JPH024413A - パティキュレート捕集用フィルタ - 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、内燃機関から排出される排気ガスを浄化する
ためのフィルタ、特にディーゼルエンジンから排出され
るパティキュレートを捕集するためのフィルタに関する
。

（従来の技術） 従来、ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレ
ートを捕集するためのフィルタとして、ハニカム状また
はフオーム状のセラミック構造体が使用されている。こ
のうち、ハニカム状セラミック構造体は、例えば第６図
に示すように、多孔質のセラミックからなる隔壁１゛に
より排気ガスの流通方向に向いた多数のセル１１を形成
し、そのセル１１の両端開口部を交互に栓１０で閉塞し
た構造を有する。また、触媒担持能力を高めるため、前
記隔壁にγアルミナ被膜を設けたものもある。上記ハニ
カム状セラミック構造体からなるフィルタは、セル１１
の開口部を排気ガスの上・下流に向けてエンジンの排気
系に取り付けられ、排気ガス１３は、第６図に矢印で示
すように、隔壁１′の細孔を通って、隣接するセル１１
内へ流入し、その際に排気ガス中のパティキュレートが
隔壁１１に捕捉される。

ところで、該フィルタは使用を重ねるに従い、パティキ
ュレートが隔壁に堆積して排気効率が低下するため、捕
捉したパティキュレートを定期的に焼却し、フィルタの
再生を行う必要がある。焼却のための着火手段としては
、一般的に、ヒータ、バーナー等の加熱手段を用いた外
部着火方式が用いられている。外部着火方式は、フィル
タの上流側でパティキュレートに着火し、フィルタ下流
側へ燃焼を伝播させて再生を行うものであり、パティキ
ュレートの燃焼には高い燃焼温度が必要とされるが、上
記従来のセラミック構造体よりなるフィルタは熱伝導性
に劣り、パティキュレートの燃焼熱が下流側のパティキ
ュレートまで伝播されにくいため、燃焼が途中で停止し
て、下流側のパティキュレートが残留することがしばし
ばある。

残留したパティキュレートは、次の再生時に一緒に燃焼
されるため、燃焼温度が著しく高くなり、フィルタが過
熱状態になるという問題を生じる。特に、コージェライ
ト質のフィルタでは下流側になるほど熱が蓄積されやす
く、過熱のためにフィルタにクラックが発生したり、溶
損に至ることもある。また、フィルタの温度が著しく高
くなると、フィルタに担持させておいた触媒が劣化する
こともある。従って、フィルタが高温、例えば１０００
°Ｃ以上になるのは好ましくない。

パティキュレートの燃焼温度を下げて、燃焼効率を上げ
るために、白金、パラジウム等の白金族元素を隔壁に担
持したフィルタ、あるいは銅、マンガン、バナジウム等
の卑金属元素を担持したフィルタ、あるいは銅、銀等の
金属被膜を形成したフィルタが提案されているが、これ
らのフィルタにおいても、充分な燃焼効率は得られてい
ない。

さらに高い燃焼効率を得るために、ハニカム状セラミッ
ク構造体のパティキュレート捕集面に、多種類の微粒子
の捕集能力を有するセラミックと熱伝導性の良好なセラ
ミックとからなる混合被膜を被覆することにより、隔壁
表面の熱伝導性を向上させ、上流側の燃焼熱が確実に下
流側に伝わるようにして、パティキュレートの燃焼効率
を高めたパティキュレート捕集用フィルタが、特開昭６
１−２５２８２０号に開示されている。

前記のように、ハニカム状セラミック構造体においては
、圧力損失を低減するために多孔質の壁構造を採用して
いるが、このような多孔質の壁構造とすると、強度が低
下するという点で問題がある。

この問題を解決するために、特開昭６０−２３５６１９
号には、ハニカムフィルタの外周部に非金属酸化物層を
形成することにより、強度を向上させたパティキュレー
ト捕集用フィルタが開示されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、特開昭６１−２５２８２０号によるパテ
ィキュレート捕集用フィルタは、上記のセラミック混合
被膜によって、隔壁表面の熱伝導性は向上するが、基材
自体には高熱伝導性は付与されないため、再生時に発生
した熱を拡散して、フィルタの過熱によるクランクの発
生や溶損を防止するには至っていない。

また、特開昭６０−２３５６１９号のパティキュレート
捕集用フィルタにおいて強度が向上されるのはフィルタ
の外周部のみであり、隔壁部分の強度の向上は図られて
いない。

従って、本発明は、フィルタの著しい温度上昇を抑制す
ることができ、しかも強度の向上、特に隔壁部分の強度
の向上が達成されたパティキュレート捕集用フィルタを
提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために、本発明のノドティキュレ
ート捕集用フィルタは、フィルタを形成する多孔質のセ
ラミック構造体内に、炭化珪素の微粉末を保持させたこ
とを特徴とする。

炭化珪素の微粉末をセラミック構造体に保持させるには
、例えば、炭化珪素の微粉末、シリカゾル及び水からな
るスラリーをセラミック構造体に含浸し、焼成する。

炭化珪素の微粉末としては、セラミックに含浸しうる粒
径、好ましくは粒径０．１〜１０μｍの粉末を使用する
。また、炭化珪素の含浸量は、達成すべき強度及び耐熱
特性により異なるが、好ましくはフィルタの容積１１あ
たり３０〜１５０ｇに相当する量である。

スラリーは、炭化珪素の微粉末のセラミック構造体への
含浸を容易にするために、比較的低粘度となるように調
整するのが好ましい。

パティキュレート捕集用フィルタの再生性をさらに高め
るために、好ましくは、上記炭化珪素含浸フィルタ表面
に多孔質セラミック層、好ましくは活性アルミナのコー
ト層を形成し、白金族金属、卑金属、複合酸化物等から
選ばれる１種または２種以上の酸化触媒を担持する。

（作用） 本発明のパティキュレート捕集用フィルタは、熱伝導性
の高い炭化珪素が分散されたセラミックよりなるため、
着火した部分の燃焼熱がフィルタ全体に伝導しやすく、
一部が過熱した場合にも、迅速に熱が拡散する。さらに
、炭化珪素により、フィルタ全体の強度が向上する。

（実施例） 以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。

実施例１ 水７０重量部、シリカゾル１０重量部及び炭化珪素の微
粉末５０重量部を混合し、撹拌してなるスラリー中に、
市販のコーディエライト製ハニカムフィルタ基材（直径
９０ｍｍ、長さ１３０　ｍｍ）を浸漬し、引き上げた後
、余分のスラリーを空気流により充分に吹き払った。次
いで１２０°Ｃで２時間乾燥し、７００°Ｃで２時間焼
成した。これにより、炭化珪素をフィルタ容積１２あた
り７５ｇ含有するフィルタが得られた。

このフィルタに、市販のアルミナゾルをコーティングし
、余分なアルミナゾルを充分に吹き払った後、１２０°
Ｃで２時間乾燥し、７００°Ｃで２時間焼成した。これ
により得られたフィルタのアルミナコート量は、フィル
タ容積１１あたり２５ｇであった。

このフィルタを、０．５重量％のＰｄＣ１ｚ溶液に浸漬
し、引き上げ、水洗した後、水素化ホウ素ナトリウムの
０．５重量％溶液に浸漬することにより、還元を行った
。その後、市販の無電解銅メツキ液による銅メツキを行
った。これにより得られたフィルタの銅メツキ量はフィ
ルタ容積１１あたり約２０ｇであった。

このフィルりに、八ｇＮＯ３７５ｇ　、　ＮＨ，ＯＩＩ
　６．４成、ＮａｚＳｚＯｉ　２６ｇ及び蒸留水１０１
００Ｏからなる恨メツキ液を用いて、恨の置換メツキを
行った。これにより得られたフィルタの恨メツキ量は、
フィルタ容積１２あたり約２ｇであった。

これにより、第１図に示すように、隔壁１を構成するコ
ーディエライト製ハニカムフィルタ基材２内に、炭化珪
素の微粉末３が均一に保持され、さらに、基材２の表面
にアルミナコート４並びに銅メツキ層及び恨メツキ層か
らなる触媒担持層５が形成されたパティキュレート捕集
用フィルタが得られた。

実施例２ 実施例１と同様のコーティング方法により、炭化珪素の
微粉末をフィルタ容積ＩＩ！、あたり７５ｇ含み、γ−
アルミナコートがフィルタ容積１！あたり２５ｇコーテ
ィングされたフィルタを得た。

次に、得られたフィルタを１．０ｇ／　ｌの塩化パラジ
ウムの溶液に１時間浸漬し、引き上げ、水洗することに
よりパラジウムを担持させた。得られたフィルタには、
フィルタ容積１１あたり１ｇのパラジウムが担持された
。

次に、得られたフィルタを１．０ｇ／　ｆｉの塩化ロジ
ウムの溶液に１時間浸漬し、引き上げ、水洗し、乾燥さ
せた後、５５０°Ｃで３０分間焼成することによりロジ
ウムを担持させた。

これにより、コーディエライト製ハニカムフィルタ基材
２内に、炭化珪素の微粉末３が均一に保持され、さらに
、基材２の表面にアルミナコート４、並びにパラジウム
及びロジウムを担持してなる触媒担持層５が形成された
パティキュレート捕集用フィルタが得られた。

比較例１： 実施例１で使用したものと同様のハニカムフィルタ基材
を、Ｔ−アルミナ粉末１００重量部、アルミナゾル１０
０重量部、硝酸アルミニウムの４０重量％溶液１５重量
部及び蒸留水６０重量部からなるスラリー中に浸漬し、
引き上げ、余分なスラリーを空気流で充分吹き払った後
、１２０°Ｃで２時間乾燥し、７００°Ｃで２時間焼成
した。こねにより得られたフィルタには、フィルタ容積
１２あたり７５ｇのγ−アルミナコート層が形成された
。

このフィルタに、実施例１と同様の方法により、銅メツ
キを行った。得られたフィルタのメツキ量は、フィルタ
容積１１あたり２０ｇであった。

次に、このフィルタに、実施例１と同様の方法により、
銀メツキを行った。得られたフィルタのメツキ量は、フ
ィルタ容積１１あたり２ｇであった。

これにより、コーディエライト製ハニカムフィルタ基材
の表面にアルミナコート、銅メツキ及び銀メツキが施さ
れたパティキュレート捕集用フィルタが得られた。

比較例２： 実施例１で使用したものと同様のハニカムフィルタ基材
を、Ｔ−アルミナ粉末４５重量部、炭化珪素粉末１５重
量部、アルミナゾル５０重量部、硝酸アルミニウム水溶
液７．５重量部及び蒸留水２５重量部からなるスラリー
中に浸漬し、引き上げ、余分なスラリーを空気流で充分
吹き払った後、１２０°Ｃで２時間乾燥し、７００°Ｃ
で２時間焼成した。これにより得られたフィルタのコー
ティング層は、炭化珪素を３０％含有する。コーティン
グ層全体のコート量は、フィルタ容積１２あたり７５ｇ
に相当する。

このフィルタに、実施例１と同様の方法により銅メツキ
を行った。得られたフィルタの銅メツキ量は、フィルタ
７内１２あたり２０ｇであった。

このフィルタに、実施例１と同様の方法により銀メツキ
を行った。これにより得られたフィルタの恨メツキ量は
、フィルタ容積ＩＣあたり２ｇであった。

これにより、コーディエライト製ハニカムフィルタ基材
の表面に炭化珪素３０％を含むアルミナコート、銅メツ
キ及び銀メツキが施されたパティキュレート捕集用フィ
ルタが得られた。

試験例１： 実施例１，２及び比較例１．２について、サンプルとし
て、各々２個のパティキュレート捕集用フィルタを準備
した。これらのフィルタを排気ｉｔ　２４００　ｃ　ｃ
の渦流室式ディーゼルエンジンの排気系に取り付け、回
転数２０００ｒｐＩ１１トルク７　ｋｇ−ｍの条件で運
転した。各実施例及び試験例の二つのフィルタのうち一
方には、１０時間の運転によりフィルタ容積１℃あたり
１７．０ｇのパティキュレートを付着させ、他方には、
１４時間の運転によりフィルタ容積１１あたり２１　、
０ｇのパティキュレートを付着させた。

次に、第２図に示すようなフィルタ再生装置６を用いて
、酸素１０％を含む空気を０．３ｍ／秒の流量でＡの方
向に流通させながら、各々のパティキュレート捕集用フ
ィルタフのパティキュレートを燃焼させた。該フィルタ
再生装置６において、外部着火手段としてのヒータ８は
、フィルタフの上流側の端面が８００°Ｃになるように
設定されている。また、再生中のフィルタ７内の温度を
測定するために、フィルタ７内の、第２図の一部の拡大
図である第３図、及び第２図のＢ−Ｂ“断面の一部の拡
大図である第４図に示す位置に、熱電対温度計の熱電対
１０が設けられている。

各実施例及び試験例のフィルタのパティキュレート捕集
量（１７ｇ及び２１ｇ）と、上記のフィルタ再生装置に
おいて測定されたフィルタ内の最高温度の関係を第５図
のグラフに示す。

該グラフより明らかなように、実施例１のフィルタ内最
高温度と比較例１のフィルタ内最高温度とを比べると、
パティキュレート捕集量が１７ｇの場合は、実施例１の
フィルタの内部最高温度は比較例１のフィルタより約１
００　’Ｃ低く、パティキュレート捕集量が２１ｇの場
合は、実施例１のフィルタの内部最高温度は比較例１の
フィルタより約２００　’Ｃ低い。

また、実施例１のフィルタ内最高温度と比較例２のフィ
ルタ内最高温度とを比べると、パティキュレート捕集量
が１７ｇの場合は、実施例１のフィルタの内部最高温度
は比較例１のフィル夕より約５０°Ｃ低く、パティキュ
レート捕集量が２１ｇの場合は、実施例１のフィルタの
内部最高温度は比較例１のフィルタより約１２０″Ｃ低
い。

これは、実施例のパティキュレート捕集用フィルタにお
いては、炭化珪素がフィルタ全体に含浸されているため
、フィルタ全体の伝導性が改善されており、パティキュ
レートの燃焼で発生した熱をフィルタ内の一部に滞らせ
ることがないためと考えられる。比較例２においては、
フィルタを炭化珪素アルミナ混合スラリーにより処理し
ているが、該スラリーにセラミックフィルタを浸漬した
場合、スラリーが高粘度であるため、また、炭化珪素が
微粉末でないために、炭化珪素はフィルタの隔壁表面に
しか存在せず、従って、フィルタ内温度を下げるには至
っていないものと考えられる。

試験例２： 実施例及び比較例１及び２のフィルタの隔壁部より、１
ｄのサンプルを各々５個（サンプルＮα１〜５）切り出
し、圧縮破壊強度を測定した。

各サンプルの値及び実施例ごとの平均を第１表に示す。

第１表の結果より明らかなように、実施例のパティキュ
レート捕集用フィルタは、比較例２と比べて約３０％以
上、比較例１と比べて４０％以上強度が向上している。

これは、実施例のフィルタにおいては、強度の向上に寄
与する炭化珪素がフィルタ全体に含浸されているためと
考えられる。

（発明の効果） 本発明のパティキュレート捕集用フィルタにおいては、
熱伝導性の向上及び強度の向上に寄与する炭化珪素が、
フィルタを形成するセラミック構造体内に保持されてい
るため、フィルタ全体の熱伝導性及び強度が著しく向上
する。従って、フィルタを再生する際、パティキュレー
トの燃焼が完全に行われ、しかも部分的に過熱してクラ
ンクや溶損が生じることがない。従って、本発明により
、従来のパティキュレート捕集用フィルタに比べて、パ
ティキュレートの強度及び耐久性の点で格段に優れたパ
ティキュレート捕集用フィルタを提供することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のパティキュレート捕集用フ
ィルタの隔壁部の拡大断面図、第２図は該実施例及び比
較例のパティキュレート捕集用フィルタの試験例におい
て使用される装置を示す断面図、第３図及び第４図は第
２図の装置の熱電対の位置を示す拡大断面図、第５図は
本発明の実施例及び比較例のパティキュレート捕集用フ
ィルタのパティキュレート捕集量とフィルタ内温度との
関係を示すグラフ、第６図は従来のパティキュレート捕
集用フィルタの一部を示す図である。 、１°・・・隔壁　　２・・・ハニカムフィルタ基材・
・・炭化珪素の微粉末　４・・・アルミナコート・・・
触媒担持層　　　　６・・・再生装置・・・パティキュ
レート捕集用フィルタ特許出願人　トヨタ自動車株式会
社 第１ 図 第２図 第３図 第４・図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. フィルタを形成する多孔質のセラミック構造体内に、炭
   化珪素の微粉末を保持させたことを特徴とするパティキ
   ュレート捕集用フィルタ。