JP3945275B2 - 内燃機関の排気浄化材の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気浄化材の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関から排出される排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタ(以下、単にフィルタと称す)が、特表平8−506199号公報に開示されている。当該公報に記載のフィルタは、多孔質材料からなる隔壁によってそれぞれ画成される複数の排気流通路を有し、これら排気流通路のうちの約半数の排気流通路では、一方の端部の開口が塞がれており、残りの約半数の排気流通路では、他方の端部の開口が塞がれている。このように各排気流通路の端部の開口を塞ぐことによって、フィルタに流入した排気ガスが必ず隔壁の細孔内を通過するようにしている。これによれば、フィルタの微粒子捕集率が向上する。
【0003】
また、上記フィルタでは、隔壁の端部を互いに寄せ集めてこれら端部同士を接続することによって、各排気流通路の端部の開口が塞がれている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記フィルタのように、各排気流通路が完全に塞がれていると、フィルタによる排気ガスの圧力損失(以下、単にフィルタの圧損と称す)が高くなる。こうしたフィルタの圧損の上昇を抑制するためには、各排気流通路において、塞がれている端部に比較的小さい孔を設けることが考えられる。このように各排気流通路において塞がれている端部に比較的小さい孔を設けることは、微粒子を捕集するためのフィルタのみならず、機関排気通路内に配置される排気浄化フィルタや排気浄化触媒といった排気浄化材に対しても、その圧損の上昇を抑制するという観点において有効である。そこで、本発明の目的は、内燃機関の排気通路内に配置される排気浄化材の各排気流通路の塞がれるべき端部に比較的小さい孔を形成することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、1番目の発明では、多孔質材料からなる隔壁によって画成された互いに平行に延びる複数の排気流通路を有する基材であって、内燃機関の排気通路に配置されるパティキュレートフィルタまたは排気浄化フィルタまたは排気浄化触媒に用いられる基材を製造するための製造方法において、多孔質材料からなる隔壁によって画成された互いに平行に延びる複数の排気流通路を有する基材の隣接する2つの排気流通路のうちの一方の排気流通路のうちの一方の端部の開口を画成する隔壁を寄せ集めると共に該隣接する2つの排気流通路のうちの他方の排気流通路の他方の端部の開口を画成する隔壁を寄せ集め、隔壁の細孔の平均細孔径よりも大きい開口面積を有する小孔が残ると共に該小孔周りの隔壁がテーパ状に四角錐形をなすように上記開口の開口面積を狭めつつ該開口を画成する隔壁の部分同士を接続することによって、隣接する2つの排気流通路の一方の排気流通路の一方の端部の開口および該隣接する2つの排気流通路の他方の排気流通路の他方の端部の開口に隔壁の細孔の平均細孔径よりも大きい開口面積を有する小孔を備えると共に該小孔周りにテーパ状に四角錐形をなす隔壁を備えた基材を製造する。
【0006】
2番目の発明では、1番目の発明において、上記排気流通路の端部の開口を画成する隔壁が寄せ集められると同時に該寄せ集められた隔壁の部分同士が接続される。
【0007】
3番目の発明では、2番目の発明において、基材の端面に向かってテーパ状に四角錐形に広がる空間を画成する壁面と、前記空間の最も奥に位置する壁面から基材の端面に向かって延びるピンとを有する装置を基材の端面に押し付けることによって、上記排気流通路の端部の開口を画成する隔壁が寄せ集められると同時に該寄せ集められた隔壁の部分同士が接続される。
【0008】
上記課題を解決するために、4番目の発明では、多孔質材料からなる隔壁によって画成された互いに平行に延びる複数の排気流通路を有する基材であって、内燃機関の排気通路に配置されるパティキュレートフィルタまたは排気浄化フィルタまたは排気浄化触媒に用いられる基材を製造するための製造方法において、多孔質材料からなる隔壁によって画成された互いに平行に延びる複数の排気流通路を有する基材の隣接する2つの排気流通路のうちの一方の排気流通路の一方の端部の開口を画成する隔壁を寄せ集めると共に該隣接する2つの排気流通路のうちの他方の排気流通路の他方の端部の開口を画成する隔壁を寄せ集め、これら寄せ集められた隔壁がテーパ状に四角錐形をなして上記開口を塞ぐように互いに接続され、該互いに接続されたテーパ状に四角錐形をなす隔壁の先端頂部に隔壁の細孔の平均細孔径よりも大きい開口面積を有する小孔を形成する。
【0009】
5番目の発明では、4番目の発明において、上記互いに接続されたテーパ状に四角錐形をなす隔壁の先端頂部を削ることによって該先端頂部に隔壁の細孔の平均細孔径よりも大きい開口面積を有する小孔が成形される。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を説明する。図1は、本発明の製造方法によって製造されるパティキュレートフィルタ(以下、単にフィルタと称す)を示す。図1(A)はフィルタの端面図であり、図1(B)はフィルタの縦断面図である。図1(A)および図1(B)に示したように、フィルタ1はハニカム構造をなす隔壁2を有する。隔壁2はコージェライトのような多孔質材料からなる。フィルタ1は内燃機関の排気通路内に配置され、そこに流入する排気ガス中の微粒子を捕集する。なお、本発明は、こうしたフィルタのみならず、排気ガス中の特定成分を捕集するために内燃機関の排気通路内に配置される排気浄化フィルタや、排気ガス中の特定成分を浄化するために内燃機関の排気通路内に配置される排気浄化触媒にも適用可能である。
【0011】
隔壁2は互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路3,4を画成する。これら排気流通路の略半数が排気流入通路3を構成し、残りの略半数が排気流出通路4を構成する。排気流入通路3には、4つの排気流出通路4が隣接する。一方、排気流出通路4には、4つの排気流入通路3が隣接する。
【0012】
本実施例では、排気流通路のうち一部の排気流通路3では、その下流端の開口が小孔5を残してテーパ壁6により部分的に閉塞されており、一方、残りの排気流通路4では、その上流端の開口が小孔7を残してテーパ壁8により部分的に閉塞されている。詳細には、排気流入通路3では、その下流端の開口が小孔5を有するテーパ壁6によって部分的に閉塞されており、一方、排気流出通路4では、その上流端の開口が小孔7を有するテーパ壁8によって部分的に閉塞されている。ここで、小孔5,7の開口面積は、テーパ壁6,8によって閉塞される前の排気流通路3,4の開口の開口面積よりも小さく、且つ、テーパ壁6,8、すなわち、隔壁の細孔の平均開口面積(平均細孔径)よりも大きい。
【0013】
また、上流側のテーパ壁8は、排気流入通路3の入口が上流へ向かって四角錐状に広がってその流路断面積が徐々に大きくなるように、上流へ向かって四角錐状に狭まる形状をしている。一方、下流側のテーパ壁6は、排気流出通路4の出口が下流へ向かって四角錐状に広がってその流路断面積が徐々に大きくなるように、下流へ向かって四角錐状に狭まる形状をしている。なお、テーパ壁6,8はフィルタ1の外側に向かって徐々に狭まる形状であれば、例えば、円錐状や六角錐状であってもよい。
【0014】
隔壁2は多孔質材料からなるので、排気流入通路3内に流入した排気ガスは、図1(B)において矢印で示したように、排気流入通路3周囲の隔壁2を通って隣接する排気流出通路4内に流れ込む。もちろん、テーパ壁6,8も隔壁2と同じ多孔質の材料からなるので、排気ガスは、上流側のテーパ壁8を通って排気流出通路4内に流入することができ、また、下流側のテーパ壁6を通って排気流入通路3から流出することができる。
【0015】
次に、本発明のフィルタ1を製造するための第1のフィルタ製造方法について説明する。始めに、図2に示されているように、コージェライト等の多孔性物質からハニカム構造をなす基材10が準備される。この基材10は、隔壁2によって画成される排気流通路3,4を有する。隔壁2は格子状をなしている。
【0016】
次いで、図2(B)に示されているように、基材10の一方の端面に、排気流通路3,4の端部の開口を部分的に閉塞するための閉塞装置11が押し付けられる。閉塞装置11の詳細は図3に示されている。閉塞装置11の平面図である図3(A)を参照すると、閉塞装置11は所定の数の突起12を有する。1つの突起12を取り出して示した図3(B)を参照すれば判るように、突起12は実質的に正四角錐の形状をなす。これら突起12は、隣接する4つの突起12の対応する稜線13が一カ所に集合するように配置されている。このように隣接する4つの突起12の対応する稜線13が集合する領域には、それぞれピン14が配置されている。
【0017】
閉塞装置11は、各突起12が隣接する排気流通路3,4うちのいずれか一方の排気流通路3に挿入されるように、基材10の一方の端面に押し付けられる。このように、基材10の一方の端面に閉塞装置11が押し付けられると、隣接する4つの突起12の壁面によって、対応する隔壁2の端部分が互いに向かって寄せ集められる。ここで、これら寄せ集められた隔壁2によって囲まれた領域には、閉塞装置11のピン14が存在するので、ピン14によって小孔7が残されつつ、隔壁2の端部分同士が部分的に接続される。斯くして、小孔7を有する上流側のテーパ壁8が形成される。
【0018】
次いで、基材10の一方の端面に閉塞装置11が押し付けられたときに挿入せしめられた排気流通路3とは異なる排気流通路4に各突起12が挿入せしめられるように、基材10の他方の端面に閉塞装置11が押し付けられる。斯くして、小孔5を有する下流側のテーパ壁6が形成される。
【0019】
このように、本発明の第1のフィルタ製造方法によれば、各排気流通路の端部の開口の閉塞、すなわち、各排気流通路の端部の開口を閉塞するためのテーパ壁の形成と、該テーパ壁への小孔の形成とが同時に行われる。
【0020】
次に、本発明の第2のフィルタ製造方法について説明する。第2のフィルタ製造方法において使用される閉塞装置11は、図4に示されている開口閉塞器具15と、図5に示されている小孔形成器具16とを具備する。
【0021】
開口閉塞器具15の平面図である図4(A)を参照すると、開口閉塞器具15は所定の数の突起12を有する。図4(B)は1つの突起12を示している。図4(B)を参照すれば判るように、突起12は実質的に正四角錐の形状をなす。これら突起12は、隣接する4つの突起12の対応する稜線13が一カ所に集合するように配置されている。
【0022】
一方、小孔形成器具16の平面図である図5(A)を参照すると、小孔形成器具16は所定の数のピン14を有する。図5(B)は4つのピン14を示している。これらピン14は、開口閉塞器具15の隣接する4つの突起12の対応する稜線13が集合する領域に対応する位置にそれぞれ配置されている。
【0023】
さて、第2のフィルタ製造方法では、図6(A)に示されているように、始めに、各突起12が隣接する排気流通路3,4のうちのいずれか一方の排気流通路3に挿入されるように、開口閉塞器具15が基材10の一方の端面に押し付けられる。このように、基材10の一方の端面に開口閉塞器具15が押し付けられると、隣接する4つの突起12の壁面によって、対応する隔壁2の端部分が互いに向かって寄せ集められる。最終的には、隔壁2の端部分同士が接続され、排気流通路3の端部の開口はテーパ壁によって完全に閉塞される。
【0024】
次いで、図6(B)に示されているように、各排気流通路3の端部の開口を完全に閉塞しているテーパ壁の先端頂部を各ピン14が貫通するように、小孔形成器具16が基材10の一方の端面に押し付けられる。これによって、テーパ壁の先端頂部に小孔7が形成される。
【0025】
基材10の他方の端面に関しても、同様な工程が行われる。すなわち、基材10の一方の端面に開口閉塞器具15が押し付けられたときに挿入せしめられた排気流通路3とは異なる排気流通路4に各突起12が挿入せしめられるように、基材10の他方の端面に開口閉塞器具15が押し付けられる。これによって、排気流通路4の端部の開口はテーパ壁によって完全に閉塞される。次いで、各排気流通路4の端部の開口を完全に閉塞しているテーパ壁の先端頂部を各ピン14が貫通するように、小孔形成器具16が基材10の他方の端面に押し付けられる。これによって、テーパ壁の先端頂部に小孔5が形成される。
【0026】
このように、本発明の第2のフィルタ製造方法によれば、始めに、各排気流通路の端部の開口の閉塞、すなわち、各排気流通路の端部の開口を閉塞するためのテーパ壁の形成が行われ、その後、テーパ壁への小孔の形成が行われる。もちろん、第2のフィルタ製造方法において、一方の排気流通路3の端部の開口をテーパ壁によって完全に閉塞した後に、他方の排気流通路4の端部の開口をテーパ壁によって完全に閉塞し、その後、各テーパ壁に小孔を形成するようにしてもよい。
【0027】
次に、本発明の第3のフィルタ製造方法について説明する。第3のフィルタ製造方法において使用される閉塞装置11は、図7に示されているように、開口閉塞器具17と、小孔形成器具18とを具備する。
【0028】
開口閉塞器具17は、図4に示されている開口閉塞器具15と同様に、所定の数の突起12を有する。また、開口閉塞器具15と同様に、開口閉塞器具17の突起12も実質的に正四角錐の形状をなし、隣接する4つの突起12の対応する稜線13が一カ所に集合する関係で配置されている。また、開口閉塞器具15とは異なり、隣接する4つの突起12の対応する稜線13が一カ所に集合する領域には、貫通孔19が形成されている。
【0029】
一方、小孔形成器具18は、図5に示されている開口閉塞器具15と同様に、所定の数のピン14を有する。これらピン14は、開口閉塞器具17の貫通孔19に対応する位置にそれぞれ配置されている。したがって、各ピン14は対応する貫通孔19内に挿入されることができる。
【0030】
さて、第3のフィルタ製造方法では、第2のフィルタ製造方法と同様に、始めに、各突起12が隣接する排気流通路3,4のうちのいずれか一方の排気流通路3に挿入されるように、開口閉塞器具17が基材10の一方の端面に押し付けられる。これにより、排気流通路3の端部の開口はテーパ壁によって完全に閉塞される。
【0031】
次いで、開口閉塞器具17が基材10の一方の端面に押し付けられた状態で、ピン14が対応する貫通孔19に入り込むように、小孔形成器具18が開口閉塞器具17に押し付けられる。これにより、各排気流通路3の端部の開口を完全に閉塞しているテーパ壁の先端頂部を各ピン14が貫通し、テーパ壁の先端頂部に小孔7が形成される。
【0032】
基材10の他方の端面に関しても、同様な工程が行われる。すなわち、第2のフィルタ製造方法と同様に、基材10の一方の端面に開口閉塞器具17が押し付けられたときに挿入せしめられた排気流通路3とは異なる排気流通路4に各突起12が挿入せしめられるように、基材10の他方の端面に開口閉塞器具17が押し付けられる。これによって、排気流通路4の端部の開口はテーパ壁によって完全に閉塞される。次いで、開口閉塞器具17が基材10の他方の端面に押し付けられた状態で、ピン14が対応する貫通孔19に入り込むように、小孔形成器具18が開口閉塞器具17に押し付けられる。これにより、各排気流通路4の端部の開口を完全に閉塞しているテーパ壁の先端頂部を各ピン14が貫通し、テーパ壁の先端頂部に小孔5が形成される。
【0033】
このように、本発明の第3のフィルタ製造方法によれば、第2のフィルタ製造方法と同様に、始めに、各排気流通路の端部の開口の閉塞、すなわち、各排気流通路の端部の開口を閉塞するためのテーパ壁の形成が行われ、その後、テーパ壁への小孔の形成が行われる。なお、第3のフィルタ製造方法によれば、基材10の端面に形成されたテーパ壁が開口閉鎖器具17によって押さえ付けられた状態にて、小孔形成器具18によって、当該テーパ壁に小孔が形成されることから、小孔形成器具18のピン14がテーパ壁に押し付けられたときにテーパ壁が損傷することが抑制される。
【0034】
また、第2のフィルタ製造方法では、テーパ壁が形成された後に、小孔形成器具16を基材の端面に押し付けられることによって小孔が形成されるので、小孔形成器具16を基材10の端面に押し付ける前に、小孔形成器具16の各ピン14が各テーパ壁の先端頂部に対応するように、小孔形成器具16を正確に位置決めしておかなければならない。これは非常に煩雑な作業である。これに対し、第3のフィルタ製造方法によれば、単に、開口閉塞器具17の各貫通孔19に小孔形成器具18のピン14を通すことによって、テーパ壁に小孔が形成されるので、小孔形成器具18によって小孔を形成するときに、小孔形成器具18の各ピン14が各テーパ壁の先端頂部に対応するように小孔形成器具18を位置決めするという工程が省略される。
【0035】
次に、本発明の第4のフィルタ製造方法について説明する。第4のフィルタ製造方法において使用される閉塞装置11は、図4に示されている開口閉塞器具15と、図8の平面図に示されている小孔形成器具20とを具備する。開口閉塞器具15の構成は、既に、第2のフィルタ製造方法に関連して説明されているので、ここではその説明は省略する。小孔形成器具20の詳細は図9に示されている。
【0036】
図9(A)は端壁面21を排除された小孔形成器具20を示す平面図である。図9(A)を参照すると判るように、小孔形成器具20は所定の数のドリル部材22を有する。1つのドリル部材22を示す図9(B)を参照すると判るように、ドリル部材22は歯車23と、この歯車23の中心から当該歯車の壁面に対して垂直に延びるドリル24とを有する。
【0037】
図9(A)に示されているように、各ドリル部材22は中間歯車25に噛合しており、隣接する2つのドリル部材22は中間歯車25によって連結されている。また、特定の1つのドリル部材22には、駆動歯車26が噛合されている。駆動歯車26は例えば電気モータなどの適切な駆動手段によって回転駆動せしめられることが可能となっている。小孔形成器具20は、駆動歯車26が回転駆動せしめられると、この駆動歯車26に噛合しているドリル部材22が回転駆動せしめられ、そして、このドリル部材22の回転が中間歯車26および残りのドリル部材22を介して残りのドリル部材22に伝達されて、結果的に、全てのドリル部材22のドリル24がその長手軸線周りで回転駆動せしめられるようになっている。
【0038】
なお、ドリル部材22のドリル24は小孔形成器具20の端壁面から突出し、このようにドリル24が突出する位置は図5に示されている小孔形成器具16においてピン14が配置されている位置に一致する。
【0039】
さて、第4のフィルタ製造方法では、第2のフィルタ製造方法と同様に、図4に示されている開口閉塞器具15が基材10の一方の端面に押し付けられ、排気流通路3の端部の開口がテーパ壁によって完全に閉塞される。次いで、小孔形成器具20の駆動歯車26が回転駆動せしめられ、各排気流通路3の端部の開口を完全に閉塞しているテーパ壁の先端頂部を各ドリル部材22のドリル24が貫通するように、小孔形成器具20が基材10の一方の端面に押し付けられる。斯くして、回転するドリル24によって、テーパ壁の先端頂部に小孔7が形成される。
【0040】
基材10の他方の端面に関しても、同様な工程が行われる。すなわち、第2のフィルタ製造方法と同様に、基材10の他方の端面に開口閉塞器具15が押し付けられ、排気流通路4の端部の開口がテーパ壁によって完全に閉塞される。次いで、小孔形成器具20の駆動歯車26が回転駆動せしめられ、各排気流通路4の端部の開口を完全に閉塞しているテーパ壁の先端頂部を各ドリル部材22のドリル24が貫通するように、小孔形成器具20が基材10の他方の端面に押し付けられる。斯くして、回転するドリル24によって、テーパ壁の先端頂部に小孔5が形成される。
【0041】
第4のフィルタ製造方法によれば、回転するドリル24によってテーパ壁の先端頂部に小孔が形成されるので、上述した他のフィルタ製造方法におけるように、単に、ピンを押し込むことによって小孔をテーパ壁の先端頂部に形成する場合に比べて、小孔を形成するときのテーパ壁の損傷が抑制される。
【0042】
次に、本発明の第5のフィルタ製造方法について説明する。第5のフィルタ製造方法において使用される閉塞装置11は、図4に示されている開口閉塞器具15と、図10の平面図に示されている小孔形成器具27とを具備する。開口閉塞器具15の構成は、既に、第2のフィルタ製造方法に関連して説明されているので、ここではその説明は省略する。なお、図10(A)に示されている小孔形成器具27では、図10(B)には示されている端壁28が省略されている。
【0043】
図10(A)を参照すると判るように、小孔形成器具27は所定の数のドリル部材29を有する。図10(B)を参照すると判るように、ドリル部材29は球体30と、この球体30から延びるドリル31とを有する。
【0044】
図10(B)に示されているように、小孔形成器具27の円盤状の本体32には、本体32の中心を中心として環状の複数の溝33が形成されている。また、本体32は、電気モータなどの適切な手段によって、図10(B)に示されている回転軸線A周りで回転駆動せしめられることが可能となっている。
【0045】
ところで、ドリル部材29の球体30は溝33を画成する側壁面に接するように対応する溝33内に収容される。また、ドリル部材29のドリル31は小孔形成器具27の端壁28から突出し、このようにドリル31が突出する位置は図5に示されている小孔形成器具16においてピン14が配置されている位置に一致する。
【0046】
小孔形成器具27は、その本体32が回転駆動せしめられると、各ドリル部材29の球体30が本体28の溝33の側壁面によって回転せしめられ、結果的に、ドリル部材29のドリル31がその長手軸線周りで回転せしめられるようになっている。
【0047】
なお、ドリル部材29の球体30をかさ歯歯車とし、且つ、溝33を画成する側壁面にかさ歯を形成し、ドリル部材29のかさ歯歯車を溝33の側壁面のかさ歯に噛合させ、本体32が回転駆動せしめられると各ドリル部材29のかさ歯歯車が本体32によって回転せしめられるように小孔形成器具27を構成してもよい。
【0048】
さて、第5のフィルタ製造方法では、第2のフィルタ製造方法と同様に、図4に示されている開口閉塞器具15が基材10の一方の端面に押し付けられ、排気流通路3の端部の開口がテーパ壁によって完全に閉塞される。次いで、小孔形成器具27の本体32が回転駆動せしめられ、各排気流通路3の端部の開口を完全に閉塞しているテーパ壁の先端頂部を各ドリル部材29のドリル31が貫通するように、小孔形成器具27が基材10の一方の端面に押し付けられる。斯くして、回転するドリル31によって、テーパ壁の先端頂部に小孔7が形成される。
【0049】
基材10の他方の端面に関しても、同様な工程が行われる。すなわち、第2のフィルタ製造方法と同様に、基材10の他方の端面に開口閉塞器具15が押し付けられ、排気流通路4の端部の開口がテーパ壁によって完全に閉塞される。次いで、小孔形成器具27の本体32が回転駆動せしめられ、各排気流通路4の端部の開口を完全に閉塞しているテーパ壁の先端頂部を各ドリル部材29のドリル31が貫通するように、小孔形成器具27が基材10の他方の端面に押し付けられる。斯くして、回転するドリル31によって、テーパ壁の先端頂部に小孔5が形成される。
【0050】
次に、本発明の第6のフィルタ製造方法について説明する。第5のフィルタ製造方法において使用される閉塞装置11は、図4に示されている開口閉塞器具15と、図11(B)に示されている小孔形成器具34とを具備する。開口閉塞器具15の構成は、既に、第2のフィルタ製造方法に関連して説明されているので、ここではその説明は省略する。
【0051】
小孔形成器具34は、開口閉塞器具15の直径とほぼ等しい直径を有する円盤状の器具である。また、小孔形成器具34は、本体35と、この本体35に取り付けられた切削層36とを有する。切削層36は、基材10のテーパ壁を削ることができる研磨材からなる。また、小孔形成器具34は、例えば電気モータなどの適切な駆動手段によって回転軸線B周りで回転可能とされている。
【0052】
さて、第6のフィルタ製造方法では、第2のフィルタ製造方法と同様に、図4に示されている開口閉塞器具15が、図11(A)に示されているように、基材10の一方の端面に押し付けられ、排気流通路3の端部の開口がテーパ壁によって完全に閉塞される。次いで、小孔形成器具35が回転軸線B周りで回転せしめられ、基材10の一方の端面に押し付けられる。これによって、小孔形成器具35の切削層36が基材10に形成されているテーパ壁の先端頂部に押し付けられ、当該テーパ壁の先端頂部が切削層36によって削られる。斯くして、テーパ壁の先端頂部に小孔7が形成される。
【0053】
基材10の他方の端面に関しても、同様な工程が行われる。すなわち、第2のフィルタ製造方法と同様に、基材10の他方の端面に開口閉塞器具15が押し付けられ、排気流通路4の端部の開口がテーパ壁によって完全に閉塞される。次いで、小孔形成器具35が回転軸線B周りで回転せしめられ、基材10の他方の端面に押し付けられる。斯くして、テーパ壁の先端頂部に小孔5が形成される。
【0054】
なお、上述したフィルタ製造方法には、共通して、全ての小孔5,6の開口面積を所望の開口面積とすることができるという利点、すなわち、テーパ壁6,8に形成される小孔5,7の開口面積にバラツキが生じることが抑制されるという利点がある。小孔5,7の開口面積は、フィルタ1の圧損と微粒子捕集率とに影響する。すなわち、小孔5,7の開口面積が変われば、フィルタ1の圧損と微粒子捕集率も変わってしまう。したがって、上述したフィルタ製造方法によって、小孔の開口面積が確実に所望の開口面積とされれば、フィルタ1の圧損値と微粒子捕集率とが所望の値となる。
【0055】
また、一般的に、フィルタの微粒子捕集率の向上と圧損上昇の抑制とは背反事項であり、したがって、フィルタの圧損を低下させようとすれば、フィルタの微粒子捕集率も低下してしまう。しかしながら、本実施形態のフィルタには、従来のフィルタに比べて、その微粒子捕集率はさほど変わらないものの、その圧損が格段に低いという利点がある。すなわち、本実施形態のフィルタでは、その微粒子捕集率が高く、且つ、その圧損が低い。以下、本実施形態のフィルタにおいて、微粒子捕集率が高く且つ圧損が低くなる理由について説明する。
【0056】
上述したように、排気ガスは、上流側のテーパ壁8を通って排気流出通路4内に流入することができ、また、下流側のテーパ壁6を通って排気流入通路3から流出することができる。このように、フィルタ1の排気流通路を閉塞する部分6,8が排気ガスを通過させることができるので、フィルタ1の圧損は従来のフィルタに比べて低くなる。一方、排気ガスがテーパ壁6,8を通るときには、これらテーパ壁6,8によって排気ガス中の微粒子が捕集されるので、排気ガスがテーパ壁6,8を通ることができたとしても、フィルタ1の微粒子捕集率が低下することは抑制されている。
【0057】
さらに、排気ガスは小孔7を介して排気ガス流出通路4内に流入し、小孔5を介して排気ガス流入通路3から流出することができる。このように、小孔5,7が排気ガスを通すことができるので、このことによっても、本発明のフィルタ1の圧損が従来のフィルタに比べて低くなる。一方、小孔5,7の開口面積は比較的小さいので、フィルタ1の微粒子捕集率が大きく低下することは抑制されている。
【0058】
また、上述したように、上流側のテーパ壁8は、排気流入通路3の入口が上流へ向かって四角錐状に広がってその流路断面積が徐々に大きくなるように、上流へ向かって四角錐状に狭まる形状をしている。このため、排気ガスがスムーズに排気流入通路3に流入し、排気流入通路3の入口近傍に排気ガスの乱流が生じないので、このことによっても、フィルタ1の圧損が従来のフィルタに比べて低くなる。もちろん、こうした理由によってフィルタ1の圧損が低くなっているとしても、このことはフィルタ1の微粒子捕集率にはほとんど影響を及ぼさない。したがって、上述した理由によってフィルタ1の圧損が低くなっていることによって、フィルタ1の微粒子捕集率が低下することはほとんどない。
【0059】
一方、上述したように、下流側のテーパ壁6は、排気流出通路4の出口が下流へ向かって四角錐状に広がってその流路断面積が徐々に大きくなるように、下流へ向かって四角錐状に狭まる形状をしている。このため、排気ガスがスムーズに排気流出通路4から流出し、排気流出通路4の出口近傍に排気ガスの乱流が生じないので、このことによっても、フィルタ1の圧損が従来のフィルタに比べて低くなる。もちろん、こうした理由によってフィルタ1の圧損が低くなっているとしても、上流側のテーパ壁6に関連して説明した理由と同じ理由から、フィルタ1の微粒子捕集率が低下することはほとんどない。
【0060】
こうした理由から、本実施形態のフィルタ1では、微粒子捕集率が高く、且つ、圧損が低い。
【0061】
ところで、フィルタ1は微粒子を酸化除去することができる酸化物質を担持する。これによればフィルタ1に捕集された微粒子は継続的に酸化除去される。次に、フィルタ1に担持される酸化物質について詳細に説明する。隔壁2の両側の壁面上、各隔壁の細孔を画成する壁面上、テーパ壁6,8の両側壁面上、および、テーパ壁6,8の細孔を画成する壁面上に全面に亘って、例えば、アルミナからなる担体層が形成され、この担体上に貴金属触媒と、活性酸素生成剤とが担持される。活性酸素生成剤は、周囲に過剰な酸素が存在すると酸素を保持し且つ周囲の酸素濃度が低下すると保持している酸素を活性酸素の形で解放して活性酸素を生成する。
【0062】
貴金属触媒としては、白金(Pt)が用いられる。活性酸素生成剤としては、カリウム(K)、ナトリウム(Na)、リチウム(Li)、セシウム(Cs)、ルビジウム(Rb)のようなアルカリ金属、バリウム(Ba)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)のようなアルカリ土類金属、ランタン(La)、イットリウム(Y)、セリウム(Ce)のような希土類、鉄(Fe)のような遷移金属、およびスズ(Sn)のような炭素族元素から選ばれた少なくとも一つが用いられている。
【0063】
次に、フィルタ1による微粒子除去作用について、担体上に白金およびカリウムを担持させた場合を例にとって説明するが、他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類、遷移金属を用いても同様な微粒子除去作用が行われる。
【0064】
本発明のフィルタ1は、例えば、圧縮着火式内燃機関の排気通路内に配置される。吸気通路および燃焼室内に供給された空気と燃料との比を排気ガスの空燃比と称すると、圧縮着火式内燃機関から排出される排気ガスの空燃比はリーンである。すなわち、排気ガスは多量の過剰空気を含んでいる。また、圧縮着火式内燃機関の燃焼室内では一酸化窒素(NO)が発生する。したがって、排気ガス中にはNOが含まれている。このため過剰酸素、および、NOを含んだ排気ガスがフィルタ1の排気流入通路3内に流入することになる。
【0065】
図12(A)および(B)は隔壁2の壁面上に形成された担体層の表面の拡大図を模式的に表わしている。なお、図12(A)および(B)において、60は白金の粒子を示し、61はカリウムを含んでいる活性酸素生成剤を示している。
【0066】
上述したように、排気ガス中には多量の過剰酸素が含まれているので、排気ガスがフィルタ1内に流入すると、図12(A)に示したように、これら酸素(O2)がO2 -またはO2-の形で白金の表面に付着する。排気ガス中のNOはこれらO2 -またはO2-と反応し、NO2となる。次いで、生成されたNO2の一部は白金上で酸化されつつ活性酸素生成剤61内に保持され、図12(A)に示したように、カリウムと結合しながら硝酸イオン(NO3 -)の形で活性酸素生成剤61内に拡散し、硝酸カリウム(KNO3)を生成する。すなわち、結果的には、排気ガス中の酸素が硝酸カリウム(KNO3)の形で活性酸素生成剤61内に保持される。
【0067】
一方、燃焼室内においては主にカーボン(C)からなる微粒子が生成される。したがって、排気ガス中にはこれら微粒子が含まれている。これら微粒子は排気ガスがフィルタ1内を流れているときに、図6(B)において62で示したように、活性酸素生成剤61の表面上に接触して付着する。
【0068】
このように微粒子62が活性酸素生成剤61の表面上に付着すると、微粒子62と活性酸素生成剤61との接触面では酸素濃度が低下する。すなわち、酸素濃度の高い活性酸素生成剤61内と活性酸素生成剤61の表面上との間に濃度差が生じる。したがって、活性酸素生成剤61内の酸素が微粒子62と活性酸素生成剤61との接触面に向けて移動しようとする。その結果、活性酸素生成剤61内に形成されている硝酸カリウム(KNO3)がカリウム(K)と酸素(O)と一酸化窒素(NO)とに分解され、こうして生成された酸素(O)が微粒子62と活性酸素生成剤61との接触面に向かい、その一方で、NOが活性酸素生成剤61から外部に放出される。外部に放出されたNOは下流側の白金上において酸化され、再び活性酸素生成剤61内に保持される。
【0069】
ここで、微粒子62と活性酸素生成剤61との接触面に向かう酸素(O)は硝酸カリウムのような化合物から分解された酸素である。このように化合物から分解された酸素は不対電子を有し、極めて高い反応性を有する活性酸素となっている。これら活性酸素が微粒子62に接触すると、微粒子62は短時間(数秒〜数十分)のうちに輝炎を発することなく酸化せしめられ、微粒子62は完全に消滅する。したがって、微粒子62がフィルタ1上に堆積することはほとんどない。さらに、活性酸素は高い反応性を有するので、フィルタ1の温度が比較的低くても、微粒子はフィルタ1において活性酸素によって酸化除去される。
【0070】
【発明の効果】
本発明によれば、排気浄化材の各排気流通路の塞がれるべき端部に比較的小さい孔が形成される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のパティキュレートフィルタを示す図である。
【図2】本発明のパティキュレートフィルタを製造するための第1のフィルタ製造方法を説明するための図である。
【図3】第1のフィルタ製造方法において使用される閉塞装置を示す図である。
【図4】本発明のパティキュレートフィルタを製造するための第2のフィルタ製造方法において使用される閉塞装置を示す図である。
【図5】第2のフィルタ製造方法において使用される閉塞装置を示す図である。
【図6】第2のフィルタ製造方法を説明するための図である。
【図7】第3のフィルタ製造方法において使用される閉塞装置を示す図である。
【図8】第4のフィルタ製造方法において使用される閉塞装置を示す図である。
【図9】図8に示されている閉塞装置を詳細に示す図である。
【図10】第5のフィルタ製造方法において使用される閉塞装置を示す図である。
【図11】第6のフィルタ製造方法を説明するための図である。
【図12】パティキュレートフィルタの微粒子酸化除去作用を説明するための図である。
【符号の説明】
1…パティキュレートフィルタ
2…隔壁
3…排気流入通路
4…排気流出通路
5,7…小孔
6,8…テーパ壁
11…閉塞装置
12…突起
14…ピン
15,17…開口閉塞器具
16,18,20,27,34…小孔形成器具
Claims (5)
- 多孔質材料からなる隔壁によって画成された互いに平行に延びる複数の排気流通路を有する基材であって、内燃機関の排気通路に配置されるパティキュレートフィルタまたは排気浄化フィルタまたは排気浄化触媒に用いられる基材を製造するための製造方法において、多孔質材料からなる隔壁によって画成された互いに平行に延びる複数の排気流通路を有する基材の隣接する2つの排気流通路のうちの一方の排気流通路の一方の端部の開口を画成する隔壁を寄せ集めると共に該隣接する2つの排気流通路のうちの他方の排気流通路の他方の端部の開口を画成する隔壁を寄せ集め、隔壁の細孔の平均細孔径よりも大きい開口面積を有する小孔が残ると共に該小孔周りの隔壁がテーパ状に四角錐形をなすように上記開口の開口面積を狭めつつ該開口を画成する隔壁の部分同士を接続することによって、隣接する2つの排気流通路のうちの一方の排気流通路の一方の端部の開口および該隣接する2つの排気流通路のうちの他方の排気流通路の他方の端部の開口に隔壁の細孔の平均細孔径よりも大きい開口面積を有する小孔を備えると共に該小孔周りにテーパ状に四角錐形をなす隔壁を備えた基材を製造することを特徴とする製造方法。
- 上記排気流通路の端部の開口を画成する隔壁が寄せ集められると同時に該寄せ集められた隔壁の部分同士が接続されることを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
- 基材の端面に向かってテーパ状に四角錐形に広がる空間を画成する壁面と、前記空間の最も奥に位置する壁面から基材の端面に向かって延びるピンとを有する装置を基材の端面に押し付けることによって、上記排気流通路の端部の開口を画成する隔壁が寄せ集められると同時に該寄せ集められた隔壁の部分同士が接続されることを特徴とする請求項2に記載の製造方法。
- 多孔質材料からなる隔壁によって画成された互いに平行に延びる複数の排気流通路を有する基材であって、内燃機関の排気通路に配置されるパティキュレートフィルタまたは排気浄化フィルタまたは排気浄化触媒に用いられる基材を製造するための製造方法において、多孔質材料からなる隔壁によって画成された互いに平行に延びる複数の排気流通路を有する基材の隣接する2つの排気流通路のうちの一方の排気流通路の一方の端部の開口を画成する隔壁を寄せ集めると共に該隣接する2つの排気流通路のうちの他方の排気流通路の他方の端部の開口を画成する隔壁を寄せ集め、これら寄せ集められた隔壁がテーパ状に四角錐形をなして上記開口を塞ぐように互いに接続され、該互いに接続されたテーパ状に四角錐形をなす隔壁の先端頂部に隔壁の細孔の平均細孔径よりも大きい開口面積を有する小孔を形成することを特徴とする製造方法。
- 上記互いに接続されたテーパ状に四角錐形をなす隔壁の先端頂部を削ることによって該先端頂部に隔壁の細孔の平均細孔径よりも大きい開口面積を有する小孔が成形されることを特徴とする請求項4に記載の製造方法。
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