JP3434117B2 - ディーゼルエンジン用パティキュレートトラップ - Google Patents

ディーゼルエンジン用パティキュレートトラップ

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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
ンの排気ガス中のカーボン等の微粒子（パティキュレー
ト）を捕集・除去するためのパティキュレートトラップ
に関する。また併せて排気ガス中の有害ガス成分を除去
できるパティキュレートトラップに関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車の排気ガスは、大気汚染の大きな
原因の一つで、排気ガスに含まれる有害成分を除去する
技術は極めて重要である。特にディーゼルエンジン車に
おいては、主にＮＯｘとカーボンを主体とするパティキ
ュレートの除去が重要な課題である。
【０００３】これらの有害成分を除去するために、排気
再循環（ＥＧＲ）をかけたり、燃料噴射系の改善を行っ
たり、エンジン側での努力も行われているが、抜本的な
決め手がなく、排気通路に排気トラップを設置し、パテ
ィキュレートをトラップによって捕集し、後処理により
除去する提案（特開昭５８−５１２３５号公報等）が最
も実用的であると考えられ、検討が続けられている。
【０００４】ところで、ディーゼルエンジン排気に含ま
れるパティキュレートを捕集するためのパティキュレー
トトラップとしては、使用される条件から次のような性
能を満足する必要がある。
【０００５】 捕集性能 先ず第１に、排気ガスの清浄度を満足させるだけの、パ
ティキュレートの捕集効率をもっていることが必要であ
る。パティキュレート排出量は、ディーゼルエンジンの
排気量や負荷等により変化するが、ディーゼルエンジン
からの排出量の平均６０％以上を捕集できることが必要
であると言われている。また、パティキュレートの中で
も粒径２μｍ以下の浮遊性微粒子が人体肺胞に入り易く
肺ガンの原因になるとの報告もあり、この浮遊性微粒子
を充分に捕集できることも必要となっている。
【０００６】 圧力損失 第２には、排気ガスに対する圧力損失が小さいことであ
る。パティキュレートが捕集されるに従って、トラップ
をエンジン排気が通過するときの圧力損失が大きくなっ
て、エンジンに背圧がかかり悪影響をもたらす。このた
め、通常捕集時の圧力損失を３０Ｋｐａ以下に抑える必
要があるといわれている。したがって、パティキュレー
トトラップは初期圧力損失が小さいことはもちろん、排
気ガスを通過させパティキュレートが捕集されても圧力
損失が上がりにくいことが必要とされる。
【０００７】 再生 第３には、低エネルギーでの再生が可能なことである。
パティキュレートトラップはパティキュレート捕集後、
それを燃焼し再生することによって繰り返し使用する必
要がある。再生方法としては電気ヒータや軽油バーナを
利用した再生方法が検討されている。
【０００８】 耐久性 第４には、優れた耐久性を持つことである。高温の排気
ガスに曝されるため高い耐食性が要求され、また、パテ
ィキュレートの燃焼再生時に発生するヒートショックの
繰り返しにも耐えることが要求される。
【０００９】 触媒コンバータとの一体化 第５には、触媒コンバータとの一体化が必要である。現
在、排気ガス中の有害ガス成分を除去するために、有害
ガス除去触媒を担持した触媒コンバータをエンジン排気
系に設置することがある。併せてパティキュレートトラ
ップを設置しようとする場合、エンジン排気系に設置ス
ペースがなかったり、また後処理装置を２種類設置する
ためのコスト増が問題となっている。
【００１０】従来、上記の要件を満足するフィルタエレ
メント材料として、コーディエライトセラミックスのウ
ォールフロー式のハニカム状多孔体が最も実用に近いと
考えられてきた。しかしながら、この方式では、パティ
キュレートが局所にたまりやすく、また、コーディエラ
イトセラミックスは熱伝導率が小さいため、再生時にヒ
ートスポットができやすく、フィルタが溶損したり、熱
応力によってクラックを生じたりすることがあり、耐久
性を確保できなかった。なお、最近注目されているセラ
ミックスファイバをキャンドル状にしたセラミックファ
イバートラップも、高温の排気ガス中では強度劣化を起
こしてファイバの破壊が生じるため、耐久性の確保が難
しいと言われている。
【００１１】そこで、熱伝導率が高くて再生時にヒート
スポット、クラック等を生じ難く、また、高温排気ガス
中でも優れた耐食性を示す金属製トラップ（特開平６−
２５７４２２号公報、特開平６−２９４３１３号公報、
特開平７−７３１号公報、特開平７−５１５２２号公報
参照）が現在注目されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】従来の金属製トラップ
の課題を、上記要件〜に関連させて以下に述べる。
【００１３】従来の金属製トラップは上記要件、を
基本的に満足する。しかし、要件の粒径２μｍ以下の
浮遊性微粒子の捕集に関しては、より一層の性能向上を
図る必要がある。
【００１４】また、要件に関しては、パティキュレー
ト捕集時の圧力損失が比較的高いという問題があり、エ
ンジン背圧を特に低くしたいという場合、その要求性能
を満たせない場合があった。
【００１５】パティキュレート捕集時の圧力損失を小さ
くするためには、排気ガスが流入できるフィルタエレメ
ントの表面積（濾過面積）を大きくすることが必要であ
るが、従来の金属製トラップでフィルタエレメントの表
面積（濾過面積）を大きくしようとするとパティキュレ
ートトラップは非常に大型なものになってしまう。
【００１６】また、金属製トラップの構造において、フ
ィルタ材の両側を側板に精密溶接する方法が考えられる
が、小ピッチ配列のフィルタ材を全て溶接していくこの
方法は、技術的困難が伴い、実現性が定かでない。仮に
実現できたとしてもコストが極端に嵩むという問題があ
る。
【００１７】また、従来の金属製トラップではフィルタ
エレメントの強度に物足りない面があり、上記要件に
関し、 ・排気ガス導入時に発生する圧力でフィルタエレメント
が微小変形し、その変形に伴う応力によって破壊が起こ
る。
【００１８】・トラップは排気系に装着されるので振動
にさらされる。そのためフィルタエレメントも振動し破
壊が起こる。
【００１９】これ等は、特に過酷な耐久性試験において
発生する場合がある。
【００２０】また、従来の金属製トラップでは上記要件
に関し、触媒コンバータとの一体化が必要な場合があ
る。従来ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィル
タ）として開発されてきたコーディエライトセラミック
のウォールフロー式のハニカム状多孔体は触媒との一体
化が検討されているが、熱容量が大きいため昇温スピー
ドが遅く、触媒が作用するのに十分な温度上昇が得られ
ないことがある。
【００２１】本発明は、従来のディーゼルパティキュレ
ートトラップに見られる上記問題点の全てを解決し、前
述の〜の要求性能を全て満足させることを課題とし
ている。
【００２２】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明においては、耐熱性金属の不織布で作られる
Ｎ枚（Ｎは２以上の偶数とする）の平板フィルタと、耐
熱性金属で作られるＮ枚の波板を交互に重ねて出来る積
層材をロール巻きして平板フィルタ間に挟まれた波板の
波面が両端に現れる柱状体にし、さらに、この柱状体の
一端側において奇数番の波板を間に挾む平板フィルタ間
を、他端側では偶数番の波板を間に挾む平板フィルタ間
を各々目留めした構造のフィルタエレメントを作る。そ
して、このフィルタエレメントを排気系の途中に設置さ
れる容器内に装着してディーゼルエンジン用パティキュ
レートトラップとなす構成を採用したのである。
【００２３】積層材のロール巻きは、平板フィルタが内
側になる方向、波板が内側になる方向のどちらにしても
よい。また、その積層材をロール巻きして出来る柱状体
の長手直角断面形状は、略円形又は長円状、或いは多角
形状のいずれであってもよい。
【００２４】また、柱状体の両端における平板フィルタ
間の目留めは、隣り合う平板フィルタを溶接接合する方
法で行うことができる。この他、耐熱性金属の目留め部
材を取付ける方法でもその目留めが行える。
【００２５】さらに、平板フィルタ間に挟み込む波板
は、耐熱性金属板で形成されたものでもよいし、これ以
外に耐熱性金属の３次元網状構造多孔体で形成されたも
のを用いることもできる。この波板のフィルタ厚み方向
寸法（即ち平板フィルタ間の隙間寸法）は、パティキュ
レートトラップを可及的に小型化するために１０mm以下
にするのが望ましい。
【００２６】このほか、孔径に差のある少なくとも２種
類の耐熱性金属繊維の不織布を孔径の大きいものほど排
気ガス流入側にあるように組み合わせて構成される材料
を平板フィルタとしてこれでフィルタエレメントを構成
すると、圧力損失をより小さくすることができる。
【００２７】また、排気ガスの流入側と流出側で孔径を
異ならせた平板フィルタ、そうでない平板フィルタのど
ちらを用いる場合にも、フィルタ材の骨格表面にアルミ
ナウィスカーを生成させてよく、これは浮遊性微粒子を
捕集するのに有効である。
【００２８】さらに、この発明では、フィルタエレメン
トを構成する平板フィルタ、或いは波板に触媒を担持さ
せることによってパティキュレートトラップと触媒コン
バータを一体化させることができる。平板フィルタに対
する触媒担持は、平板フィルタの片面又は両面に直接触
媒を担持させる方法や、平板フィルタの片面又は両面に
連続孔を有する耐熱金属骨格から成る３次元網状構造多
孔体を設置してこの多孔体に担持させる方法が考えら
れ、どちらの方法も有効である。
【００２９】
【作用】本発明のパティキュレートトラップは、耐熱性
金属の不織布で作られる平板フィルタと耐熱性金属波板
の交互積層材をロール巻きし、奇数番の波板によって作
り出される平板フィルタ間の空間を一端側で、偶数番の
波板によって作り出される平板フィルタ間の空間を他端
側で各々目留めしてフィルタエレメントを構成している
ため、平板フィルタ間の隙間を小さくすれば非常に少な
い設置スペースで平板フィルタ面積を増加させることが
でき、非常に小型でありながらフィルタエレメントの表
面積を大きく確保し得る。また、平板フィルタ間に存在
する波板は、波の稜線が排気ガスの通過方向と平行にな
っているため、排気ガスはフィルタの全域にスムーズに
行き渡り、流れの悪さによる新たな圧力損失の発生がな
い。従って、高い捕集効率を得るように孔径を小さくし
ても表面積の増加による単位面積当たりの捕集量の減少
により目詰まりを少なくして圧力損失を小さくすること
ができる。
【００３０】また、本発明のトラップに用いるフィルタ
エレメントは、積層材をロール巻きして作るので精密溶
接を必要とせず、低コストでの製造が可能である。一般
に小容積で表面積の大きいフィルタを作る場合、フィル
タ材の両側を側板に精密溶接する手法が考えられるが、
小ピッチ配列のフィルタ材を全て溶接していくこの方法
は、技術的困難が伴い、実現性が定かでない。仮に、実
現可能であってもコストが極端に高くなる。本発明によ
れば、この不具合も解消される。
【００３１】また、本発明のパティキュレートトラップ
は、排気ガス通過時の圧力による平板フィルタの微小変
形が波板によって防止される。そのためフィルタ材料の
変形による応力が小さく、フィルタが破壊し難いためフ
ィルタエレメントは高い耐久性を示す。
【００３２】また、平板フィルタと波板の交互積層によ
り平板フィルタに非支持の自由端が無くなるので、フィ
ルタ振動が効果的に防止され、振動でフィルタに発生す
る応力が小さくなる。その結果、疲労によるフィルタ破
壊が起こり難く、フィルタエレメントの耐久性が更に良
くなる。さらに積層材をロール巻きしたことにより平板
フィルタと波板間に隙間ができない。従って、フィルタ
エレメントのがたつきが起こらず、これも耐久性の改善
に効果を奏する。
【００３３】また、積層材をロール巻きして出来る柱状
体の長手直角断面形状について、円、長円、多角形など
様々な形を選択できるので、トラップをディーゼルエン
ジン車の排気系スペースに合った形状、サイズにするこ
とが可能であり、スペースの有効利用が図れ、小型化の
制限も緩和される。
【００３４】さらに、フィルタ材料に耐熱性金属の不織
布を用いているため熱伝導性が良く、それにより、再生
時にフィルタ内が一様な温度になるためヒートスポット
ができ難く、フィルタが溶損したり、熱応力によってク
ラックを生じたりすることがない。
【００３５】なお、平板フィルタ間を溶接して排気ガス
導入空間と排出空間の片端の目留めを行うものは、重量
増が抑えられ、トラップの軽量化が図れる。波板として
耐熱性金属の３次元網状構造多孔体を用いることもトラ
ップの軽量化に役立つ。
【００３６】また、フィルタエレメントの孔径を排気ガ
スの流入側から流出側に向けて徐々に小さくしたもの
は、フィルタの厚み方向の全域でパティキュレートが平
均的に捕集されるため、圧力損失の上昇度合いが特に小
さく、差圧寿命がより一層延長される。
【００３７】ここで、各平板フィルタ間の隙間寸法につ
いて１０mm以下が好ましいとしたのは、限られたスペー
ス内でフィルタ表面積をより大きく確保するためには隙
間寸法は小さいほどよく、トラップの小型化の効率が高
まるからである。この隙間寸法が１０mm以下であると、
平板フィルタ間に電気ヒータを組込んでそのヒータで捕
集パティキュレートを燃焼させる場合の燃焼効率もよく
なる。
【００３８】このほか、フィルタ材である耐熱性金属繊
維の不織布にアルミナウィスカーを生成させたものは、
フィルタの目孔がより小さくなり、排気ガス中に含まれ
る粒径２μｍ以下の浮遊性微粒子を捕集することが可能
になる。
【００３９】また、耐熱性金属の不織布から成る平板フ
ィルタの片面又は両面に触媒を担持することにより、パ
ティキュレートトラップと触媒コンバータの一体化が実
現できる。平板フィルタの片面又は両面に連続孔を有す
る耐熱金属骨格から成る３次元網状構造多孔体を設置し
てその多孔体に触媒を担持させるものや、波板に触媒を
担持させるものも同様である。これにより、有害ガスの
除去に対して触媒コンバータを別途設ける必要がなくな
る。また、この場合の触媒担持体は充填率の低い金属で
あり、その熱容量が小さいため排気ガスによる触媒の昇
温速度が早くなり、触媒が効果的に働くのに必要な温度
を得ることも容易になる。
【００４０】
【発明の実施の形態】図１に、本発明のパティキュレー
トトラップに用いるフィルタエレメントの実施形態を示
す。このフィルタエレメント１は、耐熱性金属の不織布
で作られた平板フィルタＡ１、Ａ２と、耐熱性金属で作
られた波板Ｂ１、Ｂ２を交互に重ね、円筒状にロール巻
きした構造になっている。
【００４１】図２は、このフィルタエレメント１の端部
における目留めの構造を示している。平板フィルタと波
板の積層材をロール巻きして出来る柱状体の一端側では
奇数番の波板Ｂ１を間に挾む平板フィルタＡ１、Ａ２間
に、また、他端側では偶数番の波板Ｂ２を間に挾む平板
フィルタＡ１、Ａ２間に各々目留め部２を設けて波板Ｂ
１、Ｂ２により平板フィルタ間に作り出される空間の片
端を閉じている。積層材のロール巻きは、波板Ｂ１、Ｂ
２が波打った方向に行われる。この方向でないと排気ガ
スの流れが遮られるし、波板がスムーズに曲がらず巻き
取ること自体が難しい。この方向のロール巻きにより、
図３に示すように、フィルタエレメント１に排気ガスの
導入空間３と排出空間４が作り出され、導入空間３に導
入された排気ガスは平板フィルタＡ１、Ａ２を通って排
出空間４に流れ、後方の出口側に抜けていく。なお、フ
ィルタエレメント１の装着方向は図とは逆にしてもよ
く、その場合には、図の導入空間３と排出空間４の位置
関係が入れ変わる。
【００４２】図４は、フィルタエレメントの他の実施形
態である。このフィルタエレメント１０は、平板フィル
タＡ１、Ａ２と波板Ｂ１、Ｂ２の積層材を、その積層材
によって作られる柱状体の長手直角断面が長円状になる
ようにロール巻きしている。この点を除いた他の構成
は、図１のフィルタエレメント１と同じである。即ち、
これもやはり図５に示すように、平板フィルタＡ１とＡ
２間の隙間が一端側と他端側で目留め部２により交互に
目留めされているので、図３に示すように、一端側から
導入された排気ガスが平板フィルタを通って濾過されて
他端側から抜けていく。目留めはフィルタ材で行っても
よく、その場合には、各空間の目留め側端部でも濾過が
行われ、一部の排気ガスはその部分をストレートに通り
抜けて蛇行せずに流れていく。
【００４３】図６に、端部の目留めの方法の一具体例を
示す。図のように、平板フィルタＡ１、Ａ２を波板Ｂ
１、Ｂ２よりも幅広にして一端側では波板Ｂ１を間に挾
む平板フィルタＡ１、Ａ２の端を、他端側では波板Ｂ２
を間に挾む平板フィルタＡ２、Ａ１の端を各々折り曲げ
て突き合わせ、各突き合わせ部５、６をそれぞれ溶接す
れば必要な目留めが行える。
【００４４】なお、いずれのフィルタエレメントも、波
板Ｂ１、Ｂ２の波の高さを１０mm以下にして平板フィル
タＡ１、Ａ２間のフィルタ厚み方向隙間寸法（図３の
Ｈ）を極力小さくするのが望ましい。
【００４５】図７は、本発明のパティキュレートトラッ
プに用いるフィルタエレメントの製造方法を示してい
る。同図（ａ）に示すように、先ず平板フィルタＡ１／
波板Ｂ１／平板フィルタＡ２／波板Ｂ２の順に重ね、端
を溶接等で束ねる。次に、同図（ｂ）に示すように波板
Ｂ２を内側にして積層材を所望の断面形状になるように
ロール巻きし、さらに、フィルタエレメントの保形性と
強度向上のために好ましくは積層材の巻終端を内側の巻
回層に溶接するなどして固定し、その後両端部に目留め
を施せば、図１或いは図４に示すようなフィルタエレメ
ントが完成する。
【００４６】平板フィルタＡ１、Ａ２は、先に述べたよ
うな材料、即ち、耐熱性金属で作られた金属不織布、更
には、孔径に差を付けた耐熱性金属不織布を孔径の大き
いものほど排気ガス流入側にあるように少なくとも２層
重ねて組み合わせた材料で作られる。
【００４７】また、フィルタ材料には、図８に示すよう
に、その繊維の骨格７の表面に、骨格よりも微細なアル
ミナウィスカー８を多数生成してウィスカー間に微細な
孔を多数生じさせることも考えられる。
【００４８】図９は、平板フィルタの断面の一例の拡大
図である。波板と組合わせる平板フィルタには、このよ
うに、上記のフィルタ材料で作られたパティキュレート
捕集層３１に加えて、触媒を担持する為の層（図では一
例として、３２や３３で示す。）を複数層設けた材料を
使用することも考えられる。
【００４９】また、波板材料には耐熱金属の薄板を使用
することが考えられるが、軽量化のためにこの薄板に穴
をあけたパンチングメタルや、耐熱金属の３次元網状構
造多孔体を波板に加工して用いてもよい。
【００５０】図１０は、本発明のパティキュレートトラ
ップの一例である。このパティキュレートトラップ２０
は、ディーゼルエンジンの排気系の途中に挿入される金
属製容器２１内に前述のフィルタエレメント（図１の１
又は図４の１０）を装着して構成されている。２２は排
気系の配管である。
【００５１】図１１に、捕集効率、パティキュレート捕
集時の圧力損失、耐久性、ＮＯの浄化率及びＳＯＦの浄
化率の評価を行う実験装置示す。この装置は、３４００
ｃｃ、４気筒の直噴射式のディーゼルエンジン車、シャ
シダイナモメータ及びダイリューショントンネルからな
っている。
【００５２】
【実施例１】図１１の実験装置に、図１の構造のフィル
タエレメントを有するパティキュレートトラップ２０を
組み込んだ。フィルタエレメントは、表１に示す試料Ａ
と試料Ｂである。その試料Ａ、Ｂは、共に排気ガスの流
入できる表面積が１．２ｍ2であり、内容積２．５リッ
トルのケースに収納されている。
【００５３】なお、試料Ａ、Ｂを構成する金属は、Ｆｅ
−Ｃｒ−Ａｌ合金と、Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ合金を例に挙げ
たが、これはあくまでも一例に過ぎない。
【００５４】比較のために、捕集性能に関しては充分で
あると言われているハニカム構造のディーゼルエンジン
用パティキュレートトラップ（材質コーディエライト、
日本ガイシ製、ＤＨＣ−２２１）を試料Ｇとしてこれに
ついても実験を行った。本トラップは容積が２．５リッ
トルのものを使用し、試料Ａ、Ｂと条件を揃えている。
【００５５】
【表１】
【００５６】先ず、捕集効率及び圧力損失に関する評価
を行った。実験結果を図１２、１３に示す。捕集性能と
して捕集ＰＭ（パティキュレート）量に対する圧力損
失、捕集効率の変化を示している。この結果から、本発
明品の試料Ａ、Ｂの捕集性能は試料Ｇのコーディエライ
ト製ハニカム構造のディーゼルパティキュレートトラッ
プと同等であり、充分な性能を保有していると言える。
【００５７】次に、再生によるフィルタエレメントの耐
久性について評価試験を行った。ディーゼルエンジンよ
り排出される微粒子（パティキュレート）を１５ｇ捕集
させ、ディーゼルエンジンをアイドリンク状態にし、さ
らに、ディーゼルパティキュレートトラップ全面に設置
した電気ヒータにより６００℃のガスがディーゼルパテ
ィキュレートトラップに導入されるようにして再生を行
った。試料Ａ、Ｂ及びＧについてこの再生を５回ずつ行
い、その後、試料の破壊状態を調べた。結果を表２に示
す。
【００５８】
【表２】
【００５９】この表２からわかるように、試料Ａ、Ｂに
ついては破壊が起こらなかったが、試料Ｇにはクラック
が発生した。
【００６０】以上の実験の結果から明らかなように、本
発明による試料Ａ、Ｂはコーディエライトハニカムとほ
ぼ同等の捕集特性、圧力損失特性を示し、また、一方で
燃焼再生に対しては高い信頼性を示し、ディーゼルパテ
ィキュレートトラップとして非常に優れている。
【００６１】
【実施例２】図１１の実験装置に、図２の構造のフィル
タエレメントを有するパティキュレートトラップ２０を
組み込んだ。フィルタエレメントは、表３に示す試料
Ｃ、試料Ｄである。その試料Ｃ、Ｄは、共に排気ガスの
流入できる表面積が１．２ｍ2であり、内容積２．５リ
ットルのケースに収納されている。これ等の試料は、Ｎ
Ｏｘ触媒を担持している層（図９の３２）、パティキュ
レート捕集層（図９の３１）及びＮＯｘ触媒を担持して
いる層（図９の３３）の３層で構成されている。ＮＯｘ
触媒層は、住友電気工業（株）製Ｎｉ基３次元網状構造
多孔体（商品名：セルメット♯７）をＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ
化したもの（金属基布）の骨格に触媒担持のためにγ−
アルミナを金属基布１リットル当たり１００ｇコート
し、その後触媒としてＣｕを金属基布１リットル当たり
１．０ｇの量で均一に担持させて作製した。
【００６２】なお試料Ｃ、Ｄを構成する金属不織布、金
属多孔体、金属波板は、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金とＮｉ−
Ｃｒ−Ａｌ合金を例に挙げたが、これはあくまでも一例
にすぎない。
【００６３】比較のために、実施例１で用いたものと同
じ試料Ｇについても実験を行った。本トラップの容積は
２．５リットルとし、試料Ｃ、Ｄと条件を揃えている。
【００６４】
【表３】
【００６５】ここでも先ず、捕集効率及び圧力損失に関
する評価を行った。実験結果を図１４、図１５に示す。
捕集性能として捕集ＰＭ量に対する圧力損失、捕集効率
の変化を示している。この結果から、本発明品の試料
Ｃ、Ｄの捕集性能は試料Ｇのコーディエライト製ハニカ
ム構造のディーゼルパティキュレートトラップと同等で
あり、充分な性能を有していると言える。
【００６６】次に、再生によるフィルタエレメントの耐
久性について評価を行った。試験条件及び再生回数は実
施例１と同じとし、その後、試料の破壊状態を調査し
た。結果を表４に示す。
【００６７】
【表４】
【００６８】この表４からわかるように、試料Ｃ、Ｄは
破壊が起こらなかったが、試料Ｇにはクラックが発生し
た。
【００６９】試料Ｃ、Ｄについては、更に、ＮＯの浄化
率の評価を行った。還元剤としてＣ2 Ｈ4 を排気ガス中
に導入した。排気ガス条件を表５に示す。
【００７０】
【表５】
【００７１】排気ガス温度を２５０℃に維持して２分間
のＮＯ濃度を測定した。その平均値を表６に示す。
【００７２】
【表６】
【００７３】このように、試料Ｃ、Ｄの使用時にはＮＯ
濃度が半減している。
【００７４】以上の実験結果から明らかなように、本発
明による試料Ｃ、Ｄは、コーディエライトハニカムとほ
ぼ同等の捕集特性、圧力損失特性を示し、また、一方で
燃焼再生に対しては高い信頼性を示し、ディーゼルパテ
ィキュレートトラップとして非常に優れている。さら
に、それに加えて、ＮＯを低減する機能も有しているた
め、触媒コンバータを他に設ける必要がなく、ディーゼ
ル排気ガス後処理装置のトータル面での省スペース化、
低コスト化が実現できる。
【００７５】
【実施例３】図１１の実験装置に、図１の構造のフィル
タエレメントを有するパティキュレートトラップ２０を
組み込んだ。フィルタエレメントは、表７に示す試料
Ｅ、試料Ｆである。その試料Ｅ、Ｆは、共に排気ガスの
流入できる表面積が１．２ｍ2であり、内容積２．５リ
ットルのケースに収納されている。これ等の試料は、パ
ティキュレート捕集層（図９の３１）及びＳＯＦ触媒を
担持している層（図９の３３）の２層で構成されてい
る。ＳＯＦ触媒層は、金属繊維の不織布或は住友電気工
業（株）製Ｎｉ基３次元網状構造多孔体（商品面：セル
メット♯７）をＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ化したもの（金属基
布）の骨格に触媒担持層としてγ−アルミナを金属基布
１リットル当たり１５０ｇコートし、その後触媒として
Ｐｔを金属基布１リットル当たり１．５ｇを均一に担持
させて作製した。
【００７６】なお試料Ｅ、Ｆを構造する金属不織布、金
属多孔体、金属波板はＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金とＮｉ−Ｃ
ｒ−Ａｌ合金を例に挙げたが、これはあくまでも一例に
すぎない。
【００７７】比較のため、既に説明したコーディエライ
トハニカムの試料Ｇについても実験を行った。本トラッ
プの容積は２．５リットルとし、試料Ｅ、Ｆと条件を揃
えている。
【００７８】
【表７】
【００７９】各試料の捕集効率及び圧力損失に関する評
価結果を図１６、１７に示す。評価は実施例１、２と同
様、捕集ＰＭ量に対する圧力損失、捕集効率の変化を調
べて行った。この結果から、本発明品の試料Ｅ、Ｆの捕
集性能は試料Ｇのコーディエライト製ハニカム構造のデ
ィーゼルパティキュレートトラップと同等であり、充分
な性能を有している。
【００８０】次に、再生によるフィルタエレメントの耐
久性について評価した。試験条件及び再生回数は実施例
１、２と同じとし、５回再生後の試料の破壊状態を調査
した。結果を表８に示す。
【００８１】
【表８】
【００８２】この表８からわかるように、試料Ｅ、Ｆは
破壊が起こらなかったが、試料Ｇにはクラックが発生し
た。
【００８３】試料Ｅ、Ｆについては、次にＳＯＦの浄化
率の評価を行った。排気ガス温度が２５０℃および３５
０℃での評価結果を表９に示す。
【００８４】
【表９】
【００８５】このように、Ｐｔを触媒として担持させた
試料Ｅ、ＦはＳＯＦ濃度を４０％或は５０％低減するこ
とができた。
【００８６】以上の実験の結果から明らかなように、本
発明による試料Ｅ、Ｆはコーディエライトハニカムとほ
ぼ同等の捕集特性、圧力損失特性を示し、また、一方で
燃焼再生に対しては高い信頼性を示し、ディーゼルパテ
ィキュレートトラップとして非常に優れいてる。さら
に、それに加えて、ＳＯＦを低減する機能も有している
ため、触媒コンバータを別に設ける必要がなく、ディー
ゼル排気ガス後処理装置のトータル面での省スペース
化、低コスト化が実現できる。
【００８７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のパティキ
ュレートトラップは、小型でありながら、フィルタの表
面積を充分に確保できるようにして高い捕集効率を得な
がら圧力損失の上昇を低く抑さえ、さらに、再生と耐久
性については金属製トラップの特徴を充分に生かすよう
にしたので、ディーゼルエンジン用パティキュレートト
ラップとして不足の無い性能を発揮し、パティキュレー
トに起因する大気汚染の防止に役立つ。
【００８８】また、耐熱性金属繊維の不織布で作った平
板フィルタと耐熱性金属で作った波板の積層材をロール
巻きしてフィルタエレメントを作るので、ガス圧や振動
にも強く、耐久性を犠牲にせずに軽量化及び低エネルギ
ーでの再生を実現できるほか、精密溶接を必要としない
ためコストの低減も図れる。
【００８９】また、積層材のロール巻き形状を自由に選
べるので、ディーゼルエンジン車の排気系スペースに合
ったものを提供でき、スペースの有効利用の面でも有利
になる。
【００９０】このほか、フィルタ材の孔径を排気ガスの
出口側に向かってだんだんと小さくしたものは、目詰り
が少なくなって差圧寿命がより一層長くなる。
【００９１】また、フィルタ材の骨格表面にアルミナウ
ィスカーを生成させたものは、フィルタの目孔がより小
さくなり、粒径２μｍ以下の浮遊性微粒子の捕集が可能
となるほか、触媒の担持面積を広げるのにも役立つ。
【００９２】さらに、フィルタ部に触媒を担持させたも
のは触媒コンバータを別に設ける必要がなくなるので、
排気ガス後処理装置の簡素化、低コスト化も図れる。ま
た、フィルタ骨格部の熱容量が小さいため、触媒の働き
も確実になり、環境浄化に関してより優れた効果を期待
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いるフィルタエレメントの実施形態
の概要を示す斜視図
【図２】（ａ）：図１のフィルタエレメントの側面図 （ｂ）：同じく左側端面図 （ｃ）：同じく右側端面図
【図３】排気ガスの流れを示す部分的斜視図
【図４】フィルタエレメントの他の実施形態の概要を示
す斜視図
【図５】（ａ）：図４のフィルタエレメントの側面図 （ｂ）：同じく左側端面図 （ｃ）：同じく右側端面図
【図６】平板フィルタ間の空間の目留めのし方の一例を
示す部分的斜視図
【図７】フィルタエレメントの製造手順を示す図
【図８】フィルタ骨格にアルミナウィスカーを生成させ
た状態の模式図
【図９】フィルタ断面の拡大概念図
【図１０】本発明のパティキュレートトラップの一例を
簡略化して示す使用状態の断面図
【図１１】圧力損失及び耐久性評価実験装置の概略構成
図
【図１２】試料Ａ、Ｂ、Ｇの堆積ＰＭ量に対する圧力損
失の変化を示す図表
【図１３】試料Ａ、Ｂ、Ｇの堆積ＰＭ量に対する捕集効
率の変化を示す図表
【図１４】試料Ｃ、Ｄ、Ｇの捕集ＰＭ量に対する圧力損
失の変化を示す図表
【図１５】試料Ｃ、Ｄ、Ｇの捕集ＰＭ量に対する捕集効
率の変化を示す図表
【図１６】試料Ｅ、Ｆ、Ｇの補集ＰＭ量に対する圧力損
失の変化を示す図表
【図１７】試料Ｅ、Ｆ、Ｇの捕集ＰＭ量に対する補集効
率の変化を示す図表
【符号の説明】
１、１０ フィルタエレメント Ａ１、Ａ２ 平板フィルタ Ｂ１、Ｂ２ 波板 ２ 目留め部 ３ 排気ガス導入空間 ４ 排気ガス排出空間 ５、６ 平板フィルタの突き合わせ部 ７ フィルタ骨格 ８ アルミナウィスカー ２０ パティキュレートトラップ ２１ 金属製容器 ２２ 排気系配管 ３１ パティキュレート捕集層 ３２、３３ 触媒担持層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ０１Ｎ 3/02 Ｂ０１Ｄ 29/06 ５２０Ａ ５２０Ｃ (72)発明者 小端 喜代志 豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動車株 式会社内 (72)発明者 柳原 弘道 豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動車株 式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−97518（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−332063（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−279714（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−245809（ＪＰ，Ａ) 仏国特許出願公開884920（ＦＲ，Ａ １) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B01D 29/07 B01D 27/06 B01D 39/20 B01D 46/00 F01N 3/02

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 耐熱性金属の不織布で作られるＮ枚（Ｎ
    ＝２以上の偶数）の平板フィルタと、耐熱性金属で作ら
    れるＮ枚の波板を交互に重ねて出来る積層材を、表面に
    現われた平板フィルタ又は波板を内側にしてロール巻き
    して平板フィルタ間に挾まれた波板の波面が両端に現れ
    る柱状体にし、さらに、この柱状体の一端側において奇
    数番の波板を間に挾む平板フィルタ間を、他端側では偶
    数番の波板を間に挾む平板フィルタ間を各々目留めして
    作られ、かつその目留めが隣り合う平板フィルタを互い
    に溶接接合して行われ、片方の端面から導入した排気ガ
    スが平板フィルタを通過してもう一方の端面から排出さ
    れる構造になっているフィルタエレメントを、排気系の
    途中に設置して構成されるディーゼルエンジン用パティ
    キュレートトラップ。
  2. 【請求項２】 前記フィルタエレメントとして、積層材
    をロール巻きして出来る柱状体の長手直角断面形状を、
    略円形、長円状もしくは多角形状にしたものを用いる請
    求項１記載のディーゼルエンジン用パティキュレートト
    ラップ。
  3. 【請求項３】 前記フィルタエレメントとして、平板フ
    ィルタ間の波板が耐熱性金属の３次元網状構造多孔体で
    形成されたものを用いる請求項１又は２に記載のディー
    ゼルエンジン用パティキュレートトラップ。
  4. 【請求項４】 前記フィルタエレメントとして、平板フ
    ィルタ間の隙間寸法を１０ｍｍ以下にしたものを用いる
    請求項１乃至３のいずれかに記載のディーゼルエンジン
    用パティキュレートトラップ。
  5. 【請求項５】 前記フィルタエレメントとして、平板フ
    ィルタが、孔径に差のある少なくとも２種類の耐熱性金
    属繊維の不織布を孔径の大きいものほど排気ガス流入側
    にあるように組み合わせて構成されているものを用いる
    請求項１乃至４のいずれかに記載のディーゼルエンジン
    用パティキュレートトラップ。
  6. 【請求項６】 前記フィルタエレメントとして、波板の
    片面もしくは両面に触媒を担持させたものを用いる請求
    項１乃至５のいずれかに記載のディーゼルエンジン用パ
    ティキュレートトラップ。
  7. 【請求項７】 前記フィルタエレメントとして、耐熱性
    金属の不織布から成る平板フィルタの片面もしくは両面
    に触媒を担持させたものを用いる請求項１乃至６のいず
    れかに記載のディーゼルエンジン用パティキュレートト
    ラップ。
  8. 【請求項８】 前記フィルタエレメントとして、耐熱性
    金属の不織布から成る平板フィルタの片面もしくは両面
    に連続孔を有する耐熱金属骨格から成る３次元網状構造
    多孔体を設置し、その多孔体に触媒を担持させたものを
    用いる請求項１乃至６のいずれかに記載のディーゼルエ
    ンジン用パティキュレートトラップ。
  9. 【請求項９】 前記フィルタエレメントとして、耐熱性
    金属の不織布から成るフィルタ材の骨格表面にアルミナ
    ウィスカーを生成させてあるものを用いる請求項１乃至
    ８のいずれかに記載のディーゼルエンジン用パティキュ
    レートトラップ。
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