JP2684019B2 - パティキュレ−トフィルタ - Google Patents

パティキュレ−トフィルタ

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JP2684019B2
JP2684019B2 JP6307023A JP30702394A JP2684019B2 JP 2684019 B2 JP2684019 B2 JP 2684019B2 JP 6307023 A JP6307023 A JP 6307023A JP 30702394 A JP30702394 A JP 30702394A JP 2684019 B2 JP2684019 B2 JP 2684019B2
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    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
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  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
  • Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの排気ガス中
のパティキュレ−トを捕集して焼却するパティキュレ−
トフィルタに関する。
【0002】
【従来の技術】エンジン特にディ−ゼルエンジンは、断
熱圧縮によって昇温された空気中に燃料が噴射されて燃
焼が行われるヘトロジニアス燃焼であるため、排気中に
含まれる一酸化炭素や炭化水素は少ないが、窒素酸化物
(NOx)やパティキュレ−ト(主としてカ−ボン)の
排出が多いという問題点があった。
【0003】この点に対処する手段として、図1に示す
ような、排気ガス流路にフィルタを取付け排気ガスをろ
過するパティキュレ−トフィルタ100が開発されてい
る。このパティキュレ−トフィルタ100では、円筒形
フィルタ11の下流側に排気ガスの流路を規制するため
の閉止板13が配置されているので、上流側から円筒形
フィルタ11に入った排気ガスが円筒側面に設けられた
フィルタを通過して排気路12に流れ込むようになって
いる。そして、コントロ−ラ14の制御下でフィルタ1
1に設けられたヒ−タに通電することによりフィルタに
捕集されたパティキュレ−トが焼却されるようになって
いる。
【0004】パティキュレ−トフィルタ11は、図2に
示すように、セラミックス繊維をランダムに堆積しフェ
ルト状乃至紙状に一体化してなるセラミックス繊維堆積
物15aをヒ−タとなる金属製網15bではさんだもの
をフィルタ素体15としている。そして、このフィルタ
素体15を捕集面を大きくするために波形に折り曲げ、
さらに全体として円筒形に整形して円筒形フィルタ素体
16とし、次いで図3の(a)、(b)に示すように、
両端面に上流側シ−ルキャップ17および下流側シ−ル
キャップ18を用いてシ−リングしてパティキュレ−ト
フィルタ11が形成される。なお、上流側シ−ルキャッ
プ17には、排気ガスを通過させるための開口17aが
設けられている。
【0005】円筒形フィルタ素体16とシ−ルキャップ
17、18とのシ−リングは、次のように行われる。す
なわち、シ−リングに先立って、まず上流側および下流
側シ−ルキャップ17、18の凹部17b、18bにシ
−ル材を流し込む。シ−ル材としては、アルミナ粉末8
0wt%と、アルミナ短繊維(1〜30mm)20wt
%を混合したもの1に対し、水ガラス(水ガラス1に対
し水1を添加し混合したもの)を1加え、混合したもの
を用いる。そして、このシ−ル材の乾燥しないうちに、
シ−ルキャップの凹部に円筒形フィルタ素体16の端部
をはめ込み、350℃まで加熱して固化させる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】図2の円筒形フィルタ
素体16は、上述したようにセラミックス繊維堆積物を
ヒ−タとなる金属製網ではさんだ構造をしているため、
その厚さ方向に弾性を有し必ずしも厚さが一様に定まら
ない。また、その断面形状は捕集面を大きくするために
波形である。したがって、シ−ルキャップとのシ−リン
グにおいて、同じ波形の断面を持つシ−ルキャップとの
密着がうまくいかず排気ガスが漏れてしまうことがあ
る。その結果、パティキュレ−トフィルタにおいて、排
気ガス中の窒素酸化物(NOx)やパティキュレ−ト
(主としてカ−ボン)がろ過されずに排出されてしまう
という問題が起こる。
【0007】本発明は、上記した欠点を解決するために
なされたもので、その目的とするところは、フィルタ端
部においてシ−リングが確実で排気ガスがろ過されずに
排出されることのないパティキュレ−トフィルタを提供
することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明によれば、セラミックス繊維をランダムに積
堆しフェルト状乃至紙状に一体化してなるセラミックス
繊維積堆物にヒ−タとなる金属製網を近接せしめ、これ
らを波形に折り曲げて円筒形にした構造を有するパティ
キュレ−トフィルタにおいて、前記フィルタの両端部の
各々に、前記フィルタ内側に該内側の波形の凹部および
凸部に係合する凸部および凹部を有する円筒形の第一手
段を設け、前記フィルタ外側に該外側の波形の凹部に係
合する凸部を有する第二手段を設け、さらに第二手段の
外側に前記フィルタをその厚さ方向に締め付けるための
円筒形の締め付け手段を設けたことを特徴とするパティ
キュレ−トフィルタが提供される。
【0009】
【作用】本発明のパティキュレ−トフィルタにおいて
は、フィルタの両端部が、フィルタ内側に設けらた内側
の波形の凹部および凸部に係合する凸部および凹部を有
する円筒形の第一手段と、フィルタ外側に設けられた外
側の波形の凹部に係合する凸部を有する第二手段とによ
りはさまれ、さらに第二手段の外側から締め付け手段に
よりフィルタがその厚さ方向に締め付けられている。し
たがって、フィルタの端部において、フィルタの厚さが
ほぼ一様となるので、円筒形のフィルタ素体とシ−ルキ
ャップとの密着性が高まり、シ−リングが確実におこな
われる。その結果、排気ガスがフィルタの端部において
ろ過されずに排出されてしまうことがない。
【0010】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。なお、必要に応じて従来技術の説明に
おいて引用した図面を参照する。図4は、本発明の一実
施例のパティキュレ−トフィルタ端部の断面図である。
同図において、パティキュレ−トフィルタ20は、図2
に示したようにセラミックス繊維積堆物20aをヒ−タ
となる金属製網20bで挟持した後、図3に示したもの
と同様に波形に折り曲げて円筒形にした構造を有してい
る。フィルタ20の内側には、内側の波形の凹部および
凸部に係合する凸部および凹部を有する円筒形の内側締
め付け部材21が設けられている。また、フィルタ20
の外側には、外側の波形の凹部に係合する凸部を有する
外側締め付け部材22が設けられている。さらに、外側
締め付け部材22の回りに金属製の締め付け用バンド2
3が設けられている。そして、締め付け用バンド23を
締め付けネジ24により締めつけることにより、内側締
め付け部材21と外側締め付け部材22に挟まれたフィ
ルタ20がフィルタの厚さ方向に締めつけられるように
なっている。
【0011】図5は図4のA−A部分の円筒軸方向の断
面図である。同図はフィルタ20の波形の凸部における
断面に相当している。この場合フィルタ外側の外側締め
付け部材22はなく、直接又は隙間を有し締め付け用バ
ンド23がフィルタの金属製網20bに接しており、内
側締め付け部材21とともにセラミックス繊維積堆物2
0aと金属製網20bからなるフィルタ20を挾み込ん
で締めつけている。図6は図4のB−B部分の円筒軸方
向の断面図である。同図はフィルタの波形の凹部におけ
る断面に相当している。この場合は、フィルタをフィル
タの内外から内側締め付け部材21と外側締め付け部材
22により挾み込み、外側締め付け部材22の外側から
締め付け用バンド23でフィルタを締めつけるようにな
っている。
【0012】図5及び図6において、フィルタ20の端
部は外側締め付け部材22および締め付け用バンド23
の端部より突き出ており、この突出部にステプラ等の留
め具25が取付けられている。締めつけているフィルタ
20が抜け落ちてしまうことを防止するためである。な
お、図4乃至図6においては、フィルタ断面の各部の配
置をわかりやすく示すために、フィルタの締め付け前の
状態を示している。したがって、実際の締め付け状態に
おいては、フィルタ20、内側締め付け部材21、外側
締め付け部材22および締め付け用バンド23がもっと
密着したものとなる。
【0013】内側締め付け部材21と外側締め付け部材
22は、剛性を有する材料、例えば金属、硬質のセラミ
ックス、または多孔質物質をフィルタ20の波形形状に
合致するように加工して作られている。金属を材料とし
て用いた場合は、さらにその表面を絶縁層で覆ったもの
を使用する。フィルタに捕集されたパティキュレ−トを
焼却するためにヒ−タである金属製網20bに通電した
時に、内側締め付け部材21と外側締め付け部材22に
電流が流れないようにするためである。また、内側締め
付け部材21と外側締め付け部材22は、図5および図
6に示されているように、断面コ字状で中空に作られて
いる。ヒ−タである金属製網20bの加熱時に同時にこ
れらの部材も加熱されるので、できるだけ熱容量小さく
して余分なヒ−タ加熱用の電力消費を少なくするためで
ある。
【0014】締め付け用バンド25は、SUS等の耐熱
性のある金属またはインコロイ903等の低熱膨脹係数
を有する金属で作られている。フィルタ20の加熱時の
高温によって変形せずにフィルタ20の締めつけ状態を
維持させるためである。したがって、締め付け用バンド
23を構成する金属の熱膨脹係数は内側締め付け部材2
1と外側締め付け部材22を構成する材料の熱膨脹係数
と同一またはそれより小さな熱膨脹係数を有することが
望ましい。
【0015】パティキュレ−トフィルタの金属製網20
bは、ヒ−タとしてフィルタ全体をむらなく加熱するた
めに、通常金属線をフィルタ20の円筒軸方向に対して
平行および垂直に配置して、ほぼ正方形の格子を有する
網目状構造にするのが普通である。しかしながら、本発
明のパティキュレ−トフィルタにおいては、図7に示す
ように、フィルタ20の端部の金属製網20bはフィル
タ20の円筒軸方向に対して斜めの方向に配置された網
目状構造を有している。端部において締めつけられた時
に、その締めつけ力を柔軟に吸収して金属製網20b全
体が一様に押さえ付けられ、セラミックス繊維積堆物2
0aとの間に透き間が生ずることがないようにするため
である。すなわち、金属製網20bを円筒軸方向に対し
て平行および垂直に配置して、ほぼ正方形の格子を有す
る網目状構造にした場合には、締めつけ時に局所的な金
属製網20bの格子の広がりやだぶり等の変形が生じて
しまう。なお、このフィルタ20の円筒軸方向に対して
斜めの方向に配置され金属性網目状構造は、フィルタ2
0の端部のみならずフィルタ全体にわたって用いてもよ
い。
【0016】パティキュレ−トフィルタは、その端部に
おいて内側締め付け部材21、外側締め付け部材22お
よび締め付け用バンド23により締めつけられた後に、
図3に示されたように、両端面に上流側シ−ルキャップ
17および下流側シ−ルキャップ18を用いてシ−リン
グされる。なお、17a、17bは上流側シ−ルキャッ
プ17の開口および凹部を示しており、また、18bは
下流側シ−ルキャップ18の凹部を示している。なお、
図8に本発明にかかるフィルタの断面図を示す。
【0017】以上好ましい実施例について説明したが、
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明
の要旨を変更しない範囲内において各種の変更が可能で
ある。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のパティキ
ュレ−トフィルタは、その端部においてフィルタがその
厚さ方向に締めつけらて一様な厚さを有する。したがっ
て、シ−ルキャップとの接合の密着性が高く、排気ガス
がフィルタ端部からろ過されずに排出されてしまうこと
がない。また、本発明のパティキュレ−トフィルタは、
その断面が波形形状を有しているので、排気ガスとの接
触面積が大きく、小さなサイズで大量の排気ガスをろ過
することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】排気ガスの流路に設けられたパティキュレ−ト
フィルタの断面図である。
【図2】図1のパティキュレ−トフィルタのフィルタ素
体の断面図である。
【図3】フィルタ素体とフィルタキャップとのシ−リン
グ方法を説明するための図である。
【図4】本発明の一実施例のパティキュレ−トフィルタ
端部の断面図である。
【図5】図4のA−A部分の円筒軸方向の断面図であ
る。
【図6】図4のB−B部分の円筒軸方向の断面図であ
る。
【図7】本発明の一実施例のフィルタ端部における金属
製網の上面図である。
【図8】図8は本発明のフィルタの断面図である。
【符号の説明】
10 フィルタケ−ス 11 円筒形フィルタ 14 コントロ−ラ 15 フィルタ素体 15a 20aセラミックス繊維積堆物 15b 20b金属製網 16 円筒形フィルタ素体 17 上流側シ−ルキャップ 18 下流側シ−ルキャップ 20 100パティキュレ−トフィルタ 21 内側締め付け部材 22 外側締め付け部材 23 締め付け用バンド 26 フィルタ端部の金属製網 27 円等軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B01D 46/24 9441−4D B01D 46/24 B 46/42 9441−4D 46/42 B

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】セラミックス繊維をランダムに積堆しフェ
    ルト状乃至紙状に一体化してなるセラミックス繊維積堆
    物にヒ−タとなる金属製網を近接せしめ、これらを波形
    に折り曲げて円筒形にした構造を有するパティキュレ−
    トフィルタにおいて、 前記フィルタの両端部の各々に、前記フィルタ内側に該
    内側の波形の凹部および凸部に係合する凸部および凹部
    を有する円筒形の第一手段を設け、前記フィルタ外側に
    該外側の波形の凹部に係合する凸部を有する第二手段を
    設け、さらに第二手段の外側に前記フィルタをその厚さ
    方向に締め付けるための円筒形の締め付け手段を設けた
    ことを特徴とするパティキュレ−トフィルタ。
  2. 【請求項2】前記第一手段および第二手段のいずれか一
    方又は両方は、表面が絶縁層で覆われている金属、セラ
    ミックス、または多孔質物質からなることを特徴とする
    請求項1記載のパティキュレ−トフィルタ。
  3. 【請求項3】前記締め付け手段は、前記第一手段および
    第二手段を構成する材料の熱膨脹係数と同一またはそれ
    より小さな熱膨脹係数を有する筒形の金属のベルトから
    なることを特徴とする請求項2記載のパティキュレ−ト
    フィルタ。
  4. 【請求項4】前記フィルタの両端部の前記金属製網が、
    金属線を前記フィルタの円筒軸方向に対して斜めの方向
    に配置した網目状構造を有していることを特徴とする請
    求項1記載のパティキュレ−トフィルタ。
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