JP4492143B2 - 排気ガスのパーティキュレートフィルタ - Google Patents

Description

本発明はディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれるパーティキュレート（粒子状物質）を捕集するパーティキュレートフィルタに関する。

ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれるパーティキュレートを捕集するためのパーティキュレートフィルタが各種開発されている。
このパーティキュレートフィルタには、多孔性の材料から成る隔壁で排気ガスを導入するガス導入セルと排気ガスを排出するガス排出セルを互いに平行に隣接させて多数形成し、ガス導入セルの下流側端部およびガス排出セルの上流側端部を栓部材で閉塞し、ガス導入セルの上流側の開放された入口から導入した排気ガスを隔壁を通過せしめてガス排出セルの下流側の開放された出口から排出し、隔壁によりパーティキュレートを捕集するものがある。

さらに、隔壁に触媒を担持させ、触媒により活性酸素を供給して、隔壁が捕集したパーティキュレートを燃焼分解してパーティキュレートフィルタの目詰まりを防止するようにしたものもある。このようにすることにより、隔壁内の気孔内にあるパーティキュレートは良好に燃焼分解されるが、表面のパーティキュレートは燃焼分解されずらく表面にパーティキュレートが堆積していくことがある。
そこで、特許文献１に記載のパーティキュレートフィルタではガス導入セル内に触媒担持部材として副隔壁を設け、その副隔壁にも触媒を担持させ上記の表面にたまるパーティキュレートに活性酸素の供給し、表面にパーティキュレートが堆積することを防止している。

上記特許文献１のものでは、隔壁と副隔壁も同じ多孔質材料で一体に成形されている。ところが、多孔質材料で一体に、元の隔壁の中にさらに副隔壁を一体に成形することは難しい。すなわち、割れを防止するためにはある程度の厚みが必要であり、厚みを増すと圧力損失が増大するという相反する条件を満足せねばならず、設計の自由度が小さい。

特開２００３−２０５２４５号公報

本発明は上記問題に鑑み、パーティキュレートフィルタであって、セル内に触媒が担持される触媒担体部材が配設されるものにおいて、触媒担体部材をより大きな設計の自由度で形成できるようにすることを目的とする。

請求項１の発明によれば、排気ガスのパーティキュレートフィルタであって、
多孔性の材料から成る隔壁で排気ガスを導入するガス導入セルと排気ガスを排出するガス排出セルを互いに平行に隣接させて多数形成し、ガス導入セルの下流側端部およびガス排出セルの上流側端部を閉塞し、ガス導入セルの上流側の開放された入口から導入した排気ガスを隔壁を通過せしめてガス排出セルの下流側の開放された出口から排出し、隔壁によりパーティキュレートを捕集し、
ガス導入セルとガス排出セルの内の、少なくともガス導入セルに、隔壁が捕集したパーティキュレートの燃焼分解を促進する活性酸素を供給する触媒を担持した触媒担持部材が配設されているものにおいて、
前記触媒担持部材が、一体物または集合体として、隔壁とは別個に形成され、かつ、セル内で移動しないようにされている、隔壁に平行に延伸する副隔壁であり、
副隔壁が、副隔壁連結部材により、互いに連結されている。
このように構成されるパーティキュレートフィルタでは、少なくともガス導入セルに活性酸素を供給する触媒を担持し得る触媒担持部材が配設されるが、触媒担持部材は一体物または集合体として、隔壁とは別個に形成され、かつ、セル内で移動しないようにされている。
また、このように構成されるパーティキュレートフィルタでは触媒担持部材は隔壁に平行に延伸する副隔壁とされている。
さらに、このように構成されるパーティキュレートフィルタでは副隔壁が副隔壁連結部材により、互いに連結されている。

請求項２の発明によれば、請求項１の発明において、触媒担持部材が、隔壁とは別の材料で形成されている、パーティキュレートフィルタが提供される。
このように構成されるパーティキュレートフィルタでは触媒担持部材は隔壁とは別の材料で形成される。

請求項３の発明によれば、請求項１の発明において、セルが栓部材で閉塞され、栓部材が副隔壁連結部材を兼ね、栓部材と副隔壁が一体に形成されている、パーティキュレートフィルタが提供される。
このように構成されるパーティキュレートフィルタでは副隔壁が栓部材により連結され、一体に形成されている。

請求項４の発明によれば、請求項１の発明において、ガス導入セルに配設される副隔壁の上流側先端部が先細の形状にされている、パーティキュレートフィルタが提供される。
このように構成されるパーティキュレートフィルタではガス導入セルに配設される副隔壁の上流側先端部が先細の形状にされている。

各請求項に記載の発明は、排気ガスのパーティキュレートフィルタであって、
多孔性の材料から成る隔壁で排気ガスを導入するガス導入セルと排気ガスを排出するガス排出セルを互いに平行に隣接させて多数形成し、ガス導入セルの下流側端部およびガス排出セルの上流側端部を閉塞し、ガス導入セルの上流側の開放された入口から導入した排気ガスを隔壁を通過せしめてガス排出セルの下流側の開放された出口から排出し、隔壁によりパーティキュレートを捕集し、少なくともガス導入セル内に隔壁が捕集したパーティキュレートの燃焼分解を促進する活性酸素を供給する触媒を担持した触媒担持部材が配設されているが、触媒担持部材は一体物または集合体として、隔壁とは別個に形成され、かつ、セル内で移動しないようにされている、隔壁に平行に延伸する副隔壁であり、副隔壁が、副隔壁連結部材により、互いに連結されている。
したがって、触媒担持部材の設計の自由度が大きく、かつ、製造、組立が容易である。
また、触媒担持部材が、隔壁とは別の材料で形成されているので加工の自由度も増え、全体の設計自由度が格段に大きい。

特に、請求項３の発明のようにすれば、触媒担持部材が隔壁に平行に延伸する副隔壁とされるが、この副隔壁がセルを閉塞する栓部材と一体に成形され製造、組立が容易である。

特に、請求項４の発明のようにすれば、ガス導入セルに配設される副隔壁の上流側先端部が先細の形状にされているので副隔壁の先端にパーティキュレートが堆積することが防止される。

以下、添付の図面を参照して、本発明のパーティキュレートフィルタの実施の形態を説明する。
図１は第１の実施の形態のパーティキュレートフィルタの構造を説明する図であって、（Ａ）は排気ガスを導入する側から見た図であり、（Ｂ）は（Ａ）のIA-IA線による断面図であり、（Ｃ）は分解斜視図であり、それぞれ、パーティキュレートフィルタの一部分のみ示している。

排気ガスを導入するガス導入セル１０ａと排気ガスを排出するガス排出セル１０ｂが隔壁１１によって区画形成されている。隔壁１１は、微小な孔を多数有する多孔性の材料、例えば、セラミックやゼオライト等の所謂多孔質材料で形成されているがパーティキュレートを捕集できるものであれば他の材料でもよい。ガス導入セル１０ａ内に隔壁１１と別体に形成された副隔壁１２が、触媒担持部材として、配設されている。副隔壁１２は隔壁１１よりも薄い肉厚で形成されている。

副隔壁１２は隔壁１１と同じ材質で形成してもよいし、あるいは、別の材質、例えば、金属板等で形成してもよい。同じ材質で形成する場合は、気孔率が小さいものとすることが好ましい。これは、気孔率が小さい方が剛性が高くなり、その結果、より薄く成形することが可能となるからである。

副隔壁１２は隣接するガス排出セル１０ｂの上流側を閉塞する栓部材１３ｂと一体に成形され接続されている。また、副隔壁１２の上流側端部、および、栓部材１３のセルよりも上流側の部分は先細に尖らせてある。このように、先細にすることによって、副隔壁１２および栓部材１３ｂの上流側端部にパーティキュレートが堆積することが防止される。なお、ガス導入セル１０ａの下流側を閉塞する栓部材１３ａは隔壁と一体で成形されている。

そして、ガス導入セル１０ａを形成している隔壁１１の面および副隔壁１２の表面には、図示しないが、酸化触媒がコーティングされている。あるいは、ＮＯｘ吸着材と酸化触媒を含むＮＯｘ吸着層をコーティングしてもよい。これらの層は、排ガス中の成分と反応して活性酸素を生成する。隔壁１１にコーティングされた層で生成された活性酸素は隔壁内の気孔中のパーティキュレートを燃焼分解し、副隔壁１２にコーティングされた層で生成された活性酸素は隔壁１１の表面に付着したパーティキュレートを燃焼分解する。

図２は第１の実施の形態の第１変形例をガス導入口の側から見た図であって、副隔壁１２を対角線に配設した点が第１の実施の形態と異なる。
図３の（Ａ）は第１の実施の形態の第２変形例をガス導入口の側から見た図であって、副隔壁１２は円筒形に形成され、隔壁１１から離間している。そこで、（Ｂ）に示すように、副隔壁１２そのものに孔１２ａを多数あけておき、ガス導入セル１０ｂの下流側に配置される栓部材１３ａに副隔壁１２が係合できる突起１４ａを形成しておく。一方、上流側は隣接するガス排出セル１０ｂの栓部材１３ｂと固定部材１４ｂで架橋接続する。したがって、この第１の実施の形態の第２変形例における副隔壁１２は金属で形成するのが好ましい。
この第１変形例、第２変形例の場合も、ガス導入セル１０ａを形成している隔壁１１の面および副隔壁１２には酸化触媒、または、ＮＯｘ吸着層がコーティングされており、これらで生成される活性酸素が捕集されたパーティキュレートの燃焼分解を促進する。

次に第２の実施の形態について説明する。この第２の実施の形態は、触媒担持部材は、ガス導入セル１０ａ内に副隔壁を設けて形成するのではなく、金属フィラメントをランダムにまとめた、所謂金属たわし状の、金属フィラメント集合体１５を押し込んだものとして形成されている。そして、ガス導入セル１０ａを形成している隔壁１１の面および金属フィラメント集合体１５にの表面には酸化触媒、または、ＮＯｘ吸着層がコーティングされており、これらで生成される活性酸素が捕集されたパーティキュレートの燃焼分解を促進する。
図４の（Ａ）がこの第２の実施の形態をガス導入口の側から見た図であって、（Ｂ）は（Ａ）のIVB-IVB線で切った断面図である。
金属フィラメント集合体１５は弾性を有するのでセル内に押し込むだけで位置は固定され、特に支持部材は必要としない。したがって、製造、組立が非常に容易である。

次に第３の実施の形態について説明する。図５の（Ａ）この第３の実施の形態をガス導入口の側から見た図であって、（Ｂ）は（Ａ）のVB-VB線で切った断面図、（Ｃ）は単体の斜視図である。図に示されるように、触媒担持部材は、セルの長手方向に延伸する線状、あるいは、棒状の中心部材１６ａと、中心部材１６ａから中心部材１６ａに対して略直角方向に放射状に延伸する多数の放射状部材１６ｂから成り、所謂、試験管洗浄ブラシのように形成される。放射状部材１６ｂは弾性を有するように細い線状に形成されており、一部、または、全部が隔壁に接するような長さにされている。したがって、一旦、セル内に装着されれば、移動することはない。そして、ガス導入セル１０ａを形成している隔壁１１の面および触媒担持部材の中心部材１６ａ、放射状部材１６ｂの表面には酸化触媒、または、ＮＯｘ吸着層がコーティングされており、これらで生成される活性酸素が捕集されたパーティキュレートの燃焼分解を促進する。

次に第４の実施の形態について説明する。図６の（Ａ）がこの第４の実施の形態をガス導入口の側から見た図であって、（Ｂ）は（Ａ）のVIB-VIB線で切った断面図である。この第４の実施の形態のパーティキュレートフィルタ２０は図示されるように全体が円形の断面を有していて、破線で示されるのが、金属不織布から成る渦巻き状の隔壁２１であり、実線で示されるのが触媒担持部材としての金属板からなる渦巻き状の副隔壁２２である。ガス導入セル２０ａを形成している隔壁２１の面、および、副隔壁２２を形成する金属板の表面には酸化触媒、または、ＮＯｘ吸着層がコーティングされており、これらで生成される活性酸素が捕集されたパーティキュレートの燃焼分解を促進する。

隔壁２１は、（Ｂ）に示されるように、例えば、外側１番目のものと外側２番目のものが下流側で結合され、外側２番目のものと外側３番目のものが上流側で結合され、外側３番目のものと外側４番目のものが下流側で結合される、というように、最も外側と最も内側のものを除き、上流側と下流側の端部で、一方は半径方向外側に隣接するもの、他方は半径方向内側に隣接するもの結合されている。この結合は圧着または溶着でおこなわれ、栓部材は不要である。このような構造され、ガス導入セル２０ａとガス排出セル２０ｂが形成されている。

図６の（Ｃ）はこの第４の実施の形態の製造方法の一例を示すものであって、３枚の隔壁２１のうち真中のものの一方の端部を上側のものと結合し、真中のものの他方の端部を下側のものと結合し、上側のものと真中のものの間に副隔壁２２を挿入し、これを渦巻き状に成形していくというものである。しかし、副隔壁２２を渦巻き状に成形して後から挿入してもよい。このように形成されるので副隔壁２２は移動することはない。

次に第５の実施の形態を説明する。図７の（Ａ）が第５の実施の形態のパーティキュレートフィルタ３０をガス導入口の側から見た図であり、（Ｂ）は（Ａ）のVIIB-VIB線で切った断面図である。図示されるように隔壁３１が同心円上に配置されガス導入セル３０ａとガス排出セル３０ｂが半径方向に交互を並んでいる。

隔壁３１は下流側の栓部材３３ａ、上流側の栓部材３３ｂと共に、セルメット（金属多孔質部材）で一体に成形されているが、第１の実施の形態と同様な材料で形成することも可能である。そして、ガス導入セル３０ａ内に副隔壁３２が配設されている。副隔壁３２は隔壁３１と同じセルメットや、金属板、あるいは、セラミック材料で形成されている。ガス導入セル３０ａを形成している隔壁３１の面、および、副隔壁３２の表面には酸化触媒、または、ＮＯｘ吸着層がコーティングされており、これらで生成される活性酸素が捕集されたパーティキュレートの燃焼分解を促進する。そして、副隔壁３２は上流側端部で支持部材３４に結合され、支持部材３４自体は最外周部で隔壁３１に固定されているので、副隔壁３２は移動しない。

本発明は、排気ガス中のパーティキュレートを捕集するパーティキュレートフィルタに適用されるが同じ様な構造を有する他のフィルタ類にも適用することができる。

第１の実施の形態のパーティキュレートフィルタを説明する図であって、（Ａ）はガス導入口側から見た図である。（Ｂ）は（Ａ）のIB-IB線で切って見た断面図である。（Ｃ）は分解組み立て図である。 第１の実施の形態の第１変形例をガス導入口側から見た図である。 第１の実施の形態のパーティキュレートフィルタを説明する図であって、（Ａ）第１の実施の形態の第２変形例をガス導入口側から見た図である。（Ｂ）分解組み立て図である。 第２の実施の形態のパーティキュレートフィルタを説明する図であって、（Ａ）はガス導入口側から見た図である。（Ｂ）は（Ａ）のIVB-IVB線で切って見た断面図である。 第３の実施の形態のパーティキュレートフィルタを説明する図であって、（Ａ）はガス導入口側から見た図である。（Ｂ）は（Ａ）のVB-VB線で切って見た断面図である。 第４の実施の形態のパーティキュレートフィルタを説明する図であって、（Ａ）はガスの流れに直角な平面で切って見た断面である。（Ｂ）はガスの流れに平行な平面で切って見た断面である。 第５の実施の形態のパーティキュレートフィルタを説明する図であって、（Ａ）はガス導入口側から見た図である。（Ｂ）は（Ａ）のVIIB-VIIB線で切って見た断面図である。

符号の説明

１０ａ、２０ａ，３０ａ…ガス導入セル
１０ｂ，２０ｂ，３０ｂ…ガス排出セル
１１，２１，３１…隔壁
１２，２２，３２…副隔壁
１３ａ，２３ａ，３３ａ…下流側栓部材
１３ｂ，２３ｂ，３３ｂ…上流側栓部材
１４ａ，１４ｂ，３４…支持部材
１５…金属フィラメント集合体
１６ａ…中心部材
１６ｂ…放射状部材

Claims (4)

1. 排気ガスのパーティキュレートフィルタであって、
   多孔性の材料から成る隔壁で排気ガスを導入するガス導入セルと排気ガスを排出するガス排出セルを互いに平行に隣接させて多数形成し、ガス導入セルの下流側端部およびガス排出セルの上流側端部を閉塞し、ガス導入セルの上流側の開放された入口から導入した排気ガスを隔壁を通過せしめてガス排出セルの下流側の開放された出口から排出し、隔壁によりパーティキュレートを捕集し、ガス導入セルとガス排出セルの内の、少なくともガス導入セルに、隔壁が捕集したパーティキュレートの燃焼分解を促進する活性酸素を供給する触媒を担持した触媒担持部材を配設したものにおいて、
   前記触媒担持部材が、一体物または集合体として、隔壁とは別個に形成され、かつ、セル内で移動しないようにされている、隔壁に平行に延伸する副隔壁であり、
   副隔壁が、副隔壁連結部材により、互いに連結されている、
   ことを特徴とするパーティキュレートフィルタ。
2. 触媒担持部材が、隔壁とは別の材料で形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のパーティキュレートフィルタ。
3. セルが栓部材で閉塞され、栓部材が副隔壁連結部材を兼ね、栓部材と副隔壁が一体に形成されている、ことを請求項１に記載の特徴とするパーティキュレートフィルタ。
4. ガス導入セルに配設される副隔壁の上流側先端部が先細の形状にされている、ことを特徴とする請求項１に記載のパーティキュレートフィルタ。

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