JP2006189026A - 排ガス浄化フィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも耐熱性に優れ、パティキュレートの燃焼除去頻度を低減することが可能な基材を有する排ガス浄化フィルタを提供すること。
【解決手段】排ガスの導入通路２１と、多孔質隔壁２５と、排ガスの排出通路２２とを備えたハニカム状の基材２を有する排ガス浄化フィルタ１である。基材２は、多孔質隔壁２５を四角形格子状に配したメインセル壁２５１と、それに囲まれたメインセル１０とを有する。導入通路２１となるメインセル１０の下流端と排出通路２２となるメインセル１０の上流端とは、栓部材２によって閉塞されている。メインセル１０の少なくとも一部には、メインセル１０を分割するサブセル壁２５２が形成されている。サブセル壁２５２の厚みをｔｓ、メインセル壁２５１の厚みをｔｍとした場合、０．２０＜ｔｓ／ｔｍ＜１．０であり、導入通路２１となるメインセル１０の開口率は少なくとも０．２５である。
【選択図】図１

Description

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ガス中のパティキュレートを捕集して排ガスの浄化を行なう排ガス浄化フィルタに関する。

従来より、内燃機関から排出される排ガス中のパティキュレートを捕集して排ガスの浄化を行なう排ガス浄化フィルタがある。
該排ガス浄化フィルタは、内燃機関から排出されるパティキュレートを含む排ガスを導入する導入通路となるセルと、上記パティキュレートを捕集する多孔質隔壁と、上記パティキュレートが除去された後の排ガスを排出する排出通路となるセルを備えたハニカム状の基材を有するものである（特許文献１参照）。

また、上記導入通路となるセルの下流端と、排出通路となるセルの上流端とは栓部材によって閉塞されるのが一般的である。
そして、この基材を備えた排ガス浄化フィルタを用いて排ガスを浄化する際には、上記導入通路となるセルに浸入した排ガスが、上記多孔質隔壁を通過して隣のセルよりなる排出通路に移動する。このとき、上記排ガス中のパティキュレートが上記多孔質隔壁に捕集され、排ガスが浄化される。
上記排ガス浄化フィルタに捕集されたパティキュレートは、定期的に燃焼除去される。そして、これにより、上記多孔質隔壁の捕集機能は再生する。なお、燃焼除去方法としては、様々な方法が提案されている。

ところで、上記排ガス浄化フィルタに捕集されたパティキュレートを燃焼除去する際には、その燃焼により発生した熱の影響で、上記基材が破損するおそれがある。また燃焼時の熱の発生は、捕集したパティキュレートが多いほど大きい。そのため、熱による基材の破損を防止するために、パティキュレートの燃焼除去を行う間隔を短くしてその頻度を高め、１回で燃焼させるパティキュレートの量を少なくする工夫が必要となる。そのため、この燃焼除去を行う際の制御が複雑となると共に、コスト的にも不利となってしまう。

特開２００１−９６１１３号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、従来よりも耐熱性に優れ、パティキュレートの燃焼除去頻度を低減することが可能な基材を有する排ガス浄化フィルタを提供しようとするものである。

本発明は、内燃機関から排出されるパティキュレートを含む排ガスを導入する導入通路と、上記パティキュレートを捕集する多孔質隔壁と、上記パティキュレートが除去された後の排ガスを排出する排出通路とを備えたハニカム状の基材を有する排ガス浄化フィルタであって、
上記基材は、上記多孔質隔壁を四角形格子状に配したメインセル壁と、該メインセル壁によって囲まれたメインセルとを有し、
該メインセルのうち、上記導入通路となるメインセルの下流端と、上記排出通路となるメインセルの上流端とは、栓部材によって閉塞されており、
上記メインセルの少なくとも一部には、該メインセルを分割するサブセル壁が形成されており、
該サブセル壁の厚みをｔｓ、上記メインセル壁の厚みをｔｍとした場合、０．２０＜ｔｓ／ｔｍ＜１．０であり、
上記導入通路のメインセルの面積をＡ、上記メインセル内に存在するサブセル壁の断面積をＢとした場合、開口率（Ａ−Ｂ）／Ａ≧０．２５であることを特徴とする排ガス浄化フィルタにある（請求項１）。

本発明の排ガス浄化フィルタは、上記のごとく、四角形状のメインセルの中に上記サブセル壁が形成された基材を用いている。そのため、この基材は、上記サブセル壁が増加した分だけ、これがないものに比べて熱容量が増加する。熱容量の増加は、耐熱性の向上につながる。それ故、上記排ガス浄化フィルタは、従来よりも耐熱性に優れたものとなり、捕集したパティキュレートを燃焼除去する頻度を従来よりも少なくすることが可能となる。

ここで、上記サブセル壁の厚みをｔｓ、上記メインセル壁の厚みをｔｍとした場合、０．２０＜ｔｓ／ｔｍ＜１．０である。この範囲を満たすことによって、上記の優れた作用効果を有効に発揮させることができる。
上記ｔｓ／ｔｍが０．２０以下の場合には、上述した熱容量増加の効果が十分に得られず、また、サブセル壁の強度が低くなるという問題も生じる。一方、上記ｔｓ／ｔｍが１．０以上の場合には、メインセル内のセル面積が減少し、セルの開口部にパティキュレートが堆積してセルを閉塞するあるいは圧損を増加させるおそれがある。それ故、より好ましくは、０．２０＜ｔｓ／ｔｍ＜０．９５がよく、さらに好ましくは、０．３０≦ｔｓ／ｔｍ≦０．６５がよい。

また、上記導入通路のメインセルの面積をＡ、上記メインセル内に存在するサブセル壁の断面積をＢとした場合、開口率（Ａ−Ｂ）／Ａ≧０．２５である。これにより、排ガスが通過する際の圧損の上昇を容易に抑制することができる。
上記導入通路のメインセルの面積Ａは、上記導入通路のメインセルにおいて、上記メインセル壁によって囲まれた部分の面積とする。
また、上記開口率は、上記導入通路のメインセルにおいて、上記サブセル壁が存在せず開口している部分が占める割合であり、上記メインセルの面積Ａから上記サブセル壁の断面積Ｂを除いた面積を、上記メインセルの面積Ａで割った値とする。

本発明の排ガス浄化フィルタにおいては、上記サブセル壁は、すべての上記メインセルに形成されていることが好ましい（請求項２）。この場合には、上記基材を製造する際に、メインセルの閉塞位置等を管理するのが容易となり、製造工程の合理化を図ることができる。

また、上記サブセル壁は、上記排出通路となる上記メインセルのみに形成されていてもよい（請求項３）。この場合には、上記導入通路には上記サブセル壁を設けないので、導入通路において圧損が生じることを防止することができる。

また、上記サブセル壁は、上記導入通路となる上記メインセルのみに形成されていてもよい（請求項４）。この場合には、上記排出通路には上記サブセル壁を設けないので、排出通路において圧損が生じることを防止することができる。

また、上記サブセル壁は、上記メインセルの上記四角形における２つの対角線上の一方あるいは両方に配されていることが好ましい（請求項５）。この場合には、上記サブセル壁および上記メインセル壁による全体の剛性を高くすることができる。

また、上記サブセル壁は、上記メインセルの上記四角形における対向する辺の中点同士を結ぶ２つの線上の一方あるいは両方に配されている構造をとることもできる（請求項６）。

また、上記基材は、コーディエライトを主成分とするセラミックスよりなることが好ましい（請求項７）。上記基材としては、現在のところＳｉＣを用いるのが主流であるが、これに比べてコーディエライトは耐熱性が低い。そのため、上記構成が特に有効である。また、コーディエライトを採用することによって、ＳｉＣの場合よりもコストを低くすることもできる。

また、上記基材の気孔率は５０〜７５％であることが好ましい（請求項８）。この場合には、フィルタの圧力損失を低く維持しながら、フィルタの浄化性能を高くすることができる。この気孔率は、ポロシメータを用いた水銀圧入法により細孔容積を求めて測定することができる。上記気孔率が５０％未満の場合には、圧力損失が高くなるという問題が生じるおそれがある。一方、上記気孔率が７５％を超える場合には、排ガス浄化フィルタの強度が低下するという問題や、フィルタの浄化性能が低下するという問題が生じるおそれがある。

（実施例１）
本発明の実施例に係る排ガス浄化フィルタにつき、図１〜図３を用いて説明する。
本例の排ガス浄化フィルタ１は、図１に示すごとく、内燃機関から排出されるパティキュレートを含む排ガス９（図２）を導入する導入通路２１と、上記パティキュレートを捕集する多孔質隔壁２５と、上記パティキュレートが除去された後の排ガス９を排出する排出通路２２とを備えたハニカム状の基材２を有する排ガス浄化フィルタである。

基材２は、コーディエライトを主成分とするセラミックスよりなり、多孔質隔壁２５を四角形格子状に配したメインセル壁２５１と、該メインセル壁２５１によって囲まれたメインセル１０とを有する。メインセル１０のうち、導入通路２１となるメインセルの下流端と、排出通路２２となるメインセルの上流端とは、栓部材３によって閉塞されている。
そして、メインセル１０の少なくとも一部には、該メインセル１０を分割するサブセル壁２５２が形成されている。サブセル壁２５２の厚みをｔｓ、メインセル壁２５１の厚みをｔｍとした場合、０．２０＜ｔｓ／ｔｍ＜１．０である。
以下、これを詳説する。

上記基材２は、図２に示すごとく、円筒状の外形状を有しており、その軸方向に多数のメインセル１０を有している。メインセル１０は、上記のごとく四角形格子状に配されたメインセル壁２５１によって囲まれており、上記導入通路２１又は排出通路２２のいずれかの役割を担っている。導入通路２１と排出通路２２の配置は、これらが交互に配されるようにしてある。

そして、本例の基材２は、図３に示すごとく、すべてのメインセル１０にそれぞれ上記サブセル壁２５２を設けてある。サブセル壁２５２は、メインセル１０の四角形における２つの対角線上の一方のみに配されている。そして、すべてのサブセル壁２５２は、平行に配設してある。そのため、すべてのメインセル１０は、サブセル壁２５２の存在によって、２つの三角形状のサブセルに分割されている。
本例では、図３に示すごとく、上記メインセル壁２５１の厚みｔｍを０．３０ｍｍ、サブセル壁２５２の厚みｔｓを０．２５ｍｍ以下となるように設定した。

また、図１、図２に示すごとく、基材２の両端には、上記のごとく栓部材３が配設されている。栓部材３は、導入通路２１の下流端と排出通路２２の上流端に配され、メインセル１０全体、つまりサブセル壁２５２が隠れるように配設されている。したがって、端面から見ると、四角形状の閉塞部が交互に存在し、閉塞されていない部分は、四角形が半分に分割された三角形状のセルが存在する状態となっている。
なお、上記メインセル壁２５１及びサブセル壁の表面には、必要に応じて酸化触媒あるいはＮＯｘ還元触媒等を担持させることができる。

このような排ガス浄化フィルタ１を製造するに当たっては、製造工程そのものは従来と同様の工程を採用することができる。すなわち、基材２の材料となる粘土状の原料をハニカム状の成形体として押出成形すると共に所定の長さに切断し、その成形体を乾燥・焼成させる。また、この乾燥・焼成の後又は前の工程において、栓部材３となる原料を閉塞すべき部分に配設し、これも乾燥・焼成させる。
ここで、本例の排ガス浄化フィルタ１に特有のこととしては、上記押出成形時の金型として、上記メインセル壁２５１及びサブセル壁２５２に対応するスリットを設けた金型（図示略）を用いることである。

次に、本例の排ガス浄化フィルタ１の作用効果について説明する。
本例の排ガス浄化フィルタ１は、上記のごとく、四角形状のメインセル１０の中にサブセル壁２５２が形成された基材２を用いている。そのため、この基材２は、サブセル壁２５２が増加した分だけ、これがないものに比べて熱容量が増加する。熱容量の増加は、耐熱性の向上につながる。それ故、排ガス浄化フィルタ１は、サブセル壁２５２を有していない場合よりも耐熱性に優れたものとなり、捕集したパティキュレートを燃焼除去する頻度を従来よりも少なくすることが可能となる。

また、本例のサブセル壁２５２の厚みｔｓと、メインセル壁２５１の厚みｔｍとは、０．２０＜ｔｓ／ｔｍ＜１．０の関係にある。そのため、あまり圧損を高めることなく上記の熱容量増加の効果を得ることができ、また、強度の向上を図ることもできる。
さらに、本例では、サブセル壁２５２を、すべてのメインセル１０に形成した。そのため、基材２を製造する際に、メインセル１０の閉塞位置等を管理するのが容易となり、製造工程の合理化を図ることができる。

また、本例の基材２は、コーディエライトを主成分とするセラミックスよりなる。コーディエライトは、現在排ガス浄化フィルタとして主流となっているＳｉＣに比べて、耐熱性が低いという欠点がある。この欠点は、上記構成による熱容量の増加によって補うことが可能となる。そのため、ＳｉＣよりも低価格なコーディエライト製の排ガス浄化フィルタの普及を進めることができ、ディーゼルエンジンの排ガス浄化システム全体の低価格化に寄与することができる。

（実施例２）
本例は、図４に示すごとく、サブセル壁２５２をメインセル１０の四角形における２つの対角線上の両方に配して十字状とした例である。その他の構造は実施例１と同様である。
この場合には、実施例１の場合よりもサブセル壁２５２の容積がおよそ２倍近くなるので、さらに基材２全体の熱容量の増大を図ることができる。その他は実施例１と同様の作用効果が得られる。

（実施例３）
本例は、図５に示すごとく、サブセル壁２５２を、すべてのメインセル１０の四角形における対向する辺の中点同士を結ぶ２つの線上の一方のみに配設した例である。その他は実施例１と同様である。
この場合にも、実施例１と同様の作用効果が得られる。

（実施例４）
本例は、図６に示すごとく、サブセル壁２５２を、すべてのメインセル１０の四角形における対向する辺の中点同士を結ぶ２つの線上の両方に配設して十字状とした例である。その他の構造は実施例１と同様である。
この場合にも、実施例３の場合よりもサブセル壁２５２の容積がおよそ２倍近くなるので、さらに基材２全体の熱容量の増大を図ることができる。その他は実施例３と同様の作用効果が得られる。

（実施例５）
本例は、図７〜図１０に示すごとく、実施例１〜４で示した構造において、導入通路２１となるメインセル１０にのみサブセル壁２５２を形成し、排出通路２２となるメインセル１０にはサブセル壁２５２を形成しなかった例である。
これらの例では、基材２全体の熱容量増大効果は実施例１〜４に及ばないが、最もパティキュレートが捕捉される導入通路２１の局部的な熱容量増大効果は実施例１、２とほぼ同様である。そのため、本例の場合にも耐熱性向上効果は有効に得ることができる。
なお、この場合には、製造上、サブセル壁２５２を設けた部分と設けていない部分を管理して製造する必要があり、若干製造管理が複雑になるというデメリットが生じることは避けがたい。

（実施例６）
本例は、基本構造が実施例１と同様であり、そのサイズが２０Ｒ−１３（直径１２９ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、３００メッシュ、１２ｍｉｌ、気孔率６５％）の排ガス浄化フィルタを用いて、開口率（Ａ−Ｂ）／Ａを変化させ、開口率と圧損の関係について測定した。圧損の測定は、圧損測定装置にて、エアーの流量を５ｍ³／ｍｉｎで吸引したときの圧損測定装置における圧力と大気圧との差圧を測定することにより行った。その結果を図１１に示す。同図は横軸を開口率（％）、縦軸を圧損（ｋＰａ）とした。
同図より知られるごとく、開口率を０．２５以上とすることによって、圧損を抑制することができることがわかる。

実施例１における、排ガス浄化フィルタを端面から見た説明図。 実施例１における、排ガス浄化フィルタの縦断面から見た説明図（図１のＡ−Ａ線矢視断面図）。 実施例１における、排ガス浄化フィルタの横断面から見た説明図（図２のＢ−Ｂ線矢視断面図）。 実施例２における、排ガス浄化フィルタを端面から見た説明図。 実施例３における、排ガス浄化フィルタを端面から見た説明図。 実施例４における、排ガス浄化フィルタを端面から見た説明図。 実施例５における、排ガス浄化フィルタを端面から見た説明図。 実施例５における、排ガス浄化フィルタを端面から見た説明図。 実施例５における、排ガス浄化フィルタを端面から見た説明図。 実施例５における、排ガス浄化フィルタを端面から見た説明図。 実施例６における、開口率と圧損の関係を示すグラフ。

符号の説明

１ 排ガス浄化フィルタ
１０ メインセル
２ 基材
２１ 導入通路
２２ 排出通路
２５ 多孔質隔壁
２５１ メインセル壁
２５２ サブセル壁
３ 栓部材

Claims (8)

1. 内燃機関から排出されるパティキュレートを含む排ガスを導入する導入通路と、上記パティキュレートを捕集する多孔質隔壁と、上記パティキュレートが除去された後の排ガスを排出する排出通路とを備えたハニカム状の基材を有する排ガス浄化フィルタであって、
   上記基材は、上記多孔質隔壁を四角形格子状に配したメインセル壁と、該メインセル壁によって囲まれたメインセルとを有し、
   該メインセルのうち、上記導入通路となるメインセルの下流端と、上記排出通路となるメインセルの上流端とは、栓部材によって閉塞されており、
   上記メインセルの少なくとも一部には、該メインセルを分割するサブセル壁が形成されており、
   該サブセル壁の厚みをｔｓ、上記メインセル壁の厚みをｔｍとした場合、０．２０＜ｔｓ／ｔｍ＜１．０であり、
   上記導入通路のメインセルの面積をＡ、上記メインセル内に存在するサブセル壁の断面積をＢとした場合、開口率（Ａ−Ｂ）／Ａ≧０．２５であることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
2. 請求項１において、上記サブセル壁は、すべての上記メインセルに形成されていることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
3. 請求項１において、上記サブセル壁は、上記排出通路となる上記メインセルのみに形成されていることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
4. 請求項１において、上記サブセル壁は、上記導入通路となる上記メインセルのみに形成されていることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項において、上記サブセル壁は、上記メインセルの上記四角形における２つの対角線上の一方あるいは両方に配されていることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
6. 請求項１〜４のいずれか１項において、上記サブセル壁は、上記メインセルの上記四角形における対向する辺の中点同士を結ぶ２つの線上の一方あるいは両方に配されていることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
7. 請求項１〜６のいずれか１項において、上記基材は、コーディエライトを主成分とするセラミックスよりなることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
8. 請求項１〜７のいずれか１項において、上記基材の気孔率は５０〜７５％であることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。

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