JP2009047124A - Exhaust gas purifying apparatus of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は内燃機関の排気を浄化する内燃機関の排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that purifies exhaust gas from the internal combustion engine.
内燃機関の排気にはカーボンを主成分とする微粒子物質(PM:Particulate Matter)が含まれている。これらの微粒子物質の大気への放散を防止するために内燃機関の排気系に微粒子物質を捕集するパティキュレートフィルタ(以下、「フィルタ」という。)を設ける技術が知られている。 The exhaust gas from an internal combustion engine contains particulate matter (PM) containing carbon as a main component. A technique for providing a particulate filter (hereinafter referred to as “filter”) for collecting particulate matter in an exhaust system of an internal combustion engine is known in order to prevent such particulate matter from being released into the atmosphere.
ここで、上記のフィルタは、一般的には多孔質のセラミックで形成されたセラミックハニカム構造体によって構成される。このセラミックハニカム構造体は、SiC、SiN、金属、アルミナ、ジルコニア、セリア、チタニア、シリカ、コージェライトなどから形成される。そして、これらの異なる材質によってセラミックハニカム構造体を形成した場合は、材質によってセラミックハニカム構造体の機械的性質または物理的性質が異なるため、排気の浄化特性が各々異なる。 Here, the above-described filter is generally constituted by a ceramic honeycomb structure formed of porous ceramic. This ceramic honeycomb structure is formed from SiC, SiN, metal, alumina, zirconia, ceria, titania, silica, cordierite, and the like. When the ceramic honeycomb structure is formed of these different materials, the mechanical properties or physical properties of the ceramic honeycomb structure are different depending on the materials, and thus the exhaust purification characteristics are different.
一方、近年の排気ガス規制の強化に対応するために、排気中の微粒子物質の重量規制のみならず、排出される微粒子物質の粒子数を低減する技術が望まれている。上記のフィルタ材質に関しては、炭化珪素(SiC)によってフィルタを形成すれば、排出される微粒子物質の粒子数を低減する上で有利であることが判ってきているが、炭化珪素(SiC)のみによってフィルタを形成するとコスト高になってしまう。 On the other hand, in order to cope with the recent tightening of exhaust gas regulations, a technique for reducing the number of particulate matter discharged as well as the weight regulation of particulate matter in exhaust gas is desired. Regarding the above filter material, it has been found that if the filter is formed of silicon carbide (SiC), it is advantageous to reduce the number of particles of discharged fine particles, but only by silicon carbide (SiC). Forming a filter increases the cost.
このように、排出される微粒子物質の粒子数を低減でき、且つコストを抑えられる排気浄化装置が求められている。
本発明の目的とするところは、炭化珪素(SiC)により形成されるフィルタの特性を活かしつつ、排気浄化装置全体として妥当なコスト及び排気浄化性能を得ることができる技術を提供することである。 An object of the present invention is to provide a technique capable of obtaining a reasonable cost and exhaust purification performance as a whole exhaust purification apparatus while utilizing the characteristics of a filter formed of silicon carbide (SiC).
上記目的を達成するための本発明は、炭化珪素(SiC)から形成されたハニカム構造のフィルタと、コージェライトから形成されたハニカム構造のフィルタとを直列に組み合わせ、セル同士の位置が合致するように一体化したことを最大の特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention combines a honeycomb structure filter formed from silicon carbide (SiC) and a honeycomb structure filter formed from cordierite in series so that the positions of the cells match each other. The greatest feature is that it is integrated into
より詳しくは、内燃機関の排気通路に設けられ、該排気通路を通過する排気中の微粒子物質を捕捉することで排気を浄化する内燃機関の排気浄化装置であって、
前記排気浄化装置には、排気の通過方向に垂直な断面が多孔質のセル隔壁によって複数のセルに区画されたハニカム形状のフィルタである第1フィルタ及び第2フィルタが備えられ、
前記第1フィルタはコージェライトを含んで形成され、前記第2フィルタは炭化珪素を含んで形成され、前記第1フィルタ及び前記第2フィルタの前記断面における形状及びセルの区画は略同一であり、
前記第1フィルタと前記第2フィルタとは、各々の前記断面における対応するセル同士
の位置が合致するように、排気通路の上下流方向に直列に一体として配置されたことを特徴とする。
More specifically, an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, which is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine and purifies exhaust gas by capturing particulate matter in the exhaust gas passing through the exhaust passage,
The exhaust gas purification apparatus includes a first filter and a second filter that are honeycomb-shaped filters in which a cross section perpendicular to the exhaust passage direction is partitioned into a plurality of cells by porous cell partition walls,
The first filter is formed to include cordierite, the second filter is formed to include silicon carbide, and the shapes and cell sections in the cross section of the first filter and the second filter are substantially the same,
The first filter and the second filter are integrally arranged in series in the upstream and downstream direction of the exhaust passage so that the positions of the corresponding cells in each of the cross sections coincide with each other.
ここで前述のように、炭化珪素(SiC)により形成されたフィルタは、一般的にコージェライトにより形成されたフィルタと比較して排出される微粒子物質の粒子数を低減させるのに有利という特性を有する一方、コスト的には高くなっている。 Here, as described above, a filter formed of silicon carbide (SiC) has a characteristic that it is advantageous to reduce the number of particles of particulate matter discharged compared to a filter formed of cordierite. On the other hand, the cost is high.
従って、コージェライトにより形成された第1フィルタと、炭化珪素(SiC)により形成された第2フィルタとを、適宜直列に一体的に配置することにより、双方の特性をバランスさせ、所望の特性を得ることが可能となる。また、その際、本発明においては、第1フィルタと第2フィルタにおける各セルの位置が合致するように一体的に配置するので、セル同士の位置ずれによる背圧の上昇を抑制することができる。 Therefore, by appropriately arranging the first filter formed of cordierite and the second filter formed of silicon carbide (SiC) in series as appropriate, both characteristics are balanced and desired characteristics are obtained. Can be obtained. Further, at that time, in the present invention, since the cells are integrally arranged so that the positions of the cells in the first filter and the second filter coincide with each other, it is possible to suppress an increase in the back pressure due to the positional deviation between the cells. .
なお、上記において、コージェライトを含んで形成されるとは、フィルタの排気浄化特性に影響を及ぼす成分としてはコージェライトを主成分としているという意味であり、副次的に他の成分を含んでいることを排除しない。コージェライトにより形成される、またはコージェライトから形成されるといった場合も同様である。また、炭化珪素を含んで形成されるとは、フィルタの排気浄化特性に影響を及ぼす成分としては炭化珪素を主成分としているという意味であり、副次的に他の成分を含んでいることを排除しない。炭化珪素により形成される、または炭化珪素から形成されるといった場合も同様である。 In the above description, the term “including cordierite” means that cordierite is a main component as a component affecting the exhaust gas purification characteristics of the filter, and other components are included as secondary components. I do not exclude that. The same applies to the case where the cordierite is formed. In addition, being formed containing silicon carbide means that silicon carbide is the main component as a component that affects the exhaust purification characteristics of the filter, and that it contains other components as a secondary component. Do not exclude. The same applies to the case of silicon carbide or silicon carbide.
また、本発明においては、前記第1フィルタと前記第2フィルタのうち、上流側のフィルタの上流端における一部のセルの開口部を目詰めすることで流出側セルが形成され、下流側のフィルタの下流端における他のセルの開口部を目詰めすることで流入側セルが形成されるようにしてもよい。 Further, in the present invention, outflow side cells are formed by clogging openings of some cells at the upstream end of the upstream filter of the first filter and the second filter, and the downstream side is formed. The inflow side cell may be formed by clogging the opening of another cell at the downstream end of the filter.
そうすれば、第1フィルタと第2フィルタの接合部においては目詰めが存在せず、各セル内の通気性を確保することができるため、背圧の上昇をより確実に抑制することができる。 By doing so, there is no clogging at the joint between the first filter and the second filter, and air permeability in each cell can be ensured, so that an increase in back pressure can be more reliably suppressed. .
なお、本発明において第1フィルタと第2フィルタとを直列に一体として配置するとは、第1フィルタと第2フィルタとを接着した上で直列に配置することの他、第1フィルタと第2フィルタとを直列に配置して接合した後焼成により一体化させることを含んでいる。 In the present invention, arranging the first filter and the second filter integrally in series means that the first filter and the second filter are arranged in series after bonding the first filter and the second filter. Are connected in series and then integrated by firing.
なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。 The means for solving the problems in the present invention can be used in combination as much as possible.
本発明にあっては、炭化珪素(SiC)により形成されるフィルタの特性を活かしつつ、排気浄化装置全体としてのコスト低減と排気浄化特性の確保とを実現することができる。 In the present invention, it is possible to realize cost reduction and ensuring of exhaust purification characteristics as a whole exhaust purification apparatus while utilizing characteristics of a filter formed of silicon carbide (SiC).
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be exemplarily described in detail below with reference to the drawings.
図4には、従来におけるフィルタ15の内部構造を示す。図4(a)は排気の通過方向(フィルタの軸方向)から見た図、図4(b)は排気の通過方向に垂直な方向から見た断
面図である。フィルタ15は、ウォールフロー型のフィルタであり、全体としてみると円柱状のセラミックフィルタとして構成され、いわゆるハニカム構造体を有するものである。ハニカム構造体にする理由は、微粒子の捕集量が増加したときでも圧力損失が小さいという利点を有するからである。
FIG. 4 shows the internal structure of the
フィルタ15には、断面略正方形状をなす多数の貫通孔であるセル20が軸方向に沿って規則的に形成されている。セル20は薄いセル壁22によって互いに仕切られている。また、各セル20の開口部は、上流または下流のいずれか一方の端面において目詰め21が施されている。本実施例においては、フィルタ15の排気の通過方向から見た断面は、市松模様状にセル20が開口したものとなっている。
In the
より具体的には、フィルタ15の上流側端面におけるセル開口部に上流側目詰め21aが施されることによって流出側セル20aが形成される。また、フィルタ15の下流側端面におけるセル開口部に下流側目詰め21bが施されることによって流入側セル20bが形成される。そして互いに隣り合うセル20a、20bのセル壁22には、排ガスは通過できるが微粒子物質は通過できない程度の細孔が存在しているので、排気がフィルタ15を通過する際に、この細孔の内部あるいは流入側セル20bの壁面に微粒子物質が捕集されることによって排気中の微粒子物質が浄化される。
More specifically, the
一般的にフィルタ15は、炭化珪素(SiC)やコージェライトからなるセラミック焼結体にて形成されている。たとえば、炭化珪素(SiC)により形成されたフィルタ15の場合、コージェライトにより形成されたフィルタ15に比較して、とりわけ耐熱性及び熱伝導性に優れるとともに、排ガス規制における微粒子物質の粒子数規制に対して顕著な効果がある。しかし、一方で、コージェライトによって形成されたフィルタに対してコストが高くなるという不都合もある。
Generally, the
そこで、本発明においては、炭化珪素(SiC)で形成されたフィルタとコージェライトで形成されたフィルタを適宜組合せることで、炭化珪素(SiC)で形成されたフィルタの有利な特性を維持しつつ、コストの上昇を抑制することとした。 Therefore, in the present invention, by appropriately combining a filter formed of silicon carbide (SiC) and a filter formed of cordierite, the advantageous characteristics of the filter formed of silicon carbide (SiC) are maintained. Therefore, we decided to suppress the increase in cost.
図1には、本実施例における排気浄化装置1の概略図を示す。図1(a)は排気の通過方向の上流側から見た図、図1(b)は排気の通過方向に垂直な方向から見た図、図1(c)は排気の通過方向の下流側から見た図である。図1に示すように、本実施例においては、排気浄化装置1の上流側に第1フィルタ1a、下流側に第2フィルタ1bを配置し、接合することで一体化した。この第1フィルタ1aはコージェライトから形成され、第2フィルタ1bは炭化珪素(SiC)から形成されている。
In FIG. 1, the schematic of the exhaust gas purification apparatus 1 in a present Example is shown. 1A is a view as viewed from the upstream side in the exhaust passage direction, FIG. 1B is a view as viewed from a direction perpendicular to the exhaust passage direction, and FIG. 1C is a downstream side in the exhaust passage direction. It is the figure seen from. As shown in FIG. 1, in the present embodiment, the
第1フィルタ1aと第2フィルタ1bとは双方ともウォールフロー型のフィルタであり、全体としてみると円柱状のセラミックフィルタとして構成され、いわゆるハニカム構造体を有するものである。第1フィルタ1aと第2フィルタ1bとは双方とも、断面略正方形状をなす多数の貫通孔であるセル2が軸方向に沿って規則的に形成されている。セル2は薄いセル壁4によって互いに仕切られている。また、図1(a)と図1(c)とから分かるように、第1フィルタ1aと第2フィルタ1bとは同一の外形及びセル区画を有している。
Both the
そして、第1フィルタ1a及び第2フィルタ1bにおけるセル2の位置が合致するように、第1フィルタ1aと第2フィルタ1bとの排気の通過方向(以下、軸方向)と垂直方向の位置と、軸に対する回転角度が調整されている。また、第1フィルタ1aの上流側端面におけるセル開口部に上流側目詰め3aが施されることによって流出側セル2aが形成される。また、第2フィルタ1bの下流側端面における、上流側目詰め3aが施されてい
ないセル2の開口部に下流側目詰め3bが施されることによって流入側セル2bが形成される。なお、第1フィルタ1aと第2フィルタ1bの軸方向の長さは同等とされている。
And, the position of the
これによれば、コージェライトからなる第1フィルタ1aの特性である廉価性と、炭化珪素(SiC)からなる第2フィルタ1bの特性である、排気ガス規制における粒子数規制に対する有効性とをバランス良く奏することができる。
According to this, the low price which is the characteristic of the
次に、図2及び図3を用いて、本実施例における排気浄化装置1の製造手順について説明する。 Next, the manufacturing procedure of the exhaust emission control device 1 in the present embodiment will be described with reference to FIGS.
まず、硅石の粉末に所定量の有機バインダと水及びカーボン粉末を混合したペーストを用いて、複数のセル通路をもつフィルタ形状に押出成形する。その後当該押出成型品を窒素雰囲気下で1800℃で焼成する。これにより第2フィルタ1bを形成する。また、図2(a)に示すように、複数のセル2のうち、一部のセル2の下流側の開口部に対して珪石の粉末を用いたペーストで目詰め3bを施し、流入側セル2bを形成する。
First, a paste in which a predetermined amount of an organic binder, water, and carbon powder is mixed with a meteorite powder is extruded into a filter shape having a plurality of cell passages. Thereafter, the extruded product is fired at 1800 ° C. in a nitrogen atmosphere. Thereby, the
次に、カオリン、タルク、アルミナを含むコージェライト組成の粉末に所定量の有機バインダと水及びカーボン粉末を混合したペーストを用い、複数のセル2を有するフィルタ形状に押出成形する。その後、当該押出成型品を1430℃の酸化雰囲気下で焼成する。これにより図2(b)のような第1フィルタ1aを形成する。
Next, using a paste obtained by mixing a predetermined amount of an organic binder, water, and carbon powder into a cordierite composition powder containing kaolin, talc, and alumina, the mixture is extruded into a filter shape having a plurality of
次に、図3(a)に示すように、第1フィルタ1aの後端部と第2フィルタ1bの前端部とを接合させる。その際第1フィルタ1aと第2フィルタ1bにおける対応するセル2の位置が合致するように、第1フィルタ1aと第2フィルタ1bの軸と垂直方向の位置及び、軸回りの角度を合わせる。具体的には、第1フィルタ1aと第2フィルタ1bの軸と垂直方向の位置はレーザ変位計を用いて合わせても良い。また、第1フィルタ1aと第2フィルタ1bの軸回りの角度は、例えば、特定のセル壁4の変位をレーザ変位計で計測することで合わせてもよいし、フィルタ断面程度に拡張したレーザ光束を入射し、透過光の強度が最大となるように角度調整してもよい。
Next, as shown to Fig.3 (a), the rear-end part of the
なお、第1フィルタ1aと第2フィルタ1bの接合の際には第1フィルタ1aと第2フィルタ1bを接着するが、接着剤としてはコージェライト系の無機系接着材を用いてもよいし、さらに炭化珪素(SiC)を含有させてもよい。
In addition, when the
その後、図3(b)のように、第1フィルタ1aの上流端の、第2フィルタ1bの下流端で目詰め3bがされていないセル2の開口部に、セラミックで上流側目詰め3aが施される。そして、第1フィルタ1a及び第2フィルタ1bに施した目詰め3a及び3bを硬化させるために、第1430℃及び1800℃で焼成する。
Thereafter, as shown in FIG. 3 (b), the
以上の構成によれば、コージェライトにより形成された第1フィルタ1aと、炭化珪素(SiC)により形成された第2フィルタ1bの特性をバランスさせることができ、排ガス規制における排出される微粒子物質の粒子数規制に好適に対応可能となるとともに、コストの上昇を抑制することが可能となる。
According to the above configuration, the characteristics of the
なお、上記の実施例においては、第1フィルタ1aと第2フィルタ1bの軸方向の長さは略同等としたが、これは、微粒子物質の捕捉能力と、コストとの関係において適宜変更可能である。
In the above embodiment, the lengths in the axial direction of the
また、第1フィルタ1aの焼成前に目詰め3aを施し、第2フィルタ1bの焼成前に目詰め3bを施すようにして、各焼成時に同時に硬化させるようにしてもよいことはもちろ
んである。
Of course, the
1・・・排気浄化装置
1a・・・第1フィルタ
1b・・・第2フィルタ
2・・・セル
2a・・・流出側セル
2b・・・流入側セル
3・・・目詰め
3a・・・上流側目詰め
3b・・・下流側目詰め
4・・・セル壁
15・・・排気浄化装置
20・・・セル
20a・・・流出側セル
20b・・・流入側セル
21・・・目詰め
21a・・・上流側目詰め
21b・・・下流側目詰め
22・・・セル壁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Exhaust
Claims (2)
前記排気浄化装置には、排気の通過方向に垂直な断面が多孔質のセル隔壁によって複数のセルに区画されたハニカム形状のフィルタである第1フィルタ及び第2フィルタが備えられ、
前記第1フィルタはコージェライトを含んで形成され、前記第2フィルタは炭化珪素を含んで形成され、前記第1フィルタ及び前記第2フィルタの前記断面における形状及びセルの区画は略同一であり、
前記第1フィルタと前記第2フィルタとは、各々の前記断面における対応するセル同士の位置が合致するように、排気通路の上下流方向に直列に一体として配置されたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 An exhaust purification device for an internal combustion engine that is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine and purifies the exhaust gas by capturing particulate matter in the exhaust passing through the exhaust passage,
The exhaust gas purification apparatus includes a first filter and a second filter that are honeycomb-shaped filters in which a cross section perpendicular to the exhaust passage direction is partitioned into a plurality of cells by porous cell partition walls,
The first filter is formed to include cordierite, the second filter is formed to include silicon carbide, and the shapes and cell sections in the cross section of the first filter and the second filter are substantially the same,
The internal combustion engine, wherein the first filter and the second filter are integrally arranged in series in the upstream and downstream direction of the exhaust passage so that the positions of the corresponding cells in each of the cross sections coincide with each other. Exhaust purification equipment.
Outflow side cells are formed by clogging the openings of some of the cells at the upstream end of the upstream filter of the first filter and the second filter, and the other filter at the downstream end of the downstream filter. The exhaust purification device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the inflow side cell is formed by clogging the opening of the cell.
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