを完全燃焼させることができる。
【００１６】
【実施例】
実施例１
以下、本発明の実施例１であるＤＰＦ再生システムについて、図面を参照して説明する。図１は実施例１におけるＤＰＦ再生システムの断面図であり、図３は実施例１における排気ガス浄化装置の概略図及び部分断面図である。同一の構成要素には同一の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
【００１７】
図３において、排気ガス浄化装置１は、金属パイプ製のケーシング２を備え、そのケーシング２の通路２ａが内燃機関Ｅの排気管路Ｅａ中に接続されている。このケーシング２内には排気ガスを浄化するための触媒を担持させたＤＰＦ３が配設されている。
図１において、ＤＰＦ３の外周には、熱伝導性の優れた高絶縁抵抗をもつセラミック層４が密着して配設され、セラミック層４の外周に一本のセラミックヒーター線からなる再生用ヒーター５がＤＰＦの軸線と垂直に所定の間隔で並ぶように取り巻いて配設されている。
また、ケーシング２の通路２ａの内壁には、ヒーター５を被覆する高断熱材層６が装着されている。
【００１８】
ＤＰＦ３は、多孔質炭化珪素焼結体によってハニカム状に成形されるとともに、全体として角柱状をなしている。そして、このＤＰＦ３には軸線方向に平行に延びる多数のガス通過孔が形成され、各ガス通過孔の供給側及び排出側のいずれか一端が炭化珪素質の小片によって交互に封止されている。
【００１９】
図３に示すように、内燃機関Ｅの排気ガスがケーシング２の供給側からＤＰＦ３に導入されると、ガス通過孔の壁部によって、排気ガス中のパティキュレートが捕集される。そして、浄化された排気ガスがＤＰＦ３から排出される。
【００２０】
このように使用されるＤＰＦ３の再生処理を行う場合には、ＤＰＦ３に所定量のパティキュレートを捕集した状態で、ヒーター５によるＤＰＦ３の加熱を開始する。そして、ＤＰＦ３の温度が所定温度（４００〜８００℃）に達したとき、ケーシング２に燃焼促進用の２次エアの供給を開始する。そして、この処理を継続することにより、ＤＰＦ３内のパティキュレートが燃焼され、ＤＰＦ３が再生される。
【００２１】
ここで、ＤＰＦ３の再生処理に関する具体的な実験データについて説明する。実験条件として、ＤＰＦ３は、直径１４０ｍｍ、長さ１４０ｍｍ、熱伝導率０．０２９ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃、比熱０．２２ｃａｌ／ｇ・℃のものを使用した。ＤＰＦ３の外周の断熱材４は、セラミックファイバー製、厚さ２５ｍｍ、熱伝導率０．０８ｋｃａｌ／  ｍ・ｈｒ・℃のものを使用した。
ＤＰＦ３の外周の熱伝導性の優れた高絶縁抵抗をもつセラミック層４は、電熱用マイカ板（日本マイカ製作所社製、Ｚ５２３、軟質マイカ）を使用した。
また、ヒーター５は１２Ｖ−２．５ｋＷのものを使用した。更に、コンプレッサーからの二次エア供給量は、５０Ｌ／ｍｉｎとした。
【００２２】
排気ガス中のパティキュレート捕集は、圧力センサＰｓにて検出される圧力が所定量に到達するまで捕集動作を継続した。この間のパティキュレート捕集量の算出については、ＤＰＦ３の容積をガス通過孔の部分の総量とし、パティキュレート捕集量は捕集処理の前後における重量変化に基づいて求めた。
【００２３】
ＤＰＦ３からの漏電については、微少電流計又は漏電流計により測定した。
ＤＰＦ３の再生処理時間については、ＤＰＦ３の上流側側面の中心を計測点Ｐとして、熱電対を配置してその温度変化を監視した。計測点Ｐの温度は、ＤＰＦ３に捕集されたパティキュレートの燃焼終了時に急激に降下するので、ヒーター５への通電開始時間から温度降下時点までの時間を再生処理時間として計測した。
【００２４】
その結果、実施例１の装置を使用して６００℃で電気ヒーターで加熱した再生処理した場合、漏電は０Ａであり、認められなかった。所要再生処理時間は３２分であった。
【００２５】
比較例１
以下、比較例１であるＤＰＦ再生システムについて、図面を参照して説明する。図２は比較例１におけるＤＰＦ再生システムの断面図である。同一の構成要素には同一の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
【００２６】
図２において、ＤＰＦ３の外周に、熱伝導性の優れた高絶縁抵抗をもつセラミック層を使用しなかったこと以外は実施例１と同様の構成とし、同様の実験を行った。
【００２７】
その結果、比較例１の装置を使用して６００℃で電気ヒーターで加熱した再生処理した場合、漏電は約０．１ｍＡであった。所要再生処理時間は３３分であった。
【００２８】
【発明の効果】
本発明のＤＰＦ再生システムは、上述のような構成よりなるので、再生処理において６００℃以上の高温に加熱して、多孔質炭化珪素焼結体からなるＤＰＦの絶縁抵抗値が低下しても、漏電が生じないことから、ＤＰＦにパティキュレートを低温で燃焼させる触媒を担持させずに、６００℃以上の高温でパティキュレートを燃焼させてＤＰＦ再生処理をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のＤＰＦ再生システムの断面図。
【図２】比較例１のＤＰＦ再生システムの断面図。
【図３】実施例１の排気ガス浄化装置の概略図及び部分断面図。
【符号の説明】
１    排気ガス浄化装置
２    ケーシング
２ａ  通路
３    ＤＰＦ
４    セラミック層
５    ヒーター
６    高断熱材層
【図１】
0003587270.tif 000002
【図２】
0003587270.tif 000003
【図３】
0003587270.tif 000004