JP2011102557A

JP2011102557A - ディーゼルパティキュレートフィルタ

Info

Publication number: JP2011102557A
Application number: JP2009257915A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Hiranuma; 智平沼; Goro Iijima; 吾郎飯島
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2009-11-11
Filing date: 2009-11-11
Publication date: 2011-05-26

Abstract

【課題】本発明は、ハニカムフィルタの外周部の燃え残りを低減し、燃費の悪化を防止することのできる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】ハニカムフィルタ(10)は、炭化ケイ素材の多孔質の濾過壁(20a)で形成される複数のセル(20)からなるハニカムセグメント(30)をなし、複数のハニカムセグメント(30)をシリコン系接着剤等にて接着し、円筒形状のハニカム型セラミック担体をなす。ハニカムフィルタ(10)の中央部に位置するハニカムセグメント(31)は、単位面積当たりのセル数が低密度で構成され、ハニカムフィルタ(10)の外周部に位置するハニカムセグメント(32)は、比表面積が中央部に位置するハニカムセグメント(31)に対して、大きくなるように高密度のセル数に設定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、排出ガス中の微粒子を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタに関し、詳しくは、ディーゼルパティキュレートフィルタ内部のハニカム構造のフィルタに関する。

従来、乗用車やトラック等のディーゼルエンジンの排出するガス（排出ガス）中には、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等の他に黒鉛を主成分とする微粒子状物質（以下、ＰＭという）が含まれており、ＰＭを除去するための後処理装置とし排気管にディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦという）を設け、排出ガス中のＰＭを除去している。
ＤＰＦの内部には、セラミックハニカム構造体であり、排出ガス下流端が目詰めされた流入側セルと、流入側セルに隣接し排出ガス上流端が目詰めされた流出側セルからなる複数のセルからなるハニカムセグメントを複数接着し形成されたハニカムフィルタを備えている。

ハニカムフィルタは、多孔質のセル隔壁で排出ガスを濾過し、セル隔壁でＰＭを捕集することでＰＭの排出を抑制するいわゆるウォールフロー型が一般的である。
また、ハニカムフィルタでのＰＭ捕集量には限界があるため、捕集量の推定処理を実施し推定した捕集量が所定値に達した時点で、ＤＰＦを昇温してハニカムフィルタで捕集したＰＭを焼却除去する強制再生を実施している。

しかしながら、強制再生時に局所的な高温化により再生温度の不均一化が発生することがある。これにより再生効率の低下及び過大な熱応力が発生しクラックが発生するという問題があった。また、再生時の温度分布が均一でないことにより、ＤＰＦ全体にわたり最適温度とすることが難しく、再生効率の向上を図ることが困難であった。
この様なことから、ＤＰＦのハニカムフィルタ外周部に位置するハニカムセグメントの平均嵩密度が中心部に位置するハニカムセグメントの平均嵩密度より低くなるようにしたハニカムフィルタが開発されている（特許文献１）。

また、ＤＰＦのハニカムフィルタの中心部に位置するハニカムセグメントの熱容量を外周部に位置するハニカムセグメントの熱容量に対して増加させるようにしたディーゼルエンジン排気フィルタが開発されている（特許文献２）。

特開２００３−２７５５２１号公報特表２００７−５３３９１０号公報

上記特許文献１及び２のハニカムフィルタでは、外周部に位置するハニカムセグメントに対し中心部に位置するハニカムセグメントの熱容量を大きくし、中心部の過昇温を防止し過大な熱応力によるクラックの発生を防止している。
しかしながら、ハニカムフィルタの表面からの放熱により外周部に位置するハニカムセグメントの温度が低下しＰＭの燃え残りが発生するという問題がある。

このようにＰＭの燃え残りは、ハニカムフィルタ内に堆積し排気圧力が上昇し、エンジンの性能の低下を引き起こし、燃費が悪化し好ましいことではない。
本発明は、この様な問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ハニカムフィルタの外周部に位置するハニカムセグメントのＰＭの燃え残りを低減し、燃費の悪化を防止することのできる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。

上記の目的を達成するために、請求項１のディーゼルパティキュレートフィルタは、炭化ケイ素材であり複数の排気通路からなるハニカムセグメントを複数有するハニカムフィルタを備えるディーゼルパティキュレートフィルタにおいて、前記ハニカムセグメントを構成する全ての前記排気通路の内壁の面積の和と単位面積当たりの該排気通路数との比である比表面積を前記ハニカムフィルタの中央部に対して外周部で大きくすることを特徴とする。

また、請求項２のディーゼルパティキュレートフィルタでは、請求項１の発明において、前記ハニカムセグメントは、前記ハニカムフィルタ外周部に位置する該ハニカムセグメントの排気通路数を中央部の排気通路数より多くすることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、ハニカムセグメントの全ての排気通路の内壁の面積の和と単位面積当たりの該排気通路数との比である比表面積をハニカムフィルタの中央部に対して外周部で大きくしている。
これにより、ディーゼルパティキュレートフィルタ内の温度を上昇させハニカムフィルタで捕集し堆積したＰＭを燃焼し除去させる再生処理時に昇温特性が優れるので温度上昇を早くすることができる。

従って、外周部の温度上昇が早くなるので堆積したＰＭが良好に燃焼し、燃え残りの発生を抑制することができ、排気圧力の上昇を防止できるので燃費の悪化を抑制することができる。
また、ハニカムフィルタの外周部の比表面積が大きいので中央部と比較して排出ガスの流量を多くすることができる。

従って、本来排出ガス流量の多い中央部と比表面積を大きくし排出ガス流量を多くした外周部とで排出ガスの流量を均一にすることができるので、ＰＭの体積及び圧力損失を均一にすることができる。
また、ハニカムフィルタ中央部の比表面積が小さいので、再生処理時に中央部が過昇温すること防止することができる。

従って、ハニカムフィルタ中央部の過昇温を防止することができるのでハニカムフィルタの破損を防止することができる。
また、請求項２の発明によれば、ハニカムフィルタ外周部のハニカムセグメントの排気通路数を中央部の排気通路数より多くしている。
これにより、ハニカムフィルタ外周部の比表面積を大きくすることができる。

従って、ハニカムフィルタ外周部の温度上昇が早くなるので堆積したＰＭが良好に燃焼し、燃え残りの発生を抑制することができ、排気圧力の上昇を防止できるので燃費の悪化を抑制することができる。

本発明の実施形態に係るディーゼルパティキュレートフィルタのハニカムフィルタの概略的な斜視図である。本発明の実施形態に係るディーゼルパティキュレートフィルタの上面視図である。図２のＡ部の拡大図である。図３のＣ−Ｃ線における断面である。図２のＢ部の拡大図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るディーゼルパティキュレートフィルタのハニカムフィルタの概略的な斜視図であり、図２は、ディーゼルパティキュレートフィルタのハニカムフィルタの上面視図であり、斜線部は中央部に位置するハニカムセグメントを示す。また、図３は、図２Ａ部の拡大図であり、白抜き四角は開口している開口側のセルを、黒塗り四角は閉口している閉口側のセルを示す。また、図４は、図３のＣ−Ｃ線における断面図であり、矢印は、排出ガスの流れを示し、向かって左側が上流であり、向かって右側が下流を示す。また、図５は、図２Ｂ部の拡大図であり、図３と同様に白抜き四角は開口している開口側のセルを、黒塗り四角は閉口している閉口側のセルを示す。

図１乃至３に示すように、ディーゼルパティキュレートフィルタのハニカムフィルタ１０は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）材の多孔質の濾過壁（内壁）２０ａで形成される複数のセル（排気通路）２０からなるハニカムセグメント３０をなし、複数のハニカムセグメント３０をシリコン系接着剤等にて接着し、円筒形状のハニカム型セラミック担体をなして構成される。

また、図４に示すように、セル２０は、上流側と下流側の開口部を交互に封口部２０ｂで閉鎖され、下流側の開口部が封口されているセル２１の上流に排出ガスが流入する流入口２０ｃが、上流側の開口部が封口されているセル２２の下流に流出口２０ｄが形成されている。

図３に示すようにハニカムフィルタ１０の中央部に位置する４つのハニカムセグメント３１は、下記式（１）で表される単位面積当たりのセル数が低密度（例えば２００ｃｅｌｌ／ｉｎ^２）で構成されている。
単位面積当たりのセル数＝
（セグメント３０を構成するセル数／セグメント３０の上面視での面積）
・・・・・・・・・・・（１）

また、図５に示すようにハニカムフィルタ１０の外周部に位置するハニカムセグメント３２は、下記式（２）で表される比表面積が、中央部に位置するハニカムセグメント３１に対して、大きくなるように高密度のセル数（例えば３００ｃｅｌｌ／ｉｎ^２）に設定されている。
比表面積＝セグメント３０を構成するセル２０の濾過壁２０ｂの表面積の総和
／単位当たりのセル数・・・・・・・・・・（２）

以下、このように構成された本発明の実施形態に係るディーゼルパティキュレートフィルタの作用及び効果について詳細に説明する。
図４の図中の矢印に示すように、排出ガスは、上流側が開口しているセル２１の流入口２０ｃより流入し、セル２０を形成する濾過壁２０ａを経て、下流側が開口しているセル２２の流出口２０ｄより排出される。

微粒子状物質（以下、ＰＭという）は、排出ガスが濾過壁２０ａを通過時に除去され、上流が開口しているセル２１に堆積する。また、堆積したＰＭは、図示しないエンジンの排出ガスの熱エネルギーやポスト噴射（燃焼工程後の追加噴射）した燃料をハニカムフィルタ１０内で燃焼させ、ハニカムフィルタ１０内の温度を上昇させる再生処理を行うことで除去される。

これにより、ハニカムフィルタ１０の外周部に位置するハニカムセグメント３２は、比表面積が大きく昇温特性が優れるので温度上昇が早くなる。
従って、該ハニカムセグメント３２の温度上昇が早くなるので堆積したＰＭが良好に燃焼し、燃え残りの発生を抑制することができ、排気圧力の上昇を防止できるので燃費の悪化を抑制することができる。

また、ハニカムフィルタ１０の中央部に位置するセグメント３１は、比表面積が小さいので上記再生処理時に過昇温することを防止することができる。
従って、該セグメント３１の過昇温を防止することができるので該セグメント３１の破損を防止することができる。
また、通常、ディーゼルパティキュレートフィルタに入る排出ガス流量は、ハニカムフィルタの中央部の方が外周部より多いため、比表面積が一定のハニカムフィルタでは中央部からＰＭが堆積するが、外周部の方が比表面積の大きいハニカムフィルタを用いることで排出ガス流量が均一になり、ＰＭの堆積及び圧力損失を均一にすることができる。

以上で発明の実施形態の説明を終えるが、本発明の形態は実施形態に限定されるものではない。
例えば、ハニカムフィルタ１０の形状は、円筒形状としたがこれに限られるものではなく、例えば楕円筒形状であってもよい。
また、ハニカムセグメント３０の材質は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）としたがこれに限られるものではなく、例えば、コージェライトであってもよい。

１０ハニカムフィルタ
２０セル（排気通路）
２０ａ濾過壁（内壁）
２０ｂ封口部
２０ｃ流入口
２０ｄ流出口
３０ハニカムセグメント

Claims

炭化ケイ素材であり複数の排気通路からなるハニカムセグメントを複数有するハニカムフィルタを備えるディーゼルパティキュレートフィルタにおいて、
前記ハニカムセグメントを構成する全ての前記排気通路の内壁の面積の和と単位面積当たりの該排気通路数との比である比表面積を前記ハニカムフィルタの中央部に対して外周部で大きくすることを特徴とするディーゼルパティキュレートフィルタ。
前記ハニカムセグメントは、前記ハニカムフィルタ外周部に位置する該ハニカムセグメントの排気通路数を中央部の排気通路数より多くすることを特徴とする、請求項１に記載のディーゼルパティキュレートフィルタ。