JP2953409B2 - ディーゼルエンジン用パティキュレートトラップ - Google Patents
ディーゼルエンジン用パティキュレートトラップInfo
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Description
ンの排気ガス中のカーボン等の微粒子(以降パティキュ
レートと言う)をフィルターに捕集し、加熱燃焼する際
の再生ヒーターの態様に関し、前記再生ヒーターを用い
たディーゼルエンジン用パティキュレートトラップ(以
降DPFと言う)に関するものである。
パティキュレートと呼ばれるカーボンを主体とした微粒
子が含まれている。これらを排気ガスから除去するため
にDPFが開発されてきた。DPFは、パティキュレー
トを捕集するフィルターの部分と、捕集されたパティキ
ュレートを燃焼させて除去する再生用加熱体を組み合わ
せて構成する。
や金属多孔体が用いられるが、セラミック多孔体は、非
常に空隙が微細で排気ガス中のパティキュレートを確実
に捕集できるものの、空隙が微細なるため排気ガスの圧
損が大きいため大きな容量を必要とし、且つ、熱伝導性
が悪いので局部的な加熱による割れや亀裂、溶損等を起
こし易い。特に再生中に不均一な加熱によるヒートスポ
ットが生じ易く、フィルターの破損の原因となり易い。
金属多孔体は、セラミックに比べ空隙の大きさのコント
ロールが可能で、熱伝導性がよいためヒートスポットは
発生しにくく、再生中の温度分布を均一に保つことは容
易である。
としては、電熱ヒーターに通電して加熱燃焼させる方法
がある。特開平6−257422号公報には、異径円筒
状のフィルターを多層に組み合わせてフィルターの中間
に、板状の再生ヒーターがフィルターに接触しないとこ
ろに配置している態様が提案されている。本願では、こ
れをDPFに装備した様子を概念図として図7に示す。
に接続するフランジから左側の矢印Aの方向にケーシン
グ105内に流入し、円筒状のフィルター102の空隙
を通過する際、パティキュレートが捕集される。円筒状
フィルター102の中間には再生ヒーター103が配置
され、パティキュレートを効率よく加熱燃焼するため
に、大気中の酸素を取り入れる空気導入口106や空気
排出口107を設けられている。さらに積極的に酸素を
供給するため、送風ファンを設ける方法や排気ガス中の
酸素を利用する方法もある。浄化されたガスは、左側の
矢印Bの方向に大気中に放出される。
すると、捕集されたパティキュレートが直接加熱される
ため効率のよい再生が可能である。しかし、フィルター
が多層構造になっている場合、多層の外筒側と内筒側で
は熱容量が異なり、又、各筒状の電熱ヒーターを個別に
みるとヒーターに囲まれる内円空間は、熱の流れがほと
んどなく一定の温度に維持されるものの、外側空間はD
PF外部への熱の流れが活発なため放熱されやすい。従
って、多層の筒で構成されるフィルターは、中心側の円
筒が高温になりやすい。
気は捕集されたカーボンの燃焼する600℃近傍より急
激な温度上昇を生じやすく、ついには、フィルターの酸
化による劣化を誘発する温度に至ることもありフィルタ
ーの寿命を縮める。
の温度分布をパティキュレートの燃焼温度600℃近傍
からフィルターの耐熱温度1000℃以下の範囲で、均
一となる再生ヒーターの形態とその制御方法を提供する
ことを課題とした。
する多層の筒型のフィルターの間に、フィルターに接触
せずに薄板状の電熱ヒーターを設置し、多層の中心側円
筒のフィルターに近づくに従って前記ヒーターの供給電
力を低減して、高温となり易い中心側円筒の温度を下げ
て外周側円筒の温度との均衡を計る。
て、薄板状の電熱ヒータの板厚や通電経路の幾何学模様
を変更して、前記ヒーターの抵抗値を予め設定するのが
実用的である。
ては、中心側円筒に近づくに従って前記ヒーターへの通
電量を選択的に少なくすることにより、外周円筒側の温
度との均衡を計るべく制御する。
実施例を、添付した図面に基づいて詳細に説明する。
図である図7中の符号103に相当する部品である。
金属多孔体の場合、フィルターと接触しない位置に設け
る。従って、狭い隙間に挿入するヒーターは薄板である
ことが好ましく、導体のパターンはプレス打ち抜き、も
しくは、エッチングにより造形すると好都合である。そ
して、導体のパターンは様々な幾何学模様であってもよ
く、又、パンチングメタルや導電体の粗密な網で構成さ
れてもよい。
としAlを添加したものや、これより大きい抵抗値を有
するFe−Crを主体としAlを添加したものを用いる
と好都合である。
17号公報に記載される製法で造られた3次元網目構造
の、金属骨格が太さ5〜100μmで、孔径が150〜
400μm連通孔のNiを主原料とし、Cr,Alを拡
散浸透した金属多孔体が好ましい。
均一に維持するのには、フィルターの中心側円筒に近い
ヒーターほどヒーターの板厚を厚くして抵抗値を下げた
り、導電性の良い材質と組み合わせて抵抗値を下げるこ
とにより発熱量を制限する。或は、ヒーターの仕様が同
一である場合は、中心側円筒に近いヒーターほど供給電
力を減らせばよい。
エンジンの排気ガスは、排気管に接続するフランジから
左側の矢印Aの方向にケーシング105内に流入し、円
筒状のフィルター4、5、6、7の空隙を通過する際、
パティキュレートが捕集される。円筒状フィルター4、
5と6、7との中間には再生ヒーター2、3が配置され
る。フィルターの捕集長さの中間点のフィルター4の外
周、フィルター5の内周、フィルター6の外周、フィル
ター7の内周に熱電対イ、ロ、ハ、ニを設置してフィル
ターの温度変化を検出する。符号8、9は排気ガスの流
れをコントロールする遮蔽板である。再生ヒーター2、
3へは、電源11から可変抵抗器12、13を経由して
電力が配給される。パティキュレートを効率よく加熱燃
焼するために、大気中の酸素を取り入れる空気導入口1
06や空気排出口107が設けられることもある。
するものであり、その構成は、シャシダイナモメータ上
に設置した排気量3400cc、4気筒の直噴式ディー
ゼルエンジンを搭載した乗用車の排気ガスをダイリュウ
ショントンネルに導入する中間にDPF100を配置し
たものである。このDPF100を図1の如く構成した
再生ヒーターの仕様を表のように準備した。
一定の幾何学模様の通電経路が形成され、全てのヒータ
ーに同一の条件の電圧が負荷されている。
ー2、3の材質をNi−Cr−Alに統一し板厚も0.
2mmにそろえて共に500Wの電力を供給し、再生開
始後パティキュレートの燃焼が始まって約25分後に再
生を終了し、電力の供給を中断する迄の時間経過に伴う
熱電対イ、ロ、ハ、ニの温度変化を図2に示す。
己燃焼温度600℃に至るまで、最外周に存在する熱電
対ほど熱電対イの温度のように急速に上昇し、パティキ
ュレートの自己燃焼温度600℃を越えたところで、全
ての熱電対の温度が不連続に上昇した後、中心側に存在
する熱電対ほど熱電対ニの温度のように、フィルターの
酸化温度である1000℃をこえる領域に急激に上昇し
ているのが判る。つまり、中心側のフィルター7ほど高
温にさらされることが立証された。
ー2に1000Wの電力を供給し、ヒーター3には通電
しないで、再生開始後パティキュレートの燃焼が始まっ
て約25分後に再生を終了し、電力の供給を中断する迄
の時間経過に伴う熱電対イ、ロ、ハ、ニの温度変化を図
3に示す。
ター2から最も遠いところに存在する熱電対である熱電
対ニほど温度上昇は鈍く、パティキュレートの自己燃焼
温度600℃を越えたところで、全ての熱電対の温度が
不連続に上昇した後、最も高温に至る最外周の熱電対イ
の温度でもフィルターの酸化温度である1000℃以下
に留まることが判る。この現象は、中心側円筒のヒータ
ーの温度を制御することでケーシング105内の温度の
均衡の計れることを示唆するものである。しかし、熱電
対間の温度のバラツキは大きく効率的な燃焼はなされて
いない。
ー2、3の材質をNi−Cr−Alに統一する他は、板
厚を0.12mmと0.28mmにすることで抵抗値を
0.83オームと0.36オームに変更した上で、30
0Wと700Wの電力を供給し、再生開始後パティキュ
レートの燃焼が始まって約25分後に再生を終了し、電
力の供給を中断する迄の時間経過に伴う熱電対イ、ロ、
ハ、ニの温度変化を図4に示す。
己燃焼温度600℃に至るまで、最外周に存在する熱電
対ほど熱電対イの温度のように上昇するが、熱電対間の
温度のバラツキは、比較例1または2に比べて少なくパ
ティキュレートの自己燃焼温度600℃を越えたところ
で、全ての熱電対の温度が不連続に上昇した後も、80
0℃近傍に収斂している。
ー2、3の板厚を同一とする他は、材質をFe−Cr−
AlとNi−Cr−Alに設定することで抵抗値を0.
83オームと0.36オームに変更した上で、300W
と700Wの電力を供給し、再生開始後パティキュレー
トの燃焼が始まって約25分後に再生を終了し、電力の
供給を中断する迄の時間経過に伴う熱電対イ、ロ、ハ、
ニの温度変化を図5に示す。
わらなく、パティキュレートの自己燃焼温度600℃に
至るまで、最外周に存在する熱電対ほど熱電対イの温度
のように上昇するが、熱電対間の温度のバラツキは、比
較例1または2に比べて少なくパティキュレートの自己
燃焼温度600℃を越えたところで、全ての熱電対の温
度が不連続に上昇した後も、800℃近傍に収斂してい
る。
多層の筒型のフィルターの間に、フィルターに接触しな
い位置に再生フィルターを配置し、フィルターの中心側
円筒に近いヒーターほど板厚を厚くして抵抗値を下げた
り、導電性の良い材質と組み合わせて抵抗値を下げた
り、中心側円筒に近いヒーターほど供給電力を減らす等
の手段により、発熱量を制御したから、DPFのケーシ
ング内部の温度分布は、再生開始後10〜25分後に
は、いづれのフィルターもパティキュレートの自己燃焼
温度である600℃からフィルターの耐熱温度1000
℃の範囲に収斂させることができる。従って、再生効率
の良好な耐久性のあるDPFを提供できる。
のヒーターの温度変化の推移を示したものである。
のヒーターの温度変化の推移を示したものである。
度変化の推移を示したものである。
度変化の推移を示したものである。
Claims (3)
- 【請求項1】 パティキュレートを捕集する多層の筒型
のフィルターの間に、フィルターに接触せずに薄板状の
電熱ヒーターを設置し、多層の中心側円筒のフィルター
に近いヒーターほど前記ヒーターの供給電力を減らした
ことを特徴とするディーゼルエンジン用パティキュレー
トトラップ。 - 【請求項2】 前記ヒーターへの供給電力を減らす手段
が、前記ヒーターの抵抗値を多層の中心側円筒のフィル
ターに近いヒーターほど減らしたことを特徴とする請求
項1に記載のディーゼルエンジン用パティキュレートト
ラップ。 - 【請求項3】 前記ヒーターへの供給電力を減らす手段
が、前記ヒーターへの通電量を多層の中心側円筒のフィ
ルターに近いヒーターほど減らしたことを特徴とする請
求項1に記載のディーゼルエンジン用パティキュレート
トラップ。
Priority Applications (6)
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH10131741A JPH10131741A (ja) | 1998-05-19 |
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Country Status (1)
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JP (1) | JP2953409B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8418444B2 (en) | 2006-03-30 | 2013-04-16 | Umicore Shokubai Japan Co., Ltd. | Method for purification of exhaust gas from internal combustion engine |
US9429055B2 (en) | 2006-07-13 | 2016-08-30 | Umicore Shokubai Usa Inc. | Method for purification of exhaust gas from internal-combustion engine |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
ES2638605T3 (es) | 2012-02-22 | 2017-10-23 | Watlow Electric Manufacturing Company | Regeneración activa y pasiva asistida por calentamiento eléctrico para controles de emisión eficaces de motores diésel |
-
1996
- 1996-10-29 JP JP8285746A patent/JP2953409B2/ja not_active Expired - Fee Related
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US8418444B2 (en) | 2006-03-30 | 2013-04-16 | Umicore Shokubai Japan Co., Ltd. | Method for purification of exhaust gas from internal combustion engine |
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Publication number | Publication date |
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JPH10131741A (ja) | 1998-05-19 |
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