JPH04121412A - ディーゼルエンジン排気用パティキュレートトラップ - 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から排気されるパティキュ
レートを捕捉除去するために用いられるフィルタートラ
ップに関する。

（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、王にＮＯＸと
、カーボンを主体とするすす状微粒子（パティキュレー
ト）の除去が重要な課題である。

これらの有害成分を除去するために、過給を行ったり燃
料噴射系の改善や燃焼室形状の改善を行ったり、エンジ
ン側の努力も行われているが、抜本的な決め手がな（、
後処理による除去が不可欠である。

排気ガス有害成分中、パティキュレートは固体カーボン
と、有機溶媒に熔解する可溶性有機物からなり、フィル
タートラップによって捕捉除去する方法が最も実用的で
あると考えられている。

ところで、ディーゼルエンジン排気に含まれる微粒子を
捕捉するためのフィルタートラップメディアとしては、
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。第１には、必要とされる排気ガスの清浄度を満足さ
せうるだけの、パティキュレートに対する、捕集効率を
持っていることが必要である。第２にはエンジン排気は
、このトラップを遍して排出されるわけだから、エンジ
ンに過度な背圧をかけないためには、排気ガス流動時の
通気圧力損失が小さい必要がある。初期圧力損失が小さ
いことはもちろん、パティキュレートがトラップされて
も圧力損失が上がりにくいことが要求される。すなわち
、第１および第２の要求を満足させるようフィルタート
ラップの形状や構造が設計されなければならない。

また、トラップメディアにある程度以上パティキュレー
トがトラップされると、トラップされたパティキュレー
トを除去再生して捕集能を回復してやる必要がある。再
生方法としては、電熱またはバーナー加熱によって微粒
子を燃焼除去する方法が最も有力な方法だと考えられて
いる。したがって、第３の要求性能として、繰り返し行
われるこの再生処理に対する耐久性が必要である。

現時点で、トラップメディアとしては、排気ガスに対す
る耐触性、耐熱性、捕集性能および再生に対する耐久性
の面からコーディエライトセラミックスのハニカム状多
孔体が、最も実用化に近い材料と言われている。しかし
ながら、コーディエライトセラミックスをフィルタート
ランプとして用いた場合、再生時にはパティキュレート
の燃焼によってトラップメディアに局所的な温度分布が
生しやすく、熱応力によって亀裂を生じるのを防くため
には、再生条件のコントロールが極めて難しく未だ実用
になっていないのが現状である。

〔発明が解決しようとする課題〕

そこで、この発明は、低圧力損失で、捕集効率も高く、
再生時の熱応力にも耐え得るディーゼルエンジン排気用
パティキュレートトラップを提供しようとするものであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題を解決するために、この発明は、ディーゼル
エンジン排気用パティキュレートトラップを次のような
構成としたのである。

すなわち、ガス流入口とガス流出口を設けたトラップホ
ルダー内に、耐熱合金からなる三次元網状構造多孔体に
よって形成したパティキュレート捕集体を収容した構成
としたのである。

［作用］ 三次元網状構造多孔体は、第１図に示すように、連結す
る骨格とポケント状の空間からなる多孔体であり、多孔
率が高いために、ガス流動抵抗がきわめて小さい割に、
−旦ボケノト状の空間捕集性能が優れている。また、耐
熱性にも優れている。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例について説明する。

この発明に係るディーゼルエンジン排気用パティキュレ
ートトラップは、第２図ないし第１７図においてガス流
入口３とガス流出口４を設けたトラ・７プホルダー２内
に、耐熱合金から三次元網状構造多孔体１によって形成
したパティキュレート捕集体５を収容したものである。

上記三次元網状構造多孔体を形成する耐熱合金としては
、例えばニッケルークロム−鉄合金を使用することがで
きる。

ディーゼルエンジンの排気には、燃焼ガス以外に、硫化
物等の腐食性の強い成分が含まれているが、ニッケルー
クロム−鉄合金からなる三次元網状構造多孔体は、４０
０〜５００°Ｃの高温下で常時この雰囲気にさらされて
も損耗しない高温耐食性を満足する。

さらに、再生時には、微粒子の燃焼によって、ニッケル
ークロム−鉄合金からなる三次元網状構造多孔体のトラ
ップメディアは一時的に、１０００°Ｃ近い高温にさら
されることになるが、この温度、雰囲気条件において、
溶解もしくは、著しい腐食を受けず、十分実用になる耐
性を持っている。また、再生時においても、熱応力によ
って亀裂を生じるようなことはない。

上述の腐食条件に対して、最も優れた耐性を示すニッケ
ルークロム−鉄合金の組成は、実験の結果、ニッケル４
０〜６０ｗｔ％、クロム１５〜３０−ｔ％、残部が鉄か
ら成る場合であることが判った。

次に、三次元網状構造多孔体を使ったフィルタートラッ
プのフィルターとしての性能は、主に次の二つの要因で
決まる。

一つは用いる三次元網状構造多孔体の空孔径であり、捕
集特性を高くするということと、フィルタートラップに
おける圧力損失を小さくするということのバランスから
用いる三次元網状構造多孔体の空孔径が決まる。三次元
網状構造多孔体の孔径は、捕集効率の面から、米国およ
び日本で捉唱されている排気ガス規制値を満足させるた
めには、平均孔径０．１〜０．５鵬である必要がある。

平均孔径が０．１肛以下の場合には、捕集効率としては
優れているが、通気抵抗が過大となる。平均孔径０．５
鵬以上では、初期もしくは、再生処理直後の捕集効率が
不十分で上述の規制値を満足することが難しい。

トラップに排気ガスを流した時の通気抵抗は、三次元網
状構造多孔体の平均孔径だけでなく、その厚さも影響す
る。一般に、ディーゼルエンジンに対しては、トラップ
部で０．０４ｋｇ／ｃ１１以上の圧力損失が生じると、
エンジンに過大な背圧がかかり、エンジンの作動に悪影
響を与えるため、トラップメディアは、孔径に応して厚
さを調整し、通気抵抗が０．０４ｋｇ／ｃｄ以下となる
ようムこする必要がある。

一つめはフィルタートラップの構造的要因である。すな
わちコンパクトで、より大きなフィルター面積を取るこ
とがより良いフィルター特性を発揮させるだけでなく、
再生のインターバルを長くさせる意味からも重要である
。同時に、構造設計は、三次元網状構造多孔体に適した
もので、且つエンジン排気管への取り付けに通したもの
でなければならない。このような観点から、トラップホ
ルダー２内に収容されるパティキュレート捕集体５の構
造としては、第２図乃至第１７図に示すような例がある
。

第２図及び第３図に示す例は、ブロック状の三次元網状
構造多孔体１に、ガス流入口３側からガス流出口４側に
向かってガス通路用の孔部６を形成したものである。上
記孔部６は、ガス流出口４側からガス流入口３側に向か
って形成するようにしてもよく、また、第４図及び第５
図に示す例のように、ガス流入口３側からガス流出口４
側に向かって形成された孔部６と、反対にガス流出口４
側からガス流入口３側に向かって形成された孔部６′と
が各々隣合うようにしてもよい。

このような構造にすると、三次元網状構造多孔体１を単
純なプロ、り形状にした場合に比し、大きなフィルター
面積を取れ、且つ実質フィルター厚みを薄く取れるため
排気ガス通過時の圧力損失を小さくすることができる。

また、第４図及び第５図に示す例のように、流入側から
の孔部６と流出側からの孔部６′を可能な限り各々隣合
うように配置することによって上記効果を最大限に生か
すことができる。

第６図及び第７図に示す例は、三次元網状構造多孔体１
によって形成した筒体７を複数本、軸心がガスの流れ方
向に沿うようにトラップホルダー２内に均等に収容し、
各筒体７のガス流出口４例の端部外周面とトランプホル
ダ−２内周面との間に形成される空間と、各筒体７のガ
ス流入口３例の端面開口とをそれぞれシール部材８によ
って閉塞したものであり、排気ガスは第６図に矢印で示
すように、筒体７の外面側から筒体７の内面側に通過す
る。また、第６図及び第７図に示す例と、シール部材８
を逆にして、排気ガスを筒体７の内面側から筒体７の外
面側へ通過させるようにしてもよい。

このような構造も、フィルター面積を大きくし、圧力損
失を小さくするのに有効である。

第８回及び第９図に示す例は、端面開口の外周面にフラ
ンジを設けた有底筒形に成形した三次元網状構造多孔体
１の筒体７を複数本、フランジをガス流入口３側に向け
、且つ軸心がガスの流れ方向に沿うようにトラップホル
ダー２内に均一に収容し、各筒体７の端面開口の外周面
とトラップホルダー２の内周面との間に形成される空間
を閉塞するシール部材８を、上記フランジの内側に取付
けたものであり、排気ガスは第８図に矢印で示すように
筒体７の内面側から外面側に通過する。また、排気ガス
が、筒体７の外面側から内面側に通過するように、筒体
７の向きを逆方向に向けてもよく、その場合も同様の効
果が得られる。

第１０図及び第１１図に示す例は、三次元網状構造多孔
体１によって形成した径の異なる複数本の筒体７を、各
筒体７間に所定の隙間をあけて同心上に重ね合わせてト
ラップホルダー２内に収容し、最も外側に位置する筒体
７の一端の外周面とトラップホルダ２の内周面との間に
形成される空間と、各筒体７間に形成される一端の隙間
と、最も内側に位置する筒体７の端面開口がそれぞれ、
ガス流入口３側とガス流入口４側において互い違いにな
るようにシール部材８によって閉塞したものであり、排
気ガスは第１０図に示すように各筒体７を通過する。

第１２図及び第１３図に示す例は、三次元網状構造多孔
体１によって形成した周方向にコルゲートを持つ筒体７
を、トラップホルダー２内に収容し、この筒体７のガス
流入口３側の端面開口と、ガス流出口４例の筒体７の外
周面とトラップホルダ−２内周面との間に形成される空
間とを、シール部材８によって閉塞したものであり、排
気ガスは第１２図に示すように、筒体７の外面側から筒
体７の内面側に通過する。この例の場合も、シール方向
を逆に、すなわち、筒体７のガス流出口４側の端面開口
と、ガス流入口３例の筒体７の外周面とトラップホルダ
−２内周面との間に形成される空間とを、シール部材８
によって閉塞するようにして、排気ガスを筒体７の内面
側から筒体７の外面側へ通過させてもよい。

第１４図及び第１５図に示す例は、三次元網状構造多孔
体１によって形成した軸方向にコルゲートを持つ筒体７
を、トラップホルダー２内に収容し、この筒体７のガス
流入口３例の端面開口と、ガス流出口４側の筒体７の外
周面とトラップホルダ−２内周面との間に形成される空
間とを、シール部材８によって閉塞したものであり、排
気ガスは第１４図に示すように、筒体７の外面側から筒
体７の内面側へ通過する。この例の場合も、シール方向
を逆にすることによって、ガスの流れ方向を逆にしても
同様の効果が得られる。

第１６図及び第１７図に示す例は、第１４図及び第１７
図に示す例と同様の例であり、軸方向にコルゲートを持
つ筒体７を、直径の異なるリング状の三次元網状構造多
孔体１を積層することによって形成したものである。

以上の例は、コンパクトで、より大きなフィルター面積
を実現するための一例であり、この発明は上記の例に限
定されるものではない。

また、上記の各々の例において、ガス流出口４例の三次
元網状構造多孔体１の孔径を、他の部分の孔径よりも小
さくすることによって、捕集効率を向上させることがで
きると共に、−旦捕捉されたパティキュレートが排出さ
れるいわゆるブローオフ現象を防ぐことができる。三次
元網状構造多孔体の孔径を、ガス流出口４側部分のみ小
さくすることは、例えば孔径を小さくした部分のみ塑性
変形されることによって実現可能である。

〔発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、低圧力損失で、捕集
効率も高く、再生時の熱応力にも耐え得るディーゼルエ
ンジン排気用パティキュレートトラップが得られるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は三次元網状構造多孔体の拡大図、第２図及び第
３図、第４図及び第５図、第６図及び第７図、第８図及
び第９図、第１０図及び第１１図、第１２図及び第１３
図、第１４図及び第１５図、第１６図及び第１７図はそ
れぞれこの発明に係るディーゼルエンジン排気用パティ
キュレートトラップの縦断正面図及びトラップ長手方向
中央部縦断側面口である。 １・・・・・・三次元網状構造多孔体、２・・・・・・
トラップホルダー ３・・・・・・ガス流入口、　　４・・・・・・ガス流
出口、５・・・・・・パティキュレート捕集体、６・・
・・・・孔部、　　　　　７・・・・・・筒体、８・・
・・・・シール部材。 第６図 第８図 第１０図 ：＄７図 第９図 第１１図 第１２図 第１４図 第１６図 ｇＦＪ１３図 第１５図 Ｗｊ１７図

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガス流入口とガス流出口を設けたトラップホルダ
   ー内に、耐熱合金からなる三次元網状構造多孔体によっ
   て形成したパティキュレート捕集体を収容したディーゼ
   ルエンジン排気用パティキュレートトラップ。
2. （２）上部パティキュレート捕集体を、ガス流入口側又
   はガス流出口側から内側に向かってガス通路用の孔部が
   形成されたブロック状の三次元網状構造多孔体によって
   構成したことを特徴とする請求項（１）記載のディーゼ
   ルエンジン排気用パティキュレートトラップ。
3. （３）請求項（２）記載のガス通路用の孔部が、ガス流
   入口側とガス流出口側の両方から内側に向かって形成さ
   れていることを特徴とするディーゼルエンジン排気用パ
   ティキュレートトラップ。
4. （４）三次元網状構造多孔体によって形成した筒体を複
   数本、軸心がガスの流れ方向に沿うようにトラツプホル
   ダー内に収容し、各筒体の一方の端部外周面とトラップ
   ホルダー内周面との間に形成される空間と、各筒体の他
   方の端面開口とをそれぞれシール部材によって閉塞して
   パティキュレート捕集体を形成した請求項（１）記載の
   ディーゼルエンジン排気用パティキュレートトラップ。
5. （５）端面開口の外周面にフランジを設けた有底筒形の
   三次元網状構造多孔体の筒体を複数本、軸心がガスの流
   れ方向に沿うようにトラップホルダー内に収容し、各筒
   体の端面開口の外周面とトラップホルダー内周面との間
   に形成される空間を閉塞するシール部材を、上記フラン
   ジの内側に取付けてパティキュレート捕集体を形成した
   請求項（１）記載のディーゼルエンジン排気用パティキ
   ュレートトラップ。
6. （６）三次元網状構造多孔体によって形成した径の異な
   る複数本の筒体を、各筒体間に所定の隙間をあけて同心
   上に重ね合わせてトラップホルダー内に収容し、最も外
   側に位置する筒体の一端の外周面とトラップホルダーの
   内周面との間に形成される空間と、各筒体間に形成され
   る一端の隙間と、最も内側に位置する筒体の端面開口を
   それぞれ、ガス流入口側とガス流出口側において互い違
   いになるようにシール部材によって閉塞してパティキユ
   レート捕集体を形成した請求項（１）記載のディーゼル
   エンジン排気用パティキュレートトラップ。
7. （７）三次元網状構造多孔体によって形成した周方向又
   は軸方向にコルゲートを持つ筒体を、トラップホルダー
   内に収容し、この筒体の一端の端面開口と、他端の外周
   面とトラップホルダー内周面との間に形成される空間と
   をシール部材によって閉塞してパティキュレート捕集体
   を形成した請求項（１）記載のディーゼルエンジン排気
   用パティキュレートトラップ。
8. （８）パティキュレート捕集体を形成する三次元網状構
   造多孔体の孔径が、ガス流出口側部分において他の部分
   よりも小さくなっている請求項（１）乃至（７）のいず
   れかに記載のディーゼルエンジン排気用パティキュレー
   トトラップ。