JP2007182896A - 排ガス浄化フィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】栓部を積極的にフィルターとして利用することができる排ガス浄化フィルタを提供すること。
【解決手段】隔壁１１に囲まれた多数のセル１０を有するハニカム状を呈し、セル１０の両端のいずれか一方の端部を閉止する栓部２を有してなり、セル１０内に浸入した排ガスに含まれるパティキュレートが隔壁１１に捕獲され、堆積し、この堆積したパティキュレートが隔壁１１に担持されている触媒の作用によって燃焼除去されるよう構成されている。両端の栓部２及び隔壁１１はいずれも多孔質体よりなり、隔壁１１の気孔率をＰ１、栓部２の気孔率をＰ２、隔壁１１の厚みの平均値をｔ、栓部２の長さの平均値をＬとした場合に、Ｍ＝（Ｌ／ｔ）×（Ｐ１／Ｐ２）の関係式より示されるＭ値が、１０＜Ｍ＜９０の範囲内にあり、排ガス浄化フィルタ１の両端の栓部２は，いずれも排ガスが通過可能であり，フィルターとして利用可能に構成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関から排出されるカーボン微粒子等を捕集するセラミック性の排ガス浄化フィルタに関する。

ディーゼルエンジン等から排出されるカーボン微粒子等のパティキュレートを濾過、燃焼させることにより再生する排ガス浄化フィルタとして、セラミックハニカム構造体を用いることが有望視されている。
具体的には、図３に示すごとく、従来の排ガス浄化フィルタ９は、ハニカム構造体の両端面に開口したセル９０を交互に栓部９５によって閉塞する。そして両端面においては、栓部９５がいわば市松模様状に配置されるようにする。また隔壁９８の表面には触媒を担持しておく。

これにより、同図に示すごとく、セル９０内に浸入した排ガス８は、隔壁９８を通過して排出され、隔壁９８には排ガス８に含まれるパティキュレート等が捕獲され、堆積する。そして、堆積したパティキュレート等は、隔壁９８に担持されている触媒作用によって燃焼除去され、排ガス浄化フィルタ９が随時再生される。

ところで、上記排ガス浄化フィルタ９の浄化性能をさらに高めるためには、その内表面の面積をさらに増加させることが有効である。これに対しては、排ガス浄化フィルタを構成するハニカム構造体の隔壁の薄肉化、セルピッチの縮小、その他種々の対策がとられてきた。しかしながら、このような隔壁の薄肉化を主体とした対策は有効ではあるものの、その製造自体が非常に難しくなることと、全体強度の低下を来すという問題もあり、限界がある。
そこで、隔壁の薄肉化以外の対策として、上記栓部９５をフィルターとして利用することによりフィルター面積を増大させることが有効と考えられる。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、栓部を積極的にフィルターとして利用することができる排ガス浄化フィルタを提供しようとするものである。

第１の発明は、隔壁に囲まれた多数のセルを有するハニカム状を呈し、上記セルの両端のいずれか一方の端部を閉止する栓部を有してなり、上記セル内に浸入した排ガスに含まれるパティキュレートが上記隔壁に捕獲され、堆積し、この堆積したパティキュレートが該隔壁に担持されている触媒の作用によって燃焼除去されるよう構成された排ガス浄化フィルタにおいて、
該排ガス浄化フィルタの両端の上記栓部及び上記隔壁はいずれも多孔質体よりなり、上記隔壁の気孔率をＰ１、上記栓部の気孔率をＰ２、上記隔壁の厚みの平均値をｔ、上記栓部の長さの平均値をＬとした場合に、Ｍ＝（Ｌ／ｔ）×（Ｐ１／Ｐ２）の関係式より示されるＭ値が、１０＜Ｍ＜９０の範囲内にあり、
上記排ガス浄化フィルタの両端の上記栓部は，いずれも排ガスが通過可能であり，フィルターとして利用可能に構成されてい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、特に、上記セル内に浸入した排ガスに含まれるパティキュレートが上記隔壁に捕獲され、堆積し、この堆積したパティキュレートが該隔壁に担持されている触媒の作用によって燃焼除去されるよう構成されたタイプの排ガス浄化フィルタに関するものである。
そして、本発明の排ガス浄化フィルタにおいては、上記隔壁及び上記栓部をいずれも多孔質体より構成してある。そして、これらの気孔率及びサイズが特定の関係にある。
即ち、上記隔壁の気孔率をＰ１、上記栓部の気孔率をＰ２、上記隔壁の厚みの平均値をｔ、上記栓部の長さの平均値をＬとした場合のＭ＝（Ｌ／ｔ）×（Ｐ１／Ｐ２）の関係式より示されるＭ値が、１０＜Ｍ＜９０の範囲内にある。これにより、上記排ガス浄化フィルタは、上記栓部の強度を十分に確保しつつ、栓部を排ガスが通過するような構成をとることができる。それ故、栓部を強度を低下させることなくフィルターとして利用することができ、全体のフィルター面積が増加して排ガス浄化フィルタ全体の性能が向上する。

なお、本発明では、上記ｔ、Ｌの値として、平均値を用いる。また、上記気孔率としては、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した値を用いることができる。そして、上記ｔ、Ｌの値として平均値を用いるので、個々全ての栓部が上記要件を具備する必要はない。少なくとも平均値が上記Ｍ値の範囲を満足すればよい。

第２の発明は、隔壁に囲まれた多数のセルを有するハニカム状を呈し、上記セルの両端のいずれか一方の端部を閉止する栓部を有してなり、上記セル内に浸入した排ガスに含まれるパティキュレートが上記隔壁に捕獲され、堆積し、この堆積したパティキュレートが該隔壁に担持されている触媒の作用によって燃焼除去されるよう構成された排ガス浄化フィルタにおいて、
該排ガス浄化フィルタの両端の上記栓部及び上記隔壁はいずれも多孔質体よりなり、上記隔壁の気孔率をＰ１、上記各栓部の気孔率をＰ２、上記隔壁の厚みの平均値をｔ、上記各栓部の長さをＬ２とした場合に、Ｍ２＝（Ｌ２／ｔ）×（Ｐ１／Ｐ２）の関係式より示されるＭ２値が、１０＜Ｍ２＜９０の範囲内にある上記栓部が全体の５０％以上であり、
上記排ガス浄化フィルタの両端の上記栓部は，いずれも排ガスが通過可能であり，フィルターとして利用可能に構成されていることを特徴とする排ガス浄化フィルタにある（請求項３）。

本発明の排ガス浄化フィルタも、上記セル内に浸入した排ガスに含まれるパティキュレートが上記隔壁に捕獲され、堆積し、この堆積したパティキュレートが該隔壁に担持されている触媒の作用によって燃焼除去されるよう構成されたタイプの排ガス浄化フィルタに関するものである。そして、本発明の排ガス浄化フィルタにおいては、上記栓部の各々について上記Ｐ２、Ｌ２を定め、これと隔壁の気孔率Ｐ１と、隔壁の厚みの平均値ｔとにより定められた上記Ｍ２値が上記特定の範囲に入るものが、栓部全体のうち５０％以上を占めるようにする。これによっても、上記と同様に、栓部をフィルターとして利用することによる浄化性能向上を得ることができる。

上記第１の発明（請求項１）において、上記Ｍ値が１０以下の場合には、栓部の強度が弱く、実用上問題が生じうる。一方、Ｍ値が９０を超える場合には、栓部を排ガスが通過しにくくなり、栓部をフィルタとして利用することが困難となるという問題がある。

そして、上記Ｍ値は、２５以下であることが好ましい（請求項２）。この場合には、特に栓部をフィルタとして使用する効果を充分に得ることができる。

また、上記第２の発明（請求項３）においては、上記Ｍ２値が、１０＜Ｍ２＜９０の範囲内にある上記栓部が全体の５０％未満である場合には、栓部全体としてのフィルタ効果が充分に得られないという問題がある。
そして特に、上記Ｍ２値が２５％以下の上記栓部が全体の５０％以上であることが好ましい（請求項４）。この場合には、さらに栓部のフィルタとしての効果を高めることができる。

上記第１、第２の発明（請求項１、２）において、上記栓部の長さの平均値は５ｍｍ以下であることが好ましい。栓部の長さの平均値が５ｍｍを超える場合には、排ガスが通過する際の抵抗が大きくなり、フィルターとしての機能が低下するおそれがある。それ故より好ましくは３ｍｍ以下がよい。一方、栓部の長さが短すぎれば、その強度が低下する。そのため、栓部の長さの平均値の下限値としては０．５ｍｍとすることが好ましい。

また、上記排ガス浄化フィルタにおける隔壁及び栓部は、例えばコーディエライト、ムライト、スピネルその他のセラミックスより構成することができる。
また、上記隔壁及び栓部には、捕獲したパティキュレートを燃焼させるための触媒を担持することができる。触媒の種類としては、例えば、いわゆる三元触媒、ＰＭ酸化触媒、ＮＯｘ吸蔵還元触媒等がある。

（実施例１）
本発明の排ガス浄化フィルタにかかる実施例につき、図１、図２を用いて説明する。
本例の排ガス浄化フィルタ１は、図１、図２に示すごとく、隔壁１１に囲まれた多数のセル１０を有するハニカム状を呈し、上記セル１０の両端のいずれか一方の端部を閉止する栓部２を有してなる。

上記隔壁１１及び上記栓部２はいずれも多孔質体よりなる。隔壁１１の気孔率をＰ１、栓部２の気孔率をＰ２、隔壁１１の厚みの平均値をｔ、栓部２の長さの平均値をＬとした場合に、Ｍ＝（Ｌ／ｔ）×（Ｐ１／Ｐ２）の関係式より示されるＭ値が、１０＜Ｍ＜９０の範囲内にある。
以下、これを詳説する。

本例の排ガス浄化フィルタ１を製造するに当たっては、まず、セラミック製のハニカム構造体を作製する。そのため、その原料となるコージェライト原材料を準備する。コージェライト原材料としては、カオリン、水酸化アルミニウム、アルミナ、タルク、カオリン、カーボン粒子等を含有するものを用いる。そして最終的な組成が、ＳｉＯ₂：４５〜５５重量％、Ａｌ₂Ｏ₃：３３〜４２重量％、ＭｇＯ：１２〜１８重量％よりなるコーディエライトを主成分とする組成となるように調整する。また、気孔率の調整は、上記カーボン粒子、カオリン、タルク、水酸化アルミニウム等の含有量を調整することによって行う。

次に、上記コージェライト原材料と水を所定量混練した後、これをハニカム構造体成形用金型を用いてハニカム状に押出成形してハニカム構造体を得る。次いで、上記栓部２となるコーディエライト原料を所定のセル端部に配置する。本例では、栓部２がいわゆる市松模様状に配設されるように設定した。そして、乾燥後、焼成する。
なお、上記栓部２の配設方法としては、種々の公知の方法を採用することができる。

得られたハニカム構造体（排ガス浄化フィルタ１）は、セル数が＃３００、隔壁１１の厚さが０．２ｍｍである。また、本例では、隔壁１１の気孔率Ｐ１が５５％、栓部２の気孔率Ｐ２が７０％、隔壁１１の厚みの平均値ｔは０．２ｍｍ、栓部２の長さの平均値Ｌは４ｍｍである。そのため、上記Ｍ値は１６となる。

この排ガス浄化フィルタ１には、その表面全部、即ち、隔壁１１の表面及び栓部２の表面に対して、パティキュレート燃焼用のＰＭ酸化触媒を担持させることにより、排ガス浄化フィルタとして完成する。
この排ガス浄化フィルタ１は、図示しない触媒コンバータに組み込まれ、ディーゼルエンジン用のパティキュレートフィルタとして使用される。

次に、本例の作用効果につき説明する。
本例の排ガス浄化フィルタ１においては、隔壁１１及び栓部２をいずれも多孔質体より構成した。そして、これらの気孔率及びサイズは、上記Ｍ値が１６となる関係にした。これにより、排ガス浄化フィルタ１は、これを排ガス流路中に配置した際に上記栓部２をフィルターとして利用することができる。

即ち、図２に示すごとく、排ガス浄化フィルタ１のセル１０内に導入された排ガス８は、隔壁１１を通過して隣接するセルに移動して排出されるものと、栓部２を通過して排出されるものとができる。そして、排ガス８中に含まれているパティキュレートは、隔壁１１に捕獲されると共に栓部２にも捕獲される。捕獲されたパティキュレートは、隔壁１１及び栓部２に担持されている触媒の作用によって燃焼除去される。

このように、本例の排ガス浄化フィルタ１では、フィルター面積が従来より増加し、隔壁１１の表面積と栓部２の表面積を合わせたものとなる。それ故、排ガス浄化フィルタ１の浄化性能は従来よりも向上する。
又、上記Ｍ値が１０を超えているので、実用上の栓部２の強度も確保することができる。

（実施例２）
本例では、実施例１の排ガス浄化フィルタ１と同様のハニカム構造体を複数作製すると共に、その気孔率、サイズ等を変更して、上記Ｍ値の影響を求める実験を行った。なお、本例では、ハニカム構造体に触媒の担持を行わなかった以外は、実施例１と同様にしてハニカム構造体を作製した。

作製したハニカム構造体のＰ１、Ｐ２、ｔ、Ｌの値を表１、表２に示す。
これらの表に示すごとく、本例では、隔壁１１の気孔率Ｐ１が５５〜７０％、隔壁１１の厚さの平均値ｔが０．２ｍｍ又は０．３ｍｍ、栓部２の気孔率Ｐ２が１０〜７０％、栓部２の長さの平均値Ｌが２〜６ｍｍである、５１種類のハニカム構造体を準備した。

そして、表１、表２には、Ｍ＝（Ｌ／ｔ）×（Ｐ１／Ｐ２）の関係式より示されるＭ値を算出して記載した。
また、本例では、パティキュレートに類似した煤発生装置から発生する煤を２ｇ／リットル捕集させる実験を行った。そして、実験後における下流側の栓部２の断面を電子顕微鏡で確認し、内部への煤進入の有無を確認した。煤の進入が十分に確認できた場合を◎、一応確認できるが上記◎の場合よりも比較的少ない場合を○、僅かに確認できた場合を△、全く確認できなかった場合を×として、表１、表２に示した。

表１、表２より知られるごとく、上記Ｍ値が９０を超える場合には、いずれも煤の進入実験の結果が×であり、フィルタとしての効果を発揮し得ないことがわかった。一方、上記Ｍ値が９０未満の場合には、◎、○あるいは△であり、フィルタ効果を発揮しうることがわかる。このうち、特に、Ｍが２５以下の場合には、十分な煤の進入が認められ、フィルタ効果が高いことがわかった。
また、この実験では明らかにならないが、Ｍ値が１０未満の場合には、栓部２の長さＬが短く、かつ気孔率Ｐ２が大きい場合であって、栓部２の強度が小さく実用化が困難である。

実施例１における、排ガス浄化フィルタの斜視図。 実施例１における、排ガス浄化フィルタの断面構造を示す説明図。 従来例における、排ガス浄化フィルタの断面構造を示す説明図。

符号の説明

１ 排ガス浄化フィルタ、
１０ セル、
１１ 隔壁、
２ 栓部、
８ 排ガス、

Claims (5)

1. 隔壁に囲まれた多数のセルを有するハニカム状を呈し、上記セルの両端のいずれか一方の端部を閉止する栓部を有してなり、上記セル内に浸入した排ガスに含まれるパティキュレートが上記隔壁に捕獲され、堆積し、この堆積したパティキュレートが該隔壁に担持されている触媒の作用によって燃焼除去されるよう構成された排ガス浄化フィルタにおいて、
   該排ガス浄化フィルタの両端の上記栓部及び上記隔壁はいずれも多孔質体よりなり、上記隔壁の気孔率をＰ１、上記栓部の気孔率をＰ２、上記隔壁の厚みの平均値をｔ、上記栓部の長さの平均値をＬとした場合に、Ｍ＝（Ｌ／ｔ）×（Ｐ１／Ｐ２）の関係式より示されるＭ値が、１０＜Ｍ＜９０の範囲内にあり、
   上記排ガス浄化フィルタの両端の上記栓部は，いずれも排ガスが通過可能であり，フィルターとして利用可能に構成されてい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Ｍ値は、２５以下であることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
3. 隔壁に囲まれた多数のセルを有するハニカム状を呈し、上記セルの両端のいずれか一方の端部を閉止する栓部を有してなり、上記セル内に浸入した排ガスに含まれるパティキュレートが上記隔壁に捕獲され、堆積し、この堆積したパティキュレートが該隔壁に担持されている触媒の作用によって燃焼除去されるよう構成された排ガス浄化フィルタにおいて、
   該排ガス浄化フィルタの両端の上記栓部及び上記隔壁はいずれも多孔質体よりなり、上記隔壁の気孔率をＰ１、上記各栓部の気孔率をＰ２、上記隔壁の厚みの平均値をｔ、上記各栓部の長さをＬ２とした場合に、Ｍ２＝（Ｌ２／ｔ）×（Ｐ１／Ｐ２）の関係式より示されるＭ２値が、１０＜Ｍ２＜９０の範囲内にある上記栓部が全体の５０％以上であり、
   上記排ガス浄化フィルタの両端の上記栓部は，いずれも排ガスが通過可能であり，フィルターとして利用可能に構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３において、上記Ｍ２値が２５％以下の上記栓部が全体の５０％以上であ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、上記栓部の長さの平均値は５ｍｍ以下であることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。