JP2007289902A - 排気浄化フィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】排気浄化フィルタにおいて、ＰＭを効率よく酸化させて除去する技術を提供する。
【解決手段】内燃機関から排出されたＰＭを含む排気からＰＭを除去して排気を浄化する排気浄化フィルタ１であって、排気が流入する流入側セル２と、流入側セル２を区画するフィルタ隔壁４と、を有し、フィルタ隔壁４に凸部５を形成し、凸部５を含むフィルタ隔壁４に触媒反応の反応熱によってＰＭを酸化させる触媒を担持した。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディーゼルエンジンからの排気などのパティキュレートを含む排気からパティキュレートを除去して排気を浄化する排気浄化フィルタに関する。

パティキュレート（粒子状物質：炭素微粒子、サルフェートなどの硫黄系微粒子、高分子量炭化水素微粒子（ＳＯＦ）など、以下ＰＭという）を除去するフィルタとしては、隣り合う流入セルを隔てる隔壁に、触媒を担持した凸部や凹部を設け、ＰＭを酸化させて除去するための熱を凸部や凹部から供給するフィルタが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−１１８７４７号公報 特開平０６−０１０６４９号公報 特開２００１−３４９２１４号公報 特開２００２−３６４３３５号公報 特開２００４−３１６５１３号公報 国際公開第０２／０８４０８５号パンフレット

ところで、隔壁の表面には、ＰＭが堆積することでＰＭ堆積層が形成される。そして、隔壁が担持した触媒の触媒反応によってＰＭ堆積層を酸化させることでＰＭ堆積層と隔壁との間に空隙が形成される。ここで、隔壁に触媒を担持させると、触媒の分布が不均一となり隔壁には触媒が存在しない部分が生じる。この空隙は、隔壁の触媒の存在しない部分に堆積するＰＭにＰＭ堆積層が支持されることによって保持され、隔壁が担持した触媒の触媒反応ではＰＭ堆積層を酸化させ難くしてしまう場合がある。また、ＰＭ堆積層にはＰＭがさらに堆積されていき、隔壁へのＰＭの供給不足を生じさせて効率的なＰＭの除去ができなくなる場合がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気浄化フィルタにおいて、ＰＭを効率よく酸化させて除去する技術を提供することにある。

本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、
内燃機関から排出されたパティキュレートを含む排気からパティキュレートを除去して排気を浄化する排気浄化フィルタであって、
排気が流入するセルと、該セルを区画する隔壁と、を有し、
前記隔壁に凸部を形成し、前記凸部を含む前記隔壁に触媒反応によってパティキュレートを酸化させる触媒を担持したことを特徴とする排気浄化フィルタである。

ここで、隔壁の表面には、ＰＭが堆積することでＰＭ堆積層が形成される。そして、隔壁が担持した触媒の触媒反応によってＰＭ堆積層を酸化させることでＰＭ堆積層と隔壁との間に空隙が形成される。ここで、隔壁に触媒を担持させると、触媒の分布が不均一となり隔壁には触媒が存在しない部分が生じる。この空隙は、隔壁の触媒の存在しない部分に堆積するＰＭにＰＭ堆積層が支持されることによって保持され、隔壁が担持した触媒の触媒反応ではＰＭ堆積層を酸化させ難くしてしまう場合がある。また、ＰＭ堆積層にはＰＭがさらに堆積されていき、隔壁へのＰＭの供給不足を生じさせて効率的なＰＭの除去ができなくなる場合がある。

そこで、本発明は、隔壁の表面に凸部を形成し、凸部を含む隔壁に触媒反応によってパティキュレートを酸化させる触媒を担持した。これによると、凸部が担持した触媒の触媒反応によって凸部周辺のＰＭを酸化させることができる。そうすると、凸部周辺のＰＭを酸化することにより、セルの中心部からＰＭ堆積層と隔壁との間の空隙へつながる通路を形成し、通路を介してセルの中心部側から空隙にＰＭを送り込むことができる。そして、送り込まれたＰＭは、隔壁が担持した触媒の触媒反応によって酸化させられる。また、凸部周辺のＰＭを酸化することにより、ＰＭ堆積層を細分化することができる。そして、細分化されたＰＭ堆積層は、セルの中心部側からの排気圧力によって空隙を押しつぶして隔壁に押し付けられ、隔壁が担持した触媒の触媒反応によって酸化させられる。よって、ＰＭを効率よく酸化させて除去することができる。

具体的には、前記隔壁の表面には、パティキュレートが堆積することでパティキュレート堆積層が形成され、前記隔壁が担持した触媒の触媒反応によって前記パティキュレート堆積層を酸化させることで前記パティキュレート堆積層と前記隔壁との間に空隙が形成され、当該空隙は前記隔壁の触媒の存在しない部分に堆積するパティキュレートにパティキュレート堆積層が支持されることによって保持されており、前記凸部は、担持した触媒の触媒反応によって前記凸部周辺のパティキュレートを酸化させることで、前記セルの中心部から前記空隙へつながる通路を形成し、当該通路を介してセルの中心部側から前記空隙にパティキュレートが送り込まれ、当該送り込まれたパティキュレートは、前記隔壁が担持した触媒の触媒反応によって酸化させられるとよい。

これによると、ＰＭ堆積層にはＰＭがさらに堆積されていくことはなく、隔壁へ常にＰＭを供給し続けて効率的なＰＭの除去ができる。

また、具体的には、前記隔壁の表面には、パティキュレートが堆積することでパティキュレート堆積層が形成され、前記隔壁が担持した触媒の触媒反応によって前記パティキュレート堆積層を酸化させることで前記パティキュレート堆積層と前記隔壁との間に空隙が形成され、当該空隙は前記隔壁の触媒の存在しない部分に堆積するパティキュレートにパティキュレート堆積層が支持されることによって保持されており、前記凸部は、担持した触媒の触媒反応によって前記凸部周辺のパティキュレートを酸化させることで、前記パティキュレート堆積層を細分化し、当該細分化されたパティキュレート堆積層は、前記セルの中心部側からの排気圧力によって前記空隙を押しつぶして前記隔壁に押し付けられ、前記隔壁が担持した触媒の触媒反応によって酸化させられるとよい。

これによると、隔壁が担持した触媒の触媒反応でＰＭ堆積層を容易に酸化させることができ、隔壁へ常にＰＭを供給し続けて効率的なＰＭの除去ができる。

本発明によると、排気浄化フィルタにおいて、ＰＭを効率よく酸化させて除去することが可能となる。

以下に本発明の具体的な実施例を説明する。

＜実施例１＞
図１は、本発明の実施例１に係る排気浄化フィルタの概略を示す斜視図である。排気浄化フィルタ１は、水冷式の４サイクル・ディーゼル機関の排気通路に配置される。

排気浄化フィルタ１は、コージェライト製のウォールフロー構造のハニカム形状をして
おり、排気が流入する流入側セル２と、流入側セル２に隣接し排気が流出する流出側セル３と、それらのセル２，３を区画するフィルタ隔壁４と、から構成されている。

流入側セル２と流出側セル３は、排気流れ方向に垂直な断面が四角形状の孔である。流入側セル２と流出側セル３とは、それぞれの辺を跨いで隣り合っており、流入側セル２同士及び流出側セル３同士は、それぞれの角を跨いで隣り合っている。

図２に排気浄化フィルタ１の排気流れ方向の断面を示す。流入側セル２及び流出側セル３は、排気流れ方向に真っ直ぐに延びた角筒状となっている。そして、流入側セル２は、排気流れ方向の下流側で目詰めされている。また、流出側セル３は、排気流れ方向の上流側で目詰めされている。このため、排気浄化フィルタ１に流入した排気は、まず流入側セル２に流れ込み、次に流入側セル２と流出側セル３とを隔てるフィルタ隔壁４に進入する。その後、フィルタ隔壁４を通過して流出側セル３に到達した排気が流出側セル３から流出する（図２矢印参照）。

ここで、フィルタ隔壁４は、排気を通過させるものの、排気に含まれるＰＭは通過させないものである。このため、フィルタ隔壁４の流入側セル２の側面には、ＰＭが堆積する。このような機能を発揮するフィルタ隔壁４は、内部に気孔を有する多孔質セラミックなどで形成される。多孔質セラミックの材料としては、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化チタンなどの窒化物セラミック、炭化ケイ素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タングステンなどの炭化物セラミック、アルミナ、ジルコニア、コージェライト、ムライト、シリカなどの酸化物セラミックなどを挙げることができる。また、シリコンと炭化ケイ素との複合体、チタン酸アルミニウムといった２種以上の材料から形成されるものであってもよい。

また、フィルタ隔壁４には、触媒が担持されている。触媒は、フィルタ隔壁４の流入側セル２側面や、フィルタ隔壁４内部の気孔の表面に担持されている。触媒には、Ｐｔを含むアルミナ粉末などが用いられ、排気が触媒と接触することでＨＣ、ＣＯ、ＮＯがＰｔによって酸化し反応熱が生じる触媒反応が起こり、この触媒反応の反応熱によってＰＭを酸化させ、ＰＭを除去する。なお、フィルタ隔壁４に担持した触媒の分布は不均一であり、フィルタ隔壁４には触媒が存在しない部分が生じている。

そして、図３に示すように流入側セル２のフィルタ隔壁４には、凸部５が形成されている。本実施例では、凸部５は、流入側セル２の排気流れ方向に垂直な断面においてそれぞれの辺の中央に１つ設けられ、またそれぞれの隅部に設けられている。このため、図３に示す凸部５は、計８つである。全ての凸部５は、四角形の断面をなしている。

そして、凸部５は、排気浄化フィルタ１の流入側端から流出側端までの長手方向全体に連続して形成されている。このように凸部５が排気浄化フィルタ１の長手方向全体に連続しているのは、高い強度を得たりフィルタ隔壁４の強度を向上させたりすると共に押出成形で形成するためである。この凸部５はフィルタ隔壁４の一部であり、凸部５においても触媒が担持されている。

なお、凸部５の形状は、断面が三角形や台形などでもよく、本実施例に限られるものではない。また、凸部５は、排気浄化フィルタの長手方向全体に連続していなくてもよく、またその配置場所も特に限られるものではなく、本実施例に限られるものではない。

次に、流入側セル２のフィルタ隔壁４に形成されるＰＭ堆積層について説明する。上述したように、排気浄化フィルタ１内を排気が通過すると、排気に含まれるＰＭは流入側セル２のフィルタ隔壁４の表面へ堆積していき、図４に示すようにフィルタ隔壁４に堆積す
るＰＭ堆積層６を形成する。

このＰＭ堆積層６は、フィルタ隔壁４が担持する触媒の上述の触媒反応の反応熱によってＰＭ堆積層６を酸化させることで、図５に示すようにＰＭ堆積層６とフィルタ隔壁４との間に空隙７を形成する。ここで、フィルタ隔壁４に触媒を担持させると、触媒の分布が不均一となりフィルタ隔壁４には触媒が存在しない部分が生じる。この空隙７は、フィルタ隔壁４の触媒の存在しない部分に堆積するＰＭにＰＭ堆積層６が支持されることによって保持されている。

このため、フィルタ隔壁４が担持した触媒の触媒反応ではＰＭ堆積層６を酸化させ難くしてしまう場合がある。また、ＰＭ堆積層６にはＰＭがさらに堆積されていき、フィルタ隔壁４へのＰＭの供給不足を生じさせて効率的なＰＭの除去ができなくなる場合がある。

これに対し、本実施例では、上述したように流入側セル２のフィルタ隔壁４に凸部５を形成し、凸部５を含むフィルタ隔壁４に触媒反応によってＰＭを酸化させる触媒を担持している。これによると、凸部５が担持した触媒の触媒反応によって凸部５周辺のＰＭを酸化させ、ＰＭを除去することができる。

そうすると、第１に、図６に示すように、凸部５周辺のＰＭを酸化することにより、流入側セル２の中心部からＰＭ堆積層６とフィルタ隔壁４との間の空隙７へつながる通路８を形成し、通路８を介して図６の点線矢印のように、流入側セル２の中心部側から空隙７にＰＭ（図６に示す黒点）を送り込むことができる。そして、送り込まれたＰＭは、フィルタ隔壁４が担持した触媒の触媒反応の反応熱によって酸化させられ、除去される。

したがって、ＰＭ堆積層６にはＰＭがさらに堆積されていくことはなく、フィルタ隔壁４へ常にＰＭを供給し続けて効率的なＰＭの除去ができる。

また、第２に、凸部５周辺のＰＭを酸化することにより、ＰＭ堆積層６を細分化することができる。そして、細分化されたＰＭ堆積層６は、図７に示すように、流入側セル２の中心部側からの図７の矢印で示す排気圧力によって空隙７を押しつぶしてフィルタ隔壁４に押し付けられ、フィルタ隔壁４が担持した触媒の触媒反応の反応熱によって酸化させられ、除去される。

したがって、フィルタ隔壁４が担持した触媒の触媒反応の反応熱でＰＭ堆積層６を容易に酸化させることができ、フィルタ隔壁４へ常にＰＭ（ＰＭ堆積層６）を供給し続けて効率的なＰＭ（ＰＭ堆積層６）の除去ができる。

以上のように、本実施例では、第１、第２の作用により、ＰＭを効率よく酸化させて除去することができる。

本発明に係る排気浄化フィルタは、上述の実施例に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の変更を加えてもよい。

排気浄化フィルタの概略の模式的な斜視を示す図である。 排気浄化フィルタの排気流れ方向に沿った断面を示す図である。 排気浄化フィルタの流入側セルを示す図である。 排気浄化フィルタの流入側セルにＰＭ堆積層が形成された状態を示す図である。 排気浄化フィルタの流入側セルにＰＭ堆積層、空隙が形成された状態を示す図である。 排気浄化フィルタの流入側セルの空隙に通路を介してＰＭが送り込まれる状態を示す図である。 排気浄化フィルタの流入側セルのＰＭ堆積層が空隙を押しつぶしてフィルタ隔壁に押し付けられた状態を示す図である。

符号の説明

１ 排気浄化フィルタ
２ 流入側セル
３ 流出側セル
４ フィルタ隔壁
５ 凸部
６ ＰＭ堆積層
７ 空隙
８ 通路

Claims (3)

1. 内燃機関から排出されたパティキュレートを含む排気からパティキュレートを除去して排気を浄化する排気浄化フィルタであって、
   排気が流入するセルと、該セルを区画する隔壁と、を有し、
   前記隔壁に凸部を形成し、前記凸部を含む前記隔壁に触媒反応によってパティキュレートを酸化させる触媒を担持したことを特徴とする排気浄化フィルタ。
2. 前記隔壁の表面には、パティキュレートが堆積することでパティキュレート堆積層が形成され、前記隔壁が担持した触媒の触媒反応によって前記パティキュレート堆積層を酸化させることで前記パティキュレート堆積層と前記隔壁との間に空隙が形成され、当該空隙は前記隔壁の触媒の存在しない部分に堆積するパティキュレートにパティキュレート堆積層が支持されることによって保持されており、
   前記凸部は、担持した触媒の触媒反応によって前記凸部周辺のパティキュレートを酸化させることで、前記セルの中心部から前記空隙へつながる通路を形成し、
   当該通路を介してセルの中心部側から前記空隙にパティキュレートが送り込まれ、当該送り込まれたパティキュレートは、前記隔壁が担持した触媒の触媒反応によって酸化させられることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化フィルタ。
3. 前記隔壁の表面には、パティキュレートが堆積することでパティキュレート堆積層が形成され、前記隔壁が担持した触媒の触媒反応によって前記パティキュレート堆積層を酸化させることで前記パティキュレート堆積層と前記隔壁との間に空隙が形成され、当該空隙は前記隔壁の触媒の存在しない部分に堆積するパティキュレートにパティキュレート堆積層が支持されることによって保持されており、
   前記凸部は、担持した触媒の触媒反応によって前記凸部周辺のパティキュレートを酸化させることで、前記パティキュレート堆積層を細分化し、
   当該細分化されたパティキュレート堆積層は、前記セルの中心部側からの排気圧力によって前記空隙を押しつぶして前記隔壁に押し付けられ、前記隔壁が担持した触媒の触媒反応によって酸化させられることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化フィルタ。

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