JP2002097925A - 多層フェルト構造のディーゼルパティキュレートフィルタ - Google Patents

多層フェルト構造のディーゼルパティキュレートフィルタ

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JP2002097925A
JP2002097925A JP2000294712A JP2000294712A JP2002097925A JP 2002097925 A JP2002097925 A JP 2002097925A JP 2000294712 A JP2000294712 A JP 2000294712A JP 2000294712 A JP2000294712 A JP 2000294712A JP 2002097925 A JP2002097925 A JP 2002097925A
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diesel particulate
particulate filter
filter
exhaust gas
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Shogo Suzuki
省伍 鈴木
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Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
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  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】捕集初期から排ガス中の微粒子の捕集効率が高
く、ディーゼルエンジンの排ガス浄化に極めて効果のあ
る多層構造のディーゼルパティキュレートフィルタを提
供する。 【解決手段】排ガス中のPMを捕集して排ガスを浄化す
るディーゼルパティキュレートフィルタ1において、無
機繊維又は金属繊維をランダムに積層して形成した粗構
造のフェルト11、13と密構造のフェルト12、14
を排ガスの流通に関して上流側から下流側に粗密となる
2層1組を少なくとも2組以上積層してフェルト状積層
体10を形成し、該フェルト状積層体10の前記フェル
ト11、12、13、14の少なくとも一つの面に通電
可能な耐熱金網15を配置してフィルタ部材20を形成
し、該フェルト部材20を用いて該ディーゼルパティキ
ュレートフィルタ1を形成する。

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
ン等の内燃機関の排気ガス中のPMを捕集し、排ガスを
浄化する多層フェルト構造のディーゼルパティキュレー
トフィルタ(DPF:微粒子除去装置)に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来、車載等のディーゼルエンジンから
排出される排ガス中には、黒煙を主成分とするPM(粒
子状物質:パテキュレート)が含まれており、これを低
減するため、現在までに種々のフィルタが開発され、試
験されている。
【0003】例えば、多孔質のハニカム型コーデイエラ
イトのフィルタや、繊維を多孔金属円筒に巻き付けたて
形成したフィルタや、多孔質金属を利用したフィルタ
や、繊維織物を利用したフィルタや、金属金網を利用し
たフィルタや、更には、無機繊維をフェルト状にしたフ
ィルタ等がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
のフィルタには、以下に述べるような問題点がある。
【0005】最初のコーデイエライトのフィルタは、大
きいPMは捕捉できるが、微粒子は捕捉できないという
問題があり、無機繊維織物よりなるフィルタは、微粒子
を捕捉できるという優れた点があるが、捕集面積を大き
くすることが難しく、フィルタ装置の小型化が困難であ
るという問題がある。
【0006】また、無機繊維フェルトのフィルタは、コ
ーデイエライトのフィルタに比べ、微粒子を捕捉できる
が、捕集初期には捕捉効率が低いという問題がある。
【0007】また、近年、この無機繊維フェルトを粗密
の2層構造とすることで捕集時間が長く、また、捕集効
率が高くしたディーゼルパティキュレートフィルタがあ
るが、捕集初期においては、捕集効率が低いという問題
が残っている。
【0008】本発明は、上述の従来技術のフィルタの問
題を解決するためになされたものであり、その目的は、
捕集初期から排ガス中の微粒子の捕集効率が高く、ディ
ーゼルエンジンの排ガス浄化に極めて効果のある多層フ
ェルト構造のディーゼルパティキュレートフィルタを提
供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】以上のような目的を達成
するための多層フェルト構造のディーゼルパティキュレ
ートフィルタ(DPF)は、以下のように構成される。
【0010】排ガス中のPMを捕集して排ガスを浄化す
るディーゼルパティキュレートフィルタにおいて、無機
繊維又は金属繊維をランダムに積層して形成した粗構造
のフェルトと密構造のフェルトを排ガスの流通に関して
上流側から下流側に粗密となる2層1組を少なくとも2
組以上積層してフェルト状積層体を形成し、該フェルト
状積層体の前記フェルトの少なくとも一つの面に通電可
能な耐熱金網を配置してフィルタ部材を形成し、該フェ
ルト部材を用いて該ディーゼルパティキュレートフィル
タを形成する。
【0011】つまり、無機繊維又は金属繊維をランダム
に積層して形成したフェルトの粗の構成のフェルトと、
密の構成のフェルトとを、粗密粗密の4層やそれ以上に
積層して、そのフェルトの少なくとも一面に通電可能な
耐熱金属製の網を配置して構成する。この耐熱金網に通
電して、加熱することにより、フェルトの温度を上昇さ
せて、捕集された、更に、密フィルタの後方に触媒を担
持させた多孔のセラミックス脱臭板PMを燃焼処理して
フィルタを再生する。
【0012】以上の構成の多層フェルト構造のディーゼ
ルパティキュレートフィルタによれば、フィルタ部材を
粗構造の無機繊維フェルトと密構造の無機繊維フェルト
とで粗密粗密の4層やそれ以上に積層して形成したフェ
ルト状積層体によって、排ガス中に含まれているPMが
効率良く捕集される。特に捕集し始めの段階から高い捕
集効率を発揮できる。
【0013】この高い捕集効率を得られることに関して
は、密の層の間に粗の層が介在することで、上流側の密
の層を通過した微粒子が凝集し易くなり、粒成長を促す
ために、捕集効率が向上すると考えられる。
【0014】そして、この多層フェルト構造のディーゼ
ルパティキュレートフィルタにおいて、前記フィルタ部
材を、蛇腹状に折り曲げながら折り曲げ部分の一方側が
円筒の外側に、他方側が円筒の内部側になるように巻き
回して、篭状円筒体を形成する。
【0015】この構成により、排ガスの通過面積を最大
限広く取れるようにしながら、全体をコンパクトにし
て、取り扱い易い形状にする。
【0016】そして、上記の多層フェルト構造のディー
ゼルパティキュレートフィルタにおいて、前記無機繊維
が、少なくとも、アルミナ系、窒化ケイ素系、炭化ケイ
素系、ムライト系の内少なくとも1種を含み、前記フェ
ルト状積層体の粗構造のフェルトを太い繊維を用いて形
成し、密構造のフェルトを細い繊維を用いて形成する。
【0017】そして、上記の多層フェルト構造のディー
ゼルパティキュレートフィルタにおいて、前記耐熱金網
を、少なくとも鉄とクロムとアルミニウムの元素を含む
合金で形成し、前記耐熱金網に通電して加熱し、捕集し
たPMを燃焼消去して、前記フィルタ体を再生処理でき
るように構成する。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、本発明に係
る実施の形態の多層フェルト構造のディーゼルパティキ
ュレートフィルタ(DPF)について説明する。
【0019】図1は本発明の実施の形態の多層フェルト
構造のディーゼルパティキュレートフィルタ1を示す概
略説明図であり、図2は図1のこのディーゼルパティキ
ュレートフィルタ1に用いたフィルタ部材20からなる
篭状円筒体30を示す、図1のA−A断面における模式
的な断面図である。また、図3は図2の篭状円筒体30
の符号Bの領域を示す拡大説明図であり、図4は図3の
フィルタ部材20の符号Cの領域を示す拡大説明図でフ
ィルタ部材20の構成を模式的に示す構成図である。
【0020】本発明の実施の形態の多層フェルト構造の
ディーゼルパティキュレートフィルタ1は、フィルタ部
材20からなる円筒篭状縁30とケース40とを有して
おり、ケース40は入口側端部41と外筒部42と出口
側端部43とからなり、入口側端部41には、排ガス入
口41aが形成され、出口側端部43には排ガス出口4
3aが形成される。
【0021】また、篭状円筒体30は、ディーゼルパテ
ィキュレートフィルタ1の入口側に配置される部分の端
部全体が入口側端板31で覆われ、ケース40の入口側
端部41との間に排ガス通路44が形成されるように距
離をおいて配置される。
【0022】また、ケース40の外筒部42は篭状円筒
体30より大径に形成し、両者の間に隙間を生じさせて
排ガスGが流入する外周通路45を設ける。
【0023】一方、篭状円筒体30の出口側に配置され
る部分には、円筒の中空部32に連通する開口部33a
を有する出口側端板33が設けられている。この出口側
端板33は、ケース40の出口側端部43と一体に形成
してもよく、この出口側端部43で兼ねてもよい。
【0024】ディーゼルパティキュレートフィルタ1の
この構成により、排ガスGはディーゼルパティキュレー
トフィルタ1の排ガス入口41aから排ガス通路44と
外周通路45を通り、篭状円筒体30の外周側からフィ
ルタ部材20を通過して浄化される。この浄化された排
ガスGcは篭状円筒体30の中空部32から開口部33
aを経由して排出される。
【0025】そして、図2及び図3に示すように、この
篭状円筒体30は、蛇腹状に折り曲げながら、折り曲げ
部分の一方側が円筒の外側に、他方側が円筒の内部側
に、また、その平坦部分が円筒の中心に対して放射状に
なるように、巻き回されたフィルタ部材20で形成され
る。
【0026】本発明の特徴であるこのフィルタ部材20
は、図4に示すような構成をしており、次のように形成
される。
【0027】先ず、粗構造の無機繊維フェルト11、1
3と、密構造の無機繊維フェルト12、14とが、排ガ
スの流れに関して上流側から下流側に粗密粗密の4層に
配置されるでフェルト状積層体10を形成し、このフェ
ルト状積層体10を構成するランダムに積層された無機
繊維の間の隙間を排ガスを通過させて、排ガス中のPM
を捕集可能にする。
【0028】この粗構造の無機繊維フェルト11、13
は、繊維径が比較的太い炭化ケイ素繊維、例えば、線径
14μm程度の炭化ケイ素繊維をランダムに積層して形
成する。また、密構造の無機繊維フェルト12、14
は、粗構造の無機繊維フェルト11よりも繊維径が細い
炭化ケイ素繊維、例えば、線径9μmの炭化ケイ素繊維
をランダムに積層して形成する。
【0029】この粗構造の無機繊維フェルト11に、密
構造の無機繊維フェルト12と、粗構造の無機繊維フェ
ルト13と、密構造の無機繊維フェルト14とを順に重
ねて、4層のフェルト状積層体10を形成し、粗密粗密
の4層構造で、排ガスG中のPMの捕集効率を上げる。
この粗密粗密の各層の厚さの一例を示せば、それぞれ、
1.5mm、1.5mm、1.5mm、1.5mmであ
り、比率はで1:1:1:1である。
【0030】なお、ここでは、無機繊維に炭化ケイ素繊
維を用いているが、アルミナ系、窒化ケイ素、ムライト
系等の無機繊維を用いることもでき、無機繊維以外にS
US,Fe−Cr−Al等の金属繊維を用いることもで
きる。
【0031】次に、このフェルト状積層体10の両面
を、線径0.3mm,15メッシュの耐熱金網15、1
6で挟み、フィルタ部材20を形成する。この耐熱金網
15、16は、少なくとも元素として、鉄とアルミニウ
ムとクロムとを含むFe−Al−Cr合金製である。
【0032】また、少なくとも一方の金網15を通電可
能にして、フィルタ部材20の再生時の加熱ヒータとし
て使用する。なお、両面に用いずに、粗構造のフェルト
11側の露出側の表面のみに用いてもよく、場合によっ
ては、フェルト11〜14の間に設けてもよい。
【0033】そして、このフィルタ部材20を、図2及
び図3に示すように、蛇腹状に折り曲げながら、折り曲
げ部分の一方側が円筒の外側に、他方側が円筒の内部側
になるように、つまり、蛇腹状のフィルタ部材20の平
らな部分が放射状になるように、円筒形状に巻き回して
篭状円筒体30を構成する。
【0034】そして、フィルタ部材20に捕集されたP
Mは、適切な時期に通電可能な金網14に通電して、P
Mを加熱燃焼して、フィルタ部材20を再生するように
構成する。
【0035】以上のようにして形成した無機繊維を使用
した粗密粗密の4層のディーゼルパティキュレートフィ
ルタ1と比較用の粗密の2層のディーゼルパティキュレ
ートフィルタとをディーゼルエンジンのサイレンサーと
置き換えて、それぞれに排ガスを流し、その除去性能を
測定した。
【0036】この測定結果において、本発明の粗密粗密
4層のディーゼルパティキュレートフィルタ1では捕集
初期においてPMの捕集率が84%を達成できたのに対
して、一方の比較用の粗密2層のディーゼルパティキュ
レートフィルタでは、PMの捕集率が68%となってお
り、本発明のディーゼルパティキュレートフィルタ1は
従来のコーデイエライトハニカムのディーゼルパティキ
ュレートフィルタに比べ、PMの除去効率が向上し、特
に、捕集初期において優れていることが確認された。
【0037】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る多層
フェルト構造のディーゼルパティキュレートフィルタに
よれば、次のような効果を奏することができる。
【0038】フィルタ部材を粗構造の無機繊維フェルト
と、密構造の無機繊維フェルトとを上流側から下流側に
粗密となる2層1組を少なくとも2組以上積層して形成
しているので、ディーゼルエンジンから排出される排ガ
ス中に含まれているPMを、捕集初期の段階から効率良
く高い捕集率で捕集することができる。
【0039】そのため、ディーゼルエンジンの排気ガス
浄化に極めて高い効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の多層フェルト構造のディ
ーゼルパティキュレートフィルタ装置を示す概略説明図
である。
【図2】図1のディーゼルパティキュレートフィルタ装
置に用いたフィルタを示す図1のA−A断面における拡
大断面図である。
【図3】図2のフィルタの一部分の領域を示す拡大説明
図である。
【図4】図3のフィルタの符号Bの領域であってフィル
タ部材の構成を示す拡大説明図である。
【符号の説明】
1 多層フェルト構造のディーゼルパティキュレート
フィルタ 10 フェルト状積層体 11 粗構造の無機繊維フェルト 12 密構造の無機繊維フェルト 13 粗構造の無機繊維フェルト 14 密構造の無機繊維フェルト 15,16 耐熱金網 20 フィルタ部材 30 篭状円筒体
───────────────────────────────────────────────────── 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) B01D 39/20 B01D 39/20 A D 46/52 46/52 C

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 排ガス中のPMを捕集して排ガスを浄化
    するディーゼルパティキュレートフィルタにおいて、無
    機繊維又は金属繊維をランダムに積層して形成した粗構
    造のフェルトと密構造のフェルトを排ガスの流通に関し
    て上流側から下流側に粗密となる2層1組を少なくとも
    2組以上積層してフェルト状積層体を形成し、該フェル
    ト状積層体の前記フェルトの少なくとも一つの面に通電
    可能な耐熱金網を配置してフィルタ部材を形成し、該フ
    ェルト部材を用いて該ディーゼルパティキュレートフィ
    ルタを形成することを特徴とする多層フェルト構造のデ
    ィーゼルパティキュレートフィルタ。
  2. 【請求項2】 前記フィルタ部材を、蛇腹状に折り曲げ
    ながら、折り曲げ部分の一方側が円筒の外側に、他方側
    が円筒の内部側になるように巻き回して、篭状円筒体を
    形成することを特徴とする請求項1記載の多層フェルト
    構造のディーゼルパティキュレートフィルタ。
  3. 【請求項3】 前記フィルタ部材を無機繊維が、少なく
    とも、アルミナ系、窒化ケイ素系、炭化ケイ素系、ムラ
    イト系の内少なくとも1種を含むことを特徴とする請求
    項1又は2に記載の多層フェルト構造のディーゼルパテ
    ィキュレートフィルタ。
  4. 【請求項4】 前記フェルト状積層体の粗構造のフェル
    トを太い繊維を用いて形成し、密構造のフェルトを細い
    繊維を用いて形成することを特徴とする請求項1〜3の
    いずれか1項に記載の多層フェルト構造のディーゼルパ
    ティキュレートフィルタ。
  5. 【請求項5】 前記耐熱金網が、少なくとも鉄とクロム
    とアルミニウムの元素を含む合金であることを特徴とす
    る請求項1〜4のいずれか1項に記載の多層フェルト構
    造のディーゼルパティキュレートフィルタ。
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Cited By (2)

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