JP3999089B2

JP3999089B2 - パティキュレートフィルタ

Info

Publication number: JP3999089B2
Application number: JP2002275147A
Authority: JP
Inventors: 博舟橋
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2002-09-20
Filing date: 2002-09-20
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2022-09-20
Also published as: JP2004108332A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パティキュレートフィルタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）は、炭素質から成る煤と、高沸点炭化水素成分から成るＳＯＦ分（Soluble Organic Fraction：可溶性有機成分）とを主成分とし、更に微量のサルフェート（ミスト状硫酸成分）を含んだ組成を成すものであるが、この種のパティキュレートの低減対策として、図３に示す如く、ディーゼルエンジン１からの排気ガス２が流通する排気管３の途中にパティキュレートフィルタ４を装備することが考えられている。
【０００３】
図４に詳細に示す如く、このパティキュレートフィルタ４は、コージェライト等のセラミックで製作された多孔質ハニカム構造のフィルタ本体７を主構成とし、このフィルタ本体７における格子状に区画された各流路５の入口側が栓体８により交互に目封じされ、入口側が目封じされていない流路５については、その出口側が栓体８により目封じされるようになっており、各流路５を区画する多孔質薄壁６を透過した排気ガス２のみが下流側へ排出されて、前記多孔質薄壁６の内側表面にパティキュレートが捕集されるようにしてある。
【０００４】
そして、排気ガス２中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁６の内側表面に捕集されて堆積するので、目詰まりにより排気抵抗が増加しないうちにパティキュレートを適宜に燃焼除去してパティキュレートフィルタ４の再生を図る必要があるが、通常のディーゼルエンジン１の運転状態においては、パティキュレートが自己燃焼するほどの高い排気温度が得られる機会が少ない為、例えばアルミナに白金を担持させたものに適宜な量のセリウム等の希土類元素を添加して成る酸化触媒をフィルタ本体７に一体的に担持させた触媒再生型のパティキュレートフィルタ４の実用化が進められている。
【０００５】
即ち、このような触媒再生型のパティキュレートフィルタ４を採用すれば、捕集されたパティキュレートの酸化反応が促進されて着火温度が低下し、従来より低い排気温度でもパティキュレートを燃焼除去することが可能となるのであり、更には、その上流側にＨＣ（炭化水素）を添加することにより、該ＨＣを酸化触媒上で酸化反応させ、その反応熱により触媒床温度を上げて積極的に捕集済みパティキュレートを燃焼除去させたり、滞留サルフェートを脱離させたりすることが可能となるのである。
【０００６】
ただし、排気ガス２中のＨＣ等が酸化触媒上で酸化反応するに際しては、パティキュレートフィルタ４の後方部分に向かうにつれて酸化触媒との接触機会が増えて酸化反応が活発化することになるため、その内部における温度分布が図６にグラフで示すようなものとなり、酸化触媒上での酸化反応があまり進まない前方部分における温度が上がり難いため、各流路５の入側端面が栓体８により交互に目封じされていると、該栓体８の前面で排気ガス２の流れが澱んでパティキュレートが付着し易くなり、その付着したパティキュレートを核としてパティキュレートが徐々に堆積して最終的にフィルタ本体７の入側端面に目詰まりを起こす虞れがある。
【０００７】
そこで、図４に例示しているパティキュレートフィルタ４では、入口側の栓体８をフィルタ本体７の入側端面から離間した位置に配置するようにしており、このようにすれば、フィルタ本体７の入側端面における全ての流路５が開放されてフィルタ本体７の入側端面に閉塞面が形成されないため、ここにパティキュレートの付着堆積が起こらなくなり、しかも、入口側の栓体８がフィルタ本体７の入側端面から奥へ入り込んだ高温領域（パティキュレートが直ぐに酸化する温度を超えた領域：図５参照）に配置されるので、入口側の栓体８の前面で排気ガス２の流れが澱むことによりパティキュレートが堆積しても、そのパティキュレートの堆積は大きく成長することなく高温条件下で早期に燃焼除去されることになる。
【０００８】
このように入側の栓体８をフィルタ本体７の入側端面から離間させて配置する構造ついては、本発明の出願人らが未公開の先行出願として既に下記の特許文献１を出願しているが、本発明の出願人が知る限りにおいて、この種の構造のパティキュレートフィルタを開示した文献公知発明は存在していない。
【０００９】
【特許文献１】
特願２００２−９３９８０号
【００１０】
尚、図４のパティキュレートフィルタ４は、クッション材９により外周部分を保持されて排気管３途中のフィルタケース１０内に収容されており、前記クッション材９の軸心方向中間位置には、シール材１１が介装されて排気ガス２の迂回を阻止し得るようにしてある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来においては、パティキュレートフィルタ４の上流側で排気ガス２中にＨＣを添加して積極的なパティキュレートの燃焼除去やサルフェートの脱離等を行うに際し、パティキュレートフィルタ４の入側と出側に夫々配置した温度センサ１２，１３による検出温度だけで制御するようにしているので、正確で細かな制御を実現することができないという不具合があった。
【００１２】
即ち、パティキュレートフィルタ４のフィルタ本体７は、コージェライト等のセラミックで製作されたヒートマスの大きなものであるため、熱応答の悪い入側ガス温度と出側ガス温度とを検出するだけでは、実際のパティキュレートフィルタ４の内部温度を正確に把握することができなかった。
【００１３】
事実、本発明者が得た知見によれば、パティキュレートの燃焼時を挟んだ前後の温度推移を測定した場合に、図６にグラフで示す如く、入側ガス温度が一点鎖線Ａで示す如き一定に推移する条件下で、ＨＣ添加によるパティキュレート燃焼時に出側ガス温度が鎖線Ｂで示す如き緩やかな山形を呈して変化するが、この出側ガス温度の山形は、実線Ｃで示す如きパティキュレートフィルタ４の内部温度の変化と比較して上昇度合が少ない上に時間的な遅れを生じており、例えば、パティキュレートフィルタ４の内部が溶損しかねないような高温状態に達していたとしても、これを入側ガス温度と出側ガス温度からだけで直ちに把握して対処するような制御をかけることは実質的に不可能である。
【００１４】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、内部温度を正確に測定し得るようにしたパティキュレートフィルタを提供することによって、正確で細かな温度制御を実現することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、酸化触媒を一体的に担持した多孔質材料から成り且つ排気ガスが流通する多数の流路をハニカム状に形成したフィルタ本体と、該フィルタ本体の各流路の入口側と出口側の何れか一方を交互に目封じする栓体とを備え、前記各流路を区画している多孔質薄壁を透過させて排気ガス中のパティキュレートを捕集し得るようにしたパティキュレートフィルタであって、入口側の栓体をフィルタ本体の入側端面から離間した位置に配置すると共に、この入口側の栓体の直前位置に温度センサを挿入設置し得るようフィルタ本体の半径方向に挿入孔を穿設し、該挿入孔より後方となるフィルタ本体外周部の少なくとも一箇所以上にフィルタケースとの間の隙間を気密に塞ぐシール材を装着し、該シール材及び前記挿入孔を避けたフィルタ本体の残りの外周部にクッション材を装着したことを特徴とするものである。
【００１６】
而して、このようにすれば、挿入孔に温度センサを挿入設置してパティキュレートフィルタの内部温度を直接検出することが可能となり、このパティキュレートフィルタの内部温度に基づき各種制御を正確に且つ細かく実施することが可能となる。
【００１７】
ここで、パティキュレートフィルタの半径方向に穿設される挿入孔は、複数の流路にまたがることになるが、その穿設位置が入口側の栓体の直前となっているので、排気ガスが入口側の栓体に行き当たって挿入孔を介し多孔質薄壁を通らずに隣の流路に流入したとしても、必ず流入した先の流路で出口側の栓体に行き当たって多孔質薄壁を透過することになるので、全く多孔質薄壁を通らずに排気ガスがパティキュレートフィルタを抜け出てしまうような不具合が未然に回避される。
【００１８】
また、挿入孔を穿設加工した際に各流路内に加工屑が残るが、この加工屑は何れの流路においても栓体が邪魔になることなく全てフィルタ本体の入側へ簡単に出すことが可能である。
【００１９】
更に、挿入孔より後方となるフィルタ本体外周部の少なくとも一箇所以上にシール材が装着されているので、挿入孔からフィルタ本体の外周部へ排気ガスが抜け出てパティキュレートフィルタを迂回してしまうような不具合が未然に回避される。
【００２０】
また、シール材及び挿入孔を避けたフィルタ本体の残りの外周部にクッション材を装着しているので、強度的に脆い多孔質材料から成るフィルタ本体を車両の走行振動等から確実に保護しつつ温度センサの挿入孔への挿入を妨げないようにすることが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２２】
図１及び図２は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図３〜図６と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【００２３】
図１及び図２に示す如く、本形態例のパティキュレートフィルタ１４は、前述した図４と略同様に入口側の栓体８をフィルタ本体７の入側端面から離間した位置に配置したものとなっているが、この入口側の栓体８の直前位置に温度センサ１５を挿入設置し得るようフィルタ本体７の半径方向に挿入孔１６を穿設したものとなっている。
【００２４】
ただし、この挿入孔１６の穿設加工は、フィルタ本体７に酸化触媒を担持させた後に行うことが好ましく、先に挿入孔１６が開いてしまっていると、フィルタ本体７に塗った触媒担持液が挿入孔１６から漏れ出てしまって良好な触媒担持が難しくなる。
【００２５】
また、フィルタ本体７の外周部における前記挿入孔１６の直後と後方へ少し間隔を隔てた位置の計二箇所には、フィルタケース１０との間の隙間を気密に塞ぐシール材１１が夫々全周に亘り装着されており、該各シール材１１及び前記挿入孔１６を避けたフィルタ本体７の残りの外周部には、該フィルタ本体７を保護するクッション材９が全周に亘り装着されている。
【００２６】
ここで、前記クッション材９には、例えば、ステンレス線材をニット編みして波状に加工したものを採用すれば良く、また、シール材１１としては、例えば、シリカファイバー（アルミナファイバー等でも可）をフェルト状に固めたものを採用すれば良い。
【００２７】
而して、このようにすれば、挿入孔１６に温度センサ１５を挿入設置してパティキュレートフィルタ１４の内部温度を直接検出することが可能となるので、このパティキュレートフィルタ１４の内部温度に基づき各種制御を正確に且つ細かく実施することが可能となり、パティキュレートフィルタ１４の溶損等の最悪の事態も未然に回避することができる。
【００２８】
ここで、パティキュレートフィルタ１４の半径方向に穿設される挿入孔１６は、複数の流路５にまたがることになるが、その穿設位置が入口側の栓体８の直前となっているので、排気ガス２が入口側の栓体８に行き当たって挿入孔１６を介し多孔質薄壁６を通らずに隣の流路５に流入したとしても、必ず流入した先の流路５で出口側の栓体８に行き当たって多孔質薄壁６を透過することになるので、全く多孔質薄壁６を通らずに排気ガス２がパティキュレートフィルタ１４を抜け出てしまうような不具合を確実に回避することができる。
【００２９】
また、挿入孔１６を穿設加工した際に各流路５内に加工屑が残るが、この加工屑は何れの流路５においても栓体８が邪魔になることなく全てフィルタ本体７の入側へ簡単に出すことが可能であり、挿入孔１６の穿設加工後の処理を簡単に済ませることができる。
【００３０】
更に、挿入孔１６より後方となるフィルタ本体７外周部の少なくとも一箇所以上にシール材１１が装着されているので、挿入孔１６からフィルタ本体７の外周部へ排気ガス２が抜け出てパティキュレートフィルタ１４を迂回してしまうような不具合を確実に回避することができる。
【００３１】
また、シール材１１及び挿入孔１６を避けたフィルタ本体７の残りの外周部にクッション材９を装着しているので、強度的に脆い多孔質材料から成るフィルタ本体７を車両の走行振動等から確実に保護しつつ温度センサ１５の挿入孔１６への挿入を妨げないようにすることができる。
【００３２】
尚、本発明のパティキュレートフィルタは、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３３】
【発明の効果】
上記した本発明のパティキュレートフィルタによれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００３４】
（Ｉ）挿入孔に温度センサを挿入設置してパティキュレートフィルタの内部温度を直接検出することができるので、このパティキュレートフィルタの内部温度に基づき各種制御を正確に且つ細かく実施することができ、パティキュレートフィルタの溶損等の最悪の事態も未然に回避することができる。
【００３５】
（ＩＩ）挿入孔に温度センサを挿入設置してパティキュレートフィルタの内部温度を直接検出するに際し、全く多孔質薄壁を通らずに排気ガスがパティキュレートフィルタを抜け出てしまうような不具合や、挿入孔からフィルタ本体の外周部へ排気ガスが抜け出てパティキュレートフィルタを迂回してしまうような不具合を確実に回避することができる。
【００３６】
（ＩＩＩ）挿入孔を穿設加工した際に各流路内に残る加工屑を、何れの流路においてもフィルタ本体の入側へ簡単に出すことができ、栓体が加工屑の除去を妨げるような事態が生じないので、挿入孔の穿設加工後の処理を簡単に済ませることができる。
【００３７】
（ＩＶ）強度的に脆い多孔質材料から成るフィルタ本体をクッション材により車両の走行振動等から確実に保護することができ且つ該クッション材による温度センサの挿入阻害を確実に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１のパティキュレートフィルタの詳細を示す斜視図である。
【図３】従来のパティキュレートフィルタの配置状態を説明する概略図である。
【図４】図３のパティキュレートフィルタの詳細を示す断面図である。
【図５】パティキュレートフィルタ内の温度分布を示すグラフである。
【図６】入側ガス温度と出側ガス温度と内部温度の温度変化を示すグラフである。
【符号の説明】
２排気ガス
５流路
６多孔質薄壁
７フィルタ本体
８栓体
９クッション材
１０フィルタケース
１１シール材
１４パティキュレートフィルタ
１５温度センサ
１６挿入孔

Claims

酸化触媒を一体的に担持した多孔質材料から成り且つ排気ガスが流通する多数の流路をハニカム状に形成したフィルタ本体と、該フィルタ本体の各流路の入口側と出口側の何れか一方を交互に目封じする栓体とを備え、前記各流路を区画している多孔質薄壁を透過させて排気ガス中のパティキュレートを捕集し得るようにしたパティキュレートフィルタであって、入口側の栓体をフィルタ本体の入側端面から離間した位置に配置すると共に、この入口側の栓体の直前位置に温度センサを挿入設置し得るようフィルタ本体の半径方向に挿入孔を穿設し、該挿入孔より後方となるフィルタ本体外周部の少なくとも一箇所以上にフィルタケースとの間の隙間を気密に塞ぐシール材を装着し、該シール材及び前記挿入孔を避けたフィルタ本体の残りの外周部にクッション材を装着したことを特徴とするパティキュレートフィルタ。