JPH01297115A - ディーゼルエンジンの排気ガスを清浄化するためのフィルター用セラミックフォーム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野： 本発明は、ディーゼルエンジンの排気ガスを清浄化する
ためのフィルター用セラミックフオームに関する。

従来の技術： ディーゼルエンジンのある特定の運転条件においては、
ディーゼル煤用セラミックフオームフィルターは煤粒子
を全く濾過しないか、あるいは極めてわずかしか濾過し
ないことが明らかとなっている。このことは、排気温度
及び排気速度が高いとき、とりわけディーゼルエンジン
が全負荷状態で走行しているときに起こる。煤粒子の濾
過の程度が不十分であることは、セラミックフオームに
対する煤粒子の付着が極めて少ないことかられかる。付
着係数が不十分であるため、煤をセラミックフオーム内
に保持しておくことができず、従つて煤の凝集塊を形成
しえなくなるからである。しかし、この種のフィルター
について高い作用効率を得るためには、凝集塊の形成が
不可欠である。

環境上の問題を考慮し、発明者らは、ディーゼルエンジ
ンの全ての運転条件において、特にいわゆる乾燥煤（吸
着される炭化水素類を含まない煤）が堆積するような範
囲においてフィルターが高度の濾過能力を有するような
形で、煤粒子の付着を増大させることによって、セラミ
ックフオームを使用したディーゼル煤用フィルターの濾
過作用を高めることを目標として検討した。

従って、上記目標を達成できるようなセラミックフオー
ムフィルターを製造すること、及びこの種のセラミック
フオームフィルターを製造する方法を明らかにすること
が本発明の目的である。

通常、炭化水素類は、煤が多孔質セラミックフオーム構
造物内に付着されるのを促進する。従って、普通のセラ
ミックフオームを使用した場合、排気ガス中に炭化水素
類が存在しないか、あるいは炭化水素類の含量が平均よ
り少ないときは、煤粒子の濾過割合が低下する。

本発明によれば、本発明の目的は、ピークとピークの間
隔が約１〜１００μｍ１好ましくは１〜１０μｍである
ような粗化された表面を特徴とする、ディーゼルエンジ
ンの排気ガスを清浄化するためのセラミックフオームフ
ィルターによって達成される。本発明によるセラミック
フオームフィルターは、さらに、ピーク高さが１００μ
ｍ以下、好ましくは５０　ｔｔｍ以下で、１インチ（２
，５４ｃ７ｒＬ）の直線長さ当たり３０〜８０個という
多孔度であることを特徴とする。

本発明によるセラミックフオームフィルターの製造に関
する目的は、無機物質の付着によって表面が粗化され、
必要に応じて、引き続き加熱処理による分解を受ける、
という方法によって達成される。無機物質の付着は、水
酸化物又は塩の付着を起こすような過飽和溶液から析出
法によって行うのが好ましい。本方法はさらに、前記の
過飽和溶液がアルミニウムで過飽和した苛性ソーダ溶液
であることを特徴とし、従って、付着させた物質は水酸
化アルミニウムであり、これは引き続き加熱処理によっ
て酸化アルミニウムに転化させることができる。

前記の目的は、全範囲のエンジン運転条件下において、
ディーゼル、エンジンの排気ガス内に存在する煤粒子を
効果的かつ効率的に捕捉することのできるような比較的
山の高い表面粗さを有する外表面が得られるよう処理さ
れたセラミックフオームフィルター本体によって達成さ
れる。

セラミックフオームフィルター本体は、当技術分野で公
知の適切な方法を用いて、当技術分野で公知の従来のセ
ラミックフオーム用材料から形成することができる。例
えは、フィルター本体は、米国特許筒４，０２４，２１
２号明細書に記載の方法を使用して形成することができ
る。フィルター不休は、１インチ（２，５４ｃｒｒＬ）
直線長さ当たシ３゜〜８０個の孔が存在するような多孔
度を有するのが好ましい。キン青石（コージエライ）が
好ましいフィルター用材料であるが、低発泡性材料（例
えば、チタン酸アルミニウム）のような他のセラミック
組成物も使用することができる。

無機物質の層を付着させることにより、そして必要に応
じて、引き続き加熱処理による分解を施すことにより、
フィルター本体の表面が粗化される。表面を粗化する際
には、各表面に付着させて得られた層が約１０ミフロン
〜約２００ミクロンの範囲の厚さを有し、そしてフィル
ター系の背圧増大が防止できるよう１００μｍ以下の、
好ましくは５０μｍ以下のピーク高さを有する粒子から
形成されるのが望ましい。さらに、通常は極微小のディ
ーゼル煤粒子の捕捉が確実にできるように、粒子間のピ
ークとピーク間隔は約１〜１００μｍ１好ましくは約１
〜１０μｍであるのが望ましい。

本発明に従って形成した付着層により、フィルター本体
には、約ｓｏｍｙ／ｃｆｆｌ〜約２００　ｍｆＪ／ａｄ
の範囲の、好ましくは約５０臀／ｄ〜約１２０呼／ｄの
範囲の、単位面積当たりの重量が加わる。

表面を粗化して伺着層を形成するのに、いかなる適切な
付着方法も使用することができるが、所望の粗面を形成
するための特に有用な方法は、過飽和溶液からの付着、
例えば約１００ンＮＣＬ２０／ｌ溶液〜約１７０５１Ｎ
α２０／ｌ！　　溶液（好ましくは約１２０〜１３０　
！Ｊ　　Ｎａ２Ｏ／ｌ溶液）をＮａＯＨとして含有し、
約１１０　！　ＡＬｚＯ３／ｇ溶液〜約２３０タ　Ａｌ
２Ｏ３／ｌ溶液を１（ＯＨ）３のようなアルミニウム化
合物の形で含有し、Ｎα２０とＡｌ２Ｏ３のモル比が、
好ましくは］、２０〜１．４５の範囲であるような６０
℃の苛性ソーダ溶液から付着させる方法である。

塩酸のような溶媒としての無機酸も、アルミニウム塩の
付着に対して有用であることが見出された。一般に、溶
媒の選択は、付着させる物質の化学的性質により決まる
。溶媒は、個別の成長ゾーンを露出させるため、あるい
は予備エツチングプロセスまたは付着と同時に行われる
このプロセスにおいて晶出中心を形成させるために、被
覆されるセラミックフオームに対していくらかのエツチ
ング効果を有しているのが望ましい０なぜなら、そうす
ることによって付着させた物質の厚さは不規則となり、
本発明による粗い表面を有するセラミックフオームが得
られるからである。

付着させた物質が水酸化アルミニウムである場合は、加
熱処理を施して水酸化アルミニウムを、殆ど無水の活性
アルミナ又はコランダムのような酸化アルミニウムに転
化させることができる。付着させた物質は、約り００℃
〜約１０００℃（好ましくは約７００’Ｃ〜約８００℃
）の温度で、約１時間〜約５時間焼成することによって
熱分解させることができる。

表面を粗化するだめの他の可能な方法として、化学蒸着
（ＣＶＤ）法を使用することができる０本方法の場合、
付着させる物質として使用するには、５ｊ３Ｎ４．５ｉ
ＣＸＴｊＣ，チタンヒドロキシカーバイド、ＺｒＯ２、
Ａ７２０３　、及びＴｊＮ等が適しているが、Ａｔ２０
３とＴｉＮが特に好適な物質である。ＣＶＤ法を適用す
る場合、付着させる物質が被覆されるセラミックフオー
ムの内部をまっすぐに移送されるように十分な高いガス
速度を使用するよう留意しなければならない。

場所に関係なくできるだけ均一な被覆がセラミックフオ
ーム構造物内に形成されるよう、付着物質の付着速度を
制御する必要がある。特に、被覆されるセラミックフオ
ームの表面において外側の孔を覆うような付着はさけな
ければならない、もし外側孔への付着が起こると、セラ
ミック構造物内への反応ガスの浸透が妨げられるからで
ある。

実施例１ キン青石から作製した円筒状セラミックフオーム本体（
孔サイズ：１インチ（２，５４ｃＴＬ）当たり５０個の
孔；直径：１４２酊；高さ：５］朋）を、Ａｔ２０３過
飽和のＮａＯＨ溶液中にて１２時間処理した。Ｎα２０
（苛性アルカリ）とＡｔ２０３とのモル比は１．３５で
あった。温度は６０″Ｃに保持した。

次いで、セラミックフオーム本体を水ですｒぎ、７００
°Ｃで３時間焼成］−た。本結果を拡大写真にて第１図
及び第２図に示した。表面層は約１００ミクロンの厚さ
を有し、殆ど無水の活性アルミナから構成されていた。

層を形成している粒子は、ピーク高さが約３０ミクロン
、そしてピークとピ−クの間隔が約３０ミクロンであっ
た。層の単位面積尚た９の重量はｉ　２０　ｍｙ／ｃｒ
ｒｔであった。

実施例２ 実施例１０手順に従い、７００℃で３時間焼成してセラ
ミックフオームフィルターを作製した。

得られたフィルターの表面を第３図に示す０本フィルタ
ーを金属製容器に入れ、２．４Ｊデイーゼルエンジンの
排気管に取９付けた０全負荷定常条件下にて、１２００
．２２００．及び４０００　ｒｐｍで、エンジンを運転
した。これら３通りの回転速度から、それぞれ異なる排
気温度（４００，５００゜７００℃）が得られた。各条
件下において、ボッシュ数を測定した。ボッシュ数が高
いことは、排気ガスが煤粒子を多量に含有していること
を表し、清浄な排気ガスからは低いボッシュ数が得られ
る。

比較のため、フィルターを全く使用せずに、またキン青
石で作られている同じセラミックフオーム部分から形成
させたフィルター本体（但し、補足的ないかなる粗面化
処理も施していない）を使用して、テストを繰り返した
。

第４図かられかるように、本発明のフィルターは、各テ
スト条件に対して他の２通りの場合より低いボッシュ数
を有しており、排気ガスの清浄作用がより優れているこ
とを示している。

従って、本発明により、ディーゼルエンジンの排気ガス
を清浄化するためのセラミックフオームフィルター、並
びに前述した目的、手段、及び利点を十分に満足するよ
うなフィルター形成方法が提供されたことになる。特定
の実施態様に関して本発明を説明してきたが、本明細書
の説明に基づいて当接術者には種々の多くの変形が可能
であることは明らかである。従って、このような種々の
変形も本発明の精神と範囲内に包含される。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は、実施例１に記載の手順に従って形成
したセラミックフオームフィルターに対する粗面化され
たフィルター表面を示した顕微鏡写真である。 第３図は、実施例２に記載の手順に従って形成したセラ
ミックフオームフィルターに対する粗面化されたフィル
ター表面を示した顕微鏡写真である０ 第４図は、種々のディーゼルエンジン運転条件下におけ
る各種セラミックフオームフィルターの性能を表すグラ
フを示した図である。 （外４名〕 拭４１２１ 図面゛・浄占、内′谷：１、変更なり、　ｚ’ｊ’５１
、、−　！ミ・ｊ７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、当技術分野で公知の方法により作製されたセラミッ
   クフォームにおいてその表面がピークとピークの間隔が
   約１〜１００μｍ、好ましくは１〜１０μｍとなるよう
   粗化されていることを特徴とする、ディーゼルエンジン
   の排気ガスを清浄化するためのフィルター用セラミック
   フォーム。 ２、ピーク高さが１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ
   であることを特徴とする、請求項第１項に記載のセラミ
   ックフォーム。 ３、１インチ（２．５４ｃｍ）の直線長さ当たり３０〜
   ８０個の孔を含むことを特徴とする、請求項第１又は２
   項に記載のセラミックフォーム。 ４、セラミックフォームの表面が無機物質の付着により
   粗化され、必要に応じて、引き続き加熱処理による分解
   を受けることを特徴とする、請求項第１〜３項のいずれ
   かに記載のセラミックフォームを製造する方法。 ５、前記の無機物質の付着がＣＶＤ法によつて行われる
   ことを特徴とする、請求項第４項に記載の方法。 ６、前記の無機物質の付着が過飽和溶液から行われるこ
   とを特徴とする、請求項第４項に記載の方法。 ７、前記の付着させた物質が水酸化物又は塩であること
   を特徴とする、請求項第６項に記載の方法。 ８、前記過飽和溶液がアルミニウムで過飽和した苛性ソ
   ーダ溶液であることを特徴とする、請求項第６項に記載
   の方法。 ９、前記の付着させた物質が水酸化アルミニウムであり
   、これが加熱処理によつて酸化アルミニウムに転化され
   ることを特徴とする、請求項第８項に記載の方法。 １０、付着がなされる前にセラミックフォームの表面が
   エッチングされることを特徴とする、請求項第４〜９項
   のうちのいずれか一項に記載の方法。