JP2001205108A - パティキュレートフィルター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】触媒金属を最適に担持できるようにする。 【解決手段】第１ハニカム体１と第二ハニカム体２は、
市松模様状に閉塞されていない端面どうしが対向して入
側閉塞ハニカム通路１０と第２両端開口ハニカム通路２
１が互いに連通しかつ第１両端開口ハニカム通路１１と
出側閉塞ハニカム通路２０とが互いに連通するように連
結され、第１両端開口ハニカム通路１１と第２両端開口
ハニカム通路２１にそれぞれ触媒金属が担持された構成
とした。第１ハニカム体１と第２ハニカム体２を分離し
た状態でそれぞれに触媒金属を担持させることにより、
ハニカム通路を選択して担持することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ンの排ガス流路などに配置され、排ガス中のパティキュ
レートを捕捉するパティキュレートフィルターに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンの排ガス流路には、
排ガス中の煤などのパティキュレートを捕捉するため
に、従来よりディーゼルパティキュレートフィルター
（以下、ＤＰＦという）が配置されている。このＤＰＦ
は、コーディエライトなどの耐熱性セラミックスからハ
ニカム形状に形成され、複数のハニカム通路は一端面で
市松模様状に閉塞されるとともに、一端面で閉塞されて
いないハニカム通路が他端面で閉塞されて他端面でも市
松模様状に閉塞されている。

【０００３】このＤＰＦでは、流入側端面に開口するハ
ニカム通路から流入した排ガスは、そのハニカム通路は
流出側端面で閉塞されているためそのまま流出側端面か
ら出ることは困難であるので、ハニカム通路を構成する
隔壁を通過して隣接する流出側端面に開口しているハニ
カム通路から流出する。したがって隔壁を通過する際の
濾過作用により、排ガス中のパティキュレートは隔壁上
あるいは隔壁中に捕捉され、流出側端面からはパティキ
ュレートを含まない排ガスが流出する。

【０００４】また隔壁に白金などの触媒金属を担持し、
その触媒作用によって排ガス中の炭化水素や一酸化炭素
を酸化分解し、窒素酸化物の一部を還元分解することに
よって、ＤＰＦに排ガス浄化触媒機能をもたせることも
行われている。

【０００５】ところで隔壁上あるいは隔壁中に捕捉され
たパティキュレートは次第に堆積し、これによって隔壁
に目詰まりが生じて通気抵抗が大きくなってしまう。そ
こで定期的に加熱したり高温の排ガスを通過させること
によって、堆積したパティキュレートを燃焼させ濾過作
用を回復させるクリーニングが行われている。

【０００６】ところが堆積したパティキュレートの燃焼
時にはＤＰＦが高温となるために、特に高温となりやす
い流出側中央部などにおいて溶損が生じる場合があっ
た。そこで近年では、コーディエライトより耐熱性に優
れた炭化ケイ素からＤＰＦを形成することも行われてい
る。

【０００７】例えば特開平３−９１５号公報には、特に
高温となりやすい中心部分を多孔質炭化ケイ素から形成
したＤＰＦが開示されている。このように構成すること
により、高温となりやすい中心部分の耐熱性が向上し溶
損を防止することができる。また特開平７−２０４４３
１号公報には、排ガス流出側を流入側より熱伝導率を高
くしたＤＰＦが開示されている。このように構成するこ
とにより、より高温となりやすい流出側の熱を速やかに
逃がすことができ、溶損を防止することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来のＤＰＦに触媒金
属を担持するには、ＤＰＦ全体を触媒金属化合物の水溶
液などに浸漬し、引き上げて乾燥・焼成する方法が一般
的である。ところがハニカム通路は両端面でそれぞれ市
松模様状に閉塞され、しかも径が小さいために表面張力
によって水溶液がハニカム通路内に残りやすく、ハニカ
ム通路からの水溶液の円滑な排出が困難となっていた。
そのため両端面からの真空吸引などを行わざるを得ず、
設備が大がかりとなったり工数が多大となるという不具
合があった。

【０００９】またＤＰＦの材質によっては貴金属の担持
が困難となるため、触媒金属を担持しやすいシリカなど
のセラミックスからなるスラリーを隔壁にコートするこ
とも行われている。しかしハニカム通路は両端面でそれ
ぞれ市松模様状に閉塞されているために、上記と同様の
理由によって均一なコート層を形成することが困難であ
り、それによって触媒金属の担持分布も不均一となると
いう問題がある。

【００１０】さらにコーディエライトと炭化ケイ素では
熱膨張率が大きく異なるために、特開平３−９１５号公
報などに開示されたＤＰＦでは高温時にコーディエライ
ト部分と炭化ケイ素部分との界面で熱衝撃が生じ、ＤＰ
Ｆが破損するような不具合もあった。

【００１１】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、触媒金属を最適に担持できるようにするこ
とを第１の目的とする。また本発明の第２の目的は、第
１ハニカム体と第２ハニカム体の界面における干渉によ
る衝撃を緩衝して破損を防止することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明のパティキュレートフィルターの特徴は、互いに平行
に延びる複数のハニカム通路をもつ略筒状をなし、ハニ
カム通路は一端面で市松模様状に閉塞され、一端面で閉
塞されていないハニカム通路が他端面で閉塞されて他端
面でも市松模様状に閉塞されてなるパティキュレートフ
ィルターにおいて、排ガス流入側端面の開口が閉塞され
た入側閉塞ハニカム通路と両端が開口する第１両端開口
ハニカム通路をもつ第１ハニカム体と、排ガス流出側端
面の開口が閉塞された出側閉塞ハニカム通路と両端が開
口する第２両端開口ハニカム通路をもつ第２ハニカム体
とからなり、第１ハニカム体と第二ハニカム体とは市松
模様状に閉塞されていない端面どうしが対向して入側閉
塞ハニカム通路と第２両端開口ハニカム通路が互いに連
通しかつ第１両端開口ハニカム通路と出側閉塞ハニカム
通路とが互いに連通するように連結され、第１両端開口
ハニカム通路と第２両端開口ハニカム通路にそれぞれ触
媒金属が担持されていることにある。

【００１３】第１ハニカム体はコーディエライトからな
るとともに第２ハニカム体は炭化ケイ素からなり、耐熱
性材料からなる緩衝材を介して連結されていることが望
ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明のパティキュレートフィル
ターは、第１ハニカム体と第２ハニカム体とが直列に連
結され、第１ハニカム体の第１両端開口ハニカム通路と
第２ハニカム体の第２両端開口ハニカム通路にそれぞれ
触媒金属が担持されている。また第１ハニカム体が排ガ
ス流の上流側に、第２ハニカム体が排ガス流の下流側に
位置するように配置されて用いられる。

【００１５】すなわち本発明のパティキュレートフィル
ターでは、排ガスは流入側端面において開口している第
１ハニカム体の第１両端開口ハニカム通路に流入し、入
側閉塞ハニカム通路には流入しない。そして第１両端開
口ハニカム通路に流入した排ガスは、出側閉塞ハニカム
通路に流入しようとするが、出側閉塞ハニカム通路の出
口側端面は閉塞されているため流出することができな
い。したがって排ガスは第１両端開口ハニカム通路の隔
壁あるいは出側閉塞ハニカム通路の隔壁を通過して、第
１両端開口ハニカム通路あるいは第２両端開口ハニカム
通路に流入し、第２両端開口ハニカム通路の流出側端面
から流出する。排ガスが隔壁を通過する際にパティキュ
レートが捕捉されるとともに、第１両端開口ハニカム通
路及び第２両端開口ハニカム通路に担持されている触媒
金属によって浄化され、清浄となった排ガスが流出す
る。

【００１６】つまり本発明のパティキュレートフィルタ
ーでは、排ガスが流入困難な入側閉塞ハニカム通路と排
ガスが流出困難な出側閉塞ハニカム通路には触媒金属が
担持されておらず、触媒金属は排ガスとの接触確率の高
い第１両端開口ハニカム通路及び第２両端開口ハニカム
通路のみに担持されている。したがって触媒金属の利用
効率が高く、高価な触媒金属を少量担持するだけで目的
とする浄化を行うことができるため、コストを低減する
ことができる。

【００１７】また第１両端開口ハニカム通路に担持され
た触媒金属は、排ガスと直接接触するため速やかに昇温
されて活性化温度となって炭化水素などが着火しやす
く、着火による温度上昇も生じるため低温酸化に有利と
なる。さらに第２両端開口ハニカム通路を通過する排ガ
スにはパティキュレートがほとんど含まれていないの
で、第２両端開口ハニカム通路に担持されている触媒金
属が煤によって覆われるような不具合が回避され、触媒
金属を覆った煤が燃焼する際の高熱によって触媒金属が
劣化するような不具合も防止できる。

【００１８】そして本発明のパティキュレートフィルタ
ーは、第１ハニカム体と第２ハニカム体を連結すること
で製造される。したがって触媒金属を担持するには、第
１ハニカム体と第２ハニカム体についてそれぞれ行うこ
とができ、目的とする担持部位のみに容易に担持するこ
とができる。

【００１９】すなわち第１ハニカム体に触媒金属を担持
する場合には、触媒金属が溶解した水溶液中に市松模様
状に閉塞された端面から浸漬する。すると水溶液は、入
側閉塞ハニカム通路に進入することは困難であるので、
第１両端開口ハニカム通路のみに流入し、第１両端開口
ハニカム通路のみに触媒金属を担持することができる。
一方第２ハニカム体に触媒金属を担持する場合には、触
媒金属が溶解した水溶液中に市松模様状に閉塞された端
面から浸漬する。すると水溶液は、出側閉塞ハニカム通
路に進入することは困難であるので、第２両端開口ハニ
カム通路のみに流入し、第２両端開口ハニカム通路のみ
に触媒金属を担持することができる。

【００２０】そして第１両端開口ハニカム通路及び第２
両端開口ハニカム通路は両端が開口しているので、空気
の吹き付けや真空吸引などによって余分な水溶液を容易
に除去することができ、工数を大きく低減することがで
きるとともに触媒金属の均一な担持が可能となる。

【００２１】より高温となる下流側の第２ハニカム体
は、耐熱性の高い炭化ケイ素から形成することが望まし
い。これにより溶損を確実に防止することができる。ま
た排ガスの流入側は温度は低いものの温度変化が急激で
ある。したがって第１ハニカム体は、温度変化に対する
強度が大きく耐熱衝撃性に優れたコーディエライトから
形成することが望ましい。このように第１ハニカム体を
コーディエライトから形成するとともに第２ハニカム体
を炭化ケイ素から形成した本発明のパティキュレートフ
ィルターは、耐久信頼性に特に優れている。

【００２２】上記のように材質が互いに異なる第１ハニ
カム体及び第２ハニカム体を連結する場合、耐熱性材料
からなる緩衝材を介して連結することが望ましい。これ
により排ガスの漏れが防止されるとともに、熱膨張率の
違いによる干渉によって生じる熱衝撃を緩和することが
でき、破損を防止することができる。

【００２３】この耐熱材料からなる緩衝材としては、例
えば金属繊維あるいはセラミック繊維からなる不織布、
金属フォームなどを用いることができる。第１ハニカム
体と第２ハニカム体を連結する際には、緩衝材を両者で
圧縮することにより緩衝材からの排ガスの漏れを防止す
ることができる。

【００２４】第１ハニカム体及び第２ハニカム体を製造
するには、従来のＤＰＦと同様に行うことができる。な
お第１ハニカム体をコーディエライトから形成した場合
の流入側端面は、コーディエライトを用いて市松模様状
に閉塞することが望ましく、第２ハニカム体を炭化ケイ
素から形成した場合の流出側端面は炭化ケイ素を用いて
市松模様状に閉塞することが望ましい。

【００２５】第１ハニカム体をコーディエライトから形
成するとともに第２ハニカム体を炭化ケイ素から形成し
た場合には、第１ハニカム体と第２ハニカム体の構成比
率は特に制限されないが、長さ又は体積比で、第１ハニ
カム体：第２ハニカム体＝４：６〜６：４の範囲とする
のが好ましい。第１ハニカム体がこの範囲より少なくな
ると耐熱衝撃性が低下し、第１ハニカム体がこの範囲よ
り多くなると溶損が生じる場合がある。

【００２６】触媒金属としては、白金、ロジウム、パラ
ジウムなどの貴金属、あるいはニッケル、コバルト、タ
ングステンなどの卑金属を用いることができる。その担
持量には特に制限がないが、パティキュレートフィルタ
１リットル当たり１〜１０ｇの範囲が好ましい。

【００２７】コーディエライト及び炭化ケイ素は、比較
的触媒金属を担持しにくい。そこでシリカ粉末などから
なるコート層を形成し、そのコート層に触媒金属を担持
することができる。あるいは触媒金属を担持したシリカ
粉末などからコート層を形成してもよい。コート層を形
成するには、シリカ粉末及びシリカゾルなどのバインダ
ーなどを分散したスラリー中に第１ハニカム体及び第２
ハニカム体を浸漬し、余分なスラリーを吹き払った後に
乾燥・焼成することで容易に形成することができる。こ
の際、前述したように市松模様状に閉塞された端面から
浸漬することにより、第１両端開口ハニカム通路及び第
２両端開口ハニカム通路のみにスラリーを付着させるこ
とができ、かつ均一なコート層を容易に形成することが
できる。

【００２８】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。

【００２９】図１に本実施例のパティキュレートフィル
ターの斜視図を、図２にその断面図を示す。このパティ
キュレートフィルターはＤＰＦであり、コーディエライ
ト製の第１ハニカム体１と、炭化ケイ素製の第２ハニカ
ム体２とから構成されている。第１ハニカム体１と第２
ハニカム体２とは同一形状に形成され、界面に金属繊維
の不織布であるメタルメッシュ３を挟持した状態で同軸
的に直列に連結されている。

【００３０】第１ハニカム体１は、排ガス流入側端面の
開口がコーディエライトによって市松模様状に閉塞さ
れ、一端が閉塞された入側閉塞ハニカム通路１０と両端
が開口した第１両端開口ハニカム通路１１とを有してい
る。第１両端開口ハニカム通路１１の内壁面にはシリカ
粉末からなる触媒コート層１２がそれぞれ形成され、触
媒コート層１２にはＰｔが担持されている。

【００３１】第２ハニカム体２は、排ガス流出側端面の
開口が炭化ケイ素によって市松模様状に閉塞され、一端
が閉塞された出側閉塞ハニカム通路２０と両端が開口し
た第２両端開口ハニカム通路２１とを有している。第２
両端開口ハニカム通路２１の内壁面にはシリカ粉末から
なる触媒コート層２２がそれぞれ形成され、触媒コート
層２２にはＰｔが担持されている。

【００３２】このパティキュレートフィルターは、以下
のようにして製造された。先ず市販のハニカム体を２個
用意し、それぞれの一端面を第１ハニカム体１はコーデ
ィエライト粉末を用い、第２ハニカム体粉末２は炭化ケ
イ素粉末を用いて、それぞれ市松模様状に閉塞した。

【００３３】次に、シリカ粉末とシリカゾル及び水から
なるスラリーを調製し、第１ハニカム体１及び第２ハニ
カム体２をそれぞれ市松模様状に閉塞された端面から浸
漬した。スラリーは第１両端開口ハニカム通路１１と第
２両端開口ハニカム通路２１には流入するが、入側閉塞
ハニカム通路１０と出側閉塞ハニカム通路２０には流入
しない。そしてスラリーが入側閉塞ハニカム通路１０と
出側閉塞ハニカム通路２０に流入しないように注意しな
がら第１両端開口ハニカム通路１１と第２両端開口ハニ
カム通路２１にスラリーを充填し、その後第１ハニカム
体１及び第２ハニカム体２をそれぞれスラリーから引き
上げ、市松模様状に閉塞された端面側から吸引して余分
なスラリーを除去した。そして乾燥・焼成することによ
り、第１両端開口ハニカム通路１１と第２両端開口ハニ
カム通路２１の内周壁面に触媒コート層１２，２２を形
成した。

【００３４】次に所定濃度のジニトロジアンミン白金硝
酸水溶液を用意し、上記触媒コート層１２，２２の形成
と同様の方法で触媒コート層１２，２２に白金を担持し
た。

【００３５】そして白金が担持された触媒コート層１
２，２２をもつ第１ハニカム体１及び第２ハニカム体２
を、市松模様状に閉塞されていない端面をそれぞれ対向
させ、入側閉塞ハニカム通路１０と第２両端開口ハニカ
ム通路２１が連通し、かつ第１両端開口ハニカム通路１
１と出側閉塞ハニカム通路２０とが連通するように直列
に配置して、メタルメッシュ３を介して連結した。これ
により本実施例のＤＰＦが得られた。

【００３６】このＤＰＦは、第１ハニカム体１の市松模
様状に閉塞された端面が排ガス流入側となるように排ガ
ス流路に配置される。すると図２の矢印で示すように、
排ガスは入側閉塞ハニカム通路１０には流入せず、第１
両端開口ハニカム通路１１に流入して出側閉塞ハニカム
通路２０に向かう。このとき排ガスは、第１両端開口ハ
ニカム通路１１の触媒コート層１２に担持されているＰ
ｔによって酸化浄化される。しかし出側閉塞ハニカム通
路２０は開口が閉塞されているので、排ガスは第１両端
開口ハニカム通路１１あるいは出側閉塞ハニカム通路２
０の隔壁を通過し、その際にパティキュレートは隔壁上
あるいは隔壁中に捕捉される。

【００３７】そしてパティキュレートが濾過された排ガ
スは入側閉塞ハニカム通路１０あるいは第２両端開口ハ
ニカム通路２１に流入し、第２両端開口ハニカム通路２
１から流出する。このとき排ガスは、第２両端開口ハニ
カム通路２１の触媒コート層２２に担持されているＰｔ
によってさらに酸化浄化され、清浄となった排ガスが外
部へ排出される。

【００３８】また本実施例のＤＰＦでは、第１ハニカム
体１は耐熱衝撃性に優れたコーディエライトから形成さ
れているので、大きな温度変化に耐える。また第２ハニ
カム体２は耐熱性に優れた炭化ケイ素から形成されてい
るので、高温となっても溶損が防止されている。そして
第１ハニカム体１と第２ハニカム体２の熱膨張率に差が
あるものの、メタルメッシュ３の介在により干渉による
熱衝撃が緩和されているので、損傷が防止されている。
なおメタルメッシュ３は第１ハニカム体１と第２ハニカ
ム体２で挟持されて圧縮されているため、隔壁どうしで
挟持された部分は繊維密度が高くなって排ガスの漏れが
防止されている。しかしハニカム通路どうしの間に存在
するメタルメッシュ３は圧縮されていないので、第１ハ
ニカム体１から第２ハニカム体２への排ガスの流通は円
滑に行われる。

【００３９】

【発明の効果】すなわち本発明のパティキュレートフィ
ルターによれば、触媒金属の利用効率が高く、高価な触
媒金属を少量担持するだけで目的とする浄化を行うこと
ができるため、コストを低減することができる。そして
第１ハニカム体をコーディエライトから形成するととも
に第２ハニカム体を炭化ケイ素から形成すれば、耐熱衝
撃性に優れ、かつ溶損が防止されるので耐久性にきわめ
て優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のパティキュレートフィルタ
ーの斜視図である。

【図２】本発明の一実施例のパティキュレートフィルタ
ーの断面図である。

【符号の説明】

１：第１ハニカム体 ２：第２ハニカ
ム体 １０：入側閉塞ハニカム通路 １１：第１両端
開口ハニカム通路 ２０：出側閉塞ハニカム通路 ２１：第２両端
開口ハニカム通路 １２：触媒コート層 ２２：触媒コー
ト層

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ０１Ｊ 23/42 Ｆ０１Ｎ 3/02 ３０１Ｅ ４Ｇ０６９ 27/224 3/24 Ｅ Ｆ０１Ｎ 3/02 ３０１ Ｂ０１Ｄ 53/36 ＺＡＢＣ 3/24 １０３Ｃ Ｆターム(参考） 3G090 AA02 3G091 AA18 AB02 AB13 BA39 GB00W GB05W GB06W GB07W 4D019 AA01 BA06 BA07 BB06 BC07 BC12 CA01 4D048 AA14 BA06X BA10X BA30X BA45X BB02 BB14 BB18 CC03 CC04 CC32 CC36 CC38 4D058 JA38 JB02 JB06 KB12 KC62 SA08 TA06 4G069 AA03 AA11 BA13A BA13B BB02A BB02B BB04A BB15A BB15B BC60B BC67B BC68B BC71B BC72B BC75A BD05A BD05B CA02 CA03 CA18 EA19 EA27 ED03 ED06 EE08

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに平行に延びる複数のハニカム通路
   をもつ略筒状をなし、該ハニカム通路は一端面で市松模
   様状に閉塞され、一端面で閉塞されていない該ハニカム
   通路が他端面で閉塞されて他端面でも市松模様状に閉塞
   されてなるパティキュレートフィルターにおいて、 排ガス流入側端面の開口が閉塞された入側閉塞ハニカム
   通路と両端が開口する第１両端開口ハニカム通路をもつ
   第１ハニカム体と、排ガス流出側端面の開口が閉塞され
   た出側閉塞ハニカム通路と両端が開口する第２両端開口
   ハニカム通路をもつ第２ハニカム体とからなり、該第１
   ハニカム体と該第二ハニカム体とは市松模様状に閉塞さ
   れていない端面どうしが対向して該入側閉塞ハニカム通
   路と該第２両端開口ハニカム通路が互いに連通しかつ該
   第１両端開口ハニカム通路と該出側閉塞ハニカム通路と
   が互いに連通するように連結され、該第１両端開口ハニ
   カム通路と該第２両端開口ハニカム通路にそれぞれ触媒
   金属が担持されていることを特徴とするパティキュレー
   トフィルター。
2. 【請求項２】 前記第１ハニカム体はコーディエライト
   からなるとともに前記第２ハニカム体は炭化ケイ素から
   なり、耐熱性材料からなる緩衝材を介して連結されてい
   ることを特徴とする請求項１に記載のパティキュレート
   フィルター。