JPH04231614A - ディーゼル機関の排気ガス浄化装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はディーゼル機関の排気ガ
ス浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のディーゼル機関の排気ガス浄化装
置として、例えば、実開昭６１−７４６１６号公報開示
のものが知られている。この排気ガス浄化装置は、図６
に示すように、ディーゼル機関１と接続されたエキゾー
ストマニホールド２にエキゾーストパイプ３が接続され
、このエキゾーストパイプ３にはジャケット４が接続さ
れている。このジャケット４内には、ウォールフロー型
のディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦ
という。）９５と、このＤＰＦ９５の外周に対面する再
生用電気ヒータ６とが内装され、ディーゼル機関１の排
気ガスの一部を供給ガスとしてジャケット４内に供給す
るとともに残部をバイパス通路８により迂回させる構成
とされている。

【０００３】この排気ガス浄化装置では、ディーゼル機
関１からの排気ガスがジャケット４内のＤＰＦ９５へ導
かれ、このＤＰＦ９５で排気ガス中に含まれる炭化水素
、カ−ボン等のパティキュレートを捕集する。ある程度
パティキュレートが捕集されれば、燃費性能に影響を及
ぼす程度にまで背圧が上昇してしまうため、再生処理と
して、再生用電気ヒータ６に搭載バッテリ７からスイッ
チを介して例えば１２Ｖの電圧を印加するとともに、所
定量の排気ガスを再生用電気ヒータ６及びＤＰＦ９５に
供給し、再生用電気ヒータ６の熱によりパティキュレー
トを燃焼させ、ＤＰＦ９５の再生を図っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の排気ガ
ス浄化装置では、ＤＰＦ９５が均一にパティキュレート
を捕集するものであるため、このＤＰＦ９５の外周を再
生用電気ヒータ６により例えば１４００℃程度まで加熱
しても、外層側でパティキュレートが少量にしか存在し
なければ、パティキュレートはその外層側で消火してし
まうことがある。この場合、ＤＰＦ９５内の熱伝導によ
っては両端部が５００℃程度までしか昇温しないため、
約６５０℃程度で着火するパティキュレートは上流側及
び下流側の両端部で残存しやすい。たとえ公報記載の技
術によりＤＰＦに白金（Ｐｔ）等の貴金属系活性物質を
担持させたとしても、パティキュレート着火温度は約５
５０℃程度までしか低下せず、やはりそれら両端部では
パティキュレートが残存しやすい。このため、ＤＰＦ９
５は、図７に示すように、両端部に広範囲に燃え残り９
５ａが生じやすく、再生率が低くて捕集能力が充分に回
復せず、充分な再生が困難となっていた。

【０００５】本発明は、再生処理の際にＤＰＦを外周か
ら加熱するディーゼル機関の排気ガス浄化装置において
、ＤＰＦの両端部の燃え残りを極力減少させることを解
決すべき課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のディーゼル機関
の排気ガス浄化装置は、上記課題を解決するため、ＤＰ
Ｆとして、外層側で背圧が低く、内層側で背圧が高く形
成されたものを採用するという新規な手段を講じている
。このようなＤＰＦとしては、外層側から内層側にかけ
て次第に小さくなる気孔をもつもの、外層側から内層側
にかけて次第にセル径が大きくなる（次第に単位面積当
たりのセル数が小さくなる）ものを用いることができる
。この場合、ウォッシュコート層を形成することにより
気孔を次第に小さくすることができる。ウォッシュコー
ト層を形成するウォッシュコート液としては、γ−アル
ミナ、β−アルミナ、α−アルミナ、板チタン石型−チ
タニア、ルチル−チタニア等を含むものを採用すること
ができる。チタニア系のウォッシュコート層であること
が一層好ましい。また、この場合、異なるセル数の担体
を組み合わせることによりセル径を次第に大きくするこ
とができる。

【０００７】ＤＰＦは、少なくとも両端部に五酸化バナ
ジウム（Ｖ２　Ｏ５　）が担持されているものであるこ
とが好ましい。このＶ２　Ｏ５　に白金（Ｐｔ）、パラ
ジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等刺激臭を低減させ
る貴金属系活性物質を組み合わせることもできる。Ｖ２
　Ｏ５　をＤＰＦの全体に担持することもできる。

【０００８】

【作用】本発明の排気ガス浄化装置では、外層側で背圧
が低く、内層側で背圧が高く形成されたＤＰＦを採用し
ているため、外層側でパティキュレートを多く捕集し、
内層側でパティキュレートを少なく捕集する。例えば、
外層側から内層側にかけて次第に小さくなる気孔をもつ
ＤＰＦを採用した場合には、パティキュレートはまず通
気性のよい外層側の大きな気孔から捕集され、その大き
な気孔の通気性が悪くなってから、つまり背圧が高くな
ってから、内層側の小さな気孔で捕集される。また、外
層側から内層側にかけて次第にセル径が大きくなるＤＰ
Ｆを採用した場合には、パティキュレートはまず単位体
積当たりの表面積が大きな外層側の小径のセルで大量に
捕集され、その小径のセルの通気性が悪くなってから、
つまり背圧が高くなってから、内層側の大径のセルで捕
集される。

【０００９】再生処理の際、そのＤＰＦを外周から加熱
すれば、パティキュレートは捕集量の多い外層側で確実
に燃え広がり、ＤＰＦ内の熱伝導も加わって上流側及び
下流側の両端部が約６５０℃以上まで昇温し、パティキ
ュレートがそれら両端部でも燃焼しやすく、ＤＰＦは両
端部に燃え残りを残しにくい。ＤＰＦとしてＶ２　Ｏ５
　を担持したものを採用した場合には、再生処理の際、
最も熱が伝達しにくい両端部で着火温度が低下するため
、両端部に一層燃え残りを残しにくい。

【００１０】また、従来のようにＤＰＦとしてＶ２　Ｏ
５　を担持してないものを採用している場合には、燃料
中のイオウ（Ｓ）がＰｔ等の貴金属系活性物質によりＳ
Ｏ２　、ＳＯ３　等のＳＯｘへと酸化された状態でＤＰ
Ｆに蓄積され、このＳＯｘが再生処理時の高温下ですべ
てＳＯ３　へと酸化され、このＳＯ３　が空気中の水分
等と結合して硫酸（Ｈ２　ＳＯ４　）等のサルフェート
（硫酸塩）に変化し、これが高排気温によってミスト状
に排気されることにより白煙が生じやすい。しかし、本
発明のようにＤＰＦとしてＶ２　Ｏ５　を担持したもの
を採用した場合には、貴金属系活性物質による酸化力が
弱められると考えられ、サルフェートを生じにくい。

【００１１】なお、ＤＰＦにチタニア系のウォッシュコ
ート層を形成した場合には、ＴｉＳＯ４　が１５０℃以
上でＴｉＯ２　とＳＯ２　とに分解されるチタン硫酸塩
の低温分解性のため、硫酸塩として存在不可能とされ、
上記サルフェート対策として一層好ましい。

【００１２】

【実施例】〔実施例１〕以下、本発明を具体化した実施
例１を図面を参照しつつ説明する。この排気ガス浄化装
置は図示しないフォークリフトに装備されたものであり
、図６に示す従来の装置と同様に、ディーゼル機関１と
接続されたエキゾーストマニホールド２にエキゾースト
パイプ３が接続され、このエキゾーストパイプ３にはジ
ャケット４が接続されている。このジャケット４内には
、図１及び図２に示すＤＰＦ５と、このＤＰＦ５の外周
に図６に示す従来の装置と同様に対面する再生用電気ヒ
ータ６とが内装されている。

【００１３】ＤＰＦ５は、図１及び図２に示すように、
内層側の第２担体５２にウォッシュコート層を形成し、
これを外層側の第１担体５１と組み合わせたものである
。このＤＰＦ５は次のようにして得たものである。すな
わち、まず、上流側及び下流側の端面がそれぞれ交互に
閉塞された市販の第１担体（フィルタ材質；コージェラ
イト、セル数；２００セル／ｉｎ２　、Φ５．６６”×
６”Ｌ）５１と、同様に上流側及び下流側の端面がそれ
ぞれ交互に閉塞された市販の第２担体（フィルタ材質；
コージェライト、セル数；２００セル／ｉｎ２　、Φ４
．６６”×６”Ｌ）５２とを用意した。

【００１４】また、以下に示す組成物を用意した。 γ−アルミナ粉末（平均粒径２μｍ）；３０〜５０ｗｔ
％ 硫酸アルミニウム（特級試薬）；５〜２０ｗｔ％アルミ
ナゾル（平均粒径０．１〜１μｍ）；３０〜５０ｗｔ％ これら組成物を上記重量％で混合し、水によりＢ型粘度
計で３０〜５０ｃｐｉに調整し、ウォッシュコート液と
した。

【００１５】上記第２担体５２を吸水処理した後、この
ウォッシュコート液に浸漬し、エアーブローすることに
より余分なウォッシュコート液を除去し、１２０℃×４
時間乾燥、６５０℃×２時間焼成した。こうして、第２
担体５２に７５±１５ｇ／ｌからなるウォッシュコート
層を形成した。この後、第１担体５１の中央部にセラミ
ックコアリングドリルによりΦ４．７”の穴を貫設し、
この穴の周面にセラミック接着剤として超耐熱セラミッ
ク接着剤スミセラム５３を塗布し、ウォッシュコート層
をもつ第２担体５２をその穴に挿入した。そして、第１
担体５１と第２担体５２とを固着させるべく、これらを
約１５０℃×２時間保持し、ＤＰＦ５とした。こうして
、このＤＰＦ５は、外層側の第１担体５１と内層側の第
２担体５２とが同一のフィルタ材質及びセル数のもので
ありながら、第１担体５１がウォッシュコート層をもた
ないものであるため大きな気孔をもち、第２担体５２が
ウォッシュコート層をもつものであるため小さな気孔を
もっている。

【００１６】このＤＰＦ５は、ジャケット４との間に膨
張性セラミックマット７を介して保持されている。上記
のように構成されたこの排気ガス浄化装置では、フォー
クリフトの運転中、ディーゼル機関１から排出された排
気ガスがエキゾーストマニホールド２からエキゾースト
パイプ３を経てジャケット４内に導かれる。ここで、排
気ガスはＤＰＦ５に至る。このとき、排気ガスはＤＰＦ
５によってパティキュレートが捕集される。そして、浄
化された排気ガスは大気へ排出される。

【００１７】このとき、この排気ガス浄化装置では、パ
ティキュレートはまず通気性のよい外層側の第１担体５
１の大きな気孔から捕集され、その大きな気孔の通気性
が悪くなってから、つまり背圧が高くなってから、内層
側の第２担体５２の小さな気孔で捕集される。このため
、ＤＰＦ５は、外層側の第１担体５１でパティキュレー
トを多く捕集し、内層側の第２担体５２ではパティキュ
レートを少なく捕集する。

【００１８】ある程度パティキュレートが捕集されれば
、燃費性能に影響を及ぼす程度にまで背圧が上昇してし
まうため、再生処理として、再生用電気ヒータ６に搭載
バッテリ７等からスイッチを介して１２Ｖ等の電圧を印
加するとともに、所定量の排気ガスを再生用電気ヒータ
６及びＤＰＦ５に供給し、再生用電気ヒータ６の熱によ
りパティキュレートを燃焼させ、ＤＰＦ５の再生を図る
。

【００１９】このとき、ＤＰＦ５を再生用電気ヒータ６
の熱により外周から加熱すれば、パティキュレートは捕
集量の多い第１担体５１で確実に燃え広がり、第１担体
５１及び第２担体５２の熱伝導も加わって上流側及び下
流側の両端部が約６５０℃以上まで昇温し、パティキュ
レートがそれら両端部でも燃焼される。このため、ＤＰ
Ｆ５は両端部の燃え残りを減少した高い再生率でほぼ確
実に再生される。 〔実施例２〕この排気ガス浄化装置は、図３及び図４に
示すＤＰＦ１０を採用したものであり、他の構成は実施
例１のものと同一である。

【００２０】ＤＰＦ１０は、それぞれ異なるセル数の第
１担体１１と第２担体１２とをスミセラム１３を用いて
組み合わせたものである。このＤＰＦ１０は次のように
して得たものである。すなわち、まず、セル数が２００
セル／ｉｎ２　で他の条件が実施例１のものと同一の第
１担体１１と、セル数が１００セル／ｉｎ２　で他の条
件が実施例１のものと同一の第２担体１２とを用意した
。

【００２１】この後、第１担体１１の中央部に実施例１
と同様に穴の貫設等を行い、ＤＰＦ１０とした。こうし
て、このＤＰＦ１０は、外層側の第１担体１１と内層側
の第２担体１２とが同一のフィルタ材質でありながら、
第１担体１１が２００セル／ｉｎ２　のものであるため
セル径が小さく（単位面積当たりのセル数が大きく）、
第２担体１２が１００セル／ｉｎ２　のものであるため
セル径が大きく（単位面積当たりのセル数が小さく）さ
れている。

【００２２】上記のように構成されたこの排気ガス浄化
装置においては、パティキュレートはまず単位体積当た
りの表面積が大きな外層側の第１担体１１の小径のセル
で大量に捕集され、その小径のセルの通気性が悪くなっ
てから、つまり背圧が高くなってから、内層側の第２担
体１２の大径のセルで捕集される。このため、この排気
ガス浄化装置においても、ＤＰＦ１０は両端部に燃え残
りを残しにくく、高い再生率でほぼ確実に再生される。 〔実施例３〕この排気ガス浄化装置は、図５に示すＤＰ
Ｆ２０を採用したものであり、他の構成は実施例１のも
のと同一である。なお、図５ではセルを図示していない
。

【００２３】ＤＰＦ２０は、内層側の第２担体２２にウ
ォッシュコート層を形成し、これを外層側の第１担体２
１とスミセラム２３を用いて組み合わせるとともに、こ
れらの一体物にＶ２　Ｏ５　及びＰｔを担持したもので
ある。このＤＰＦ２０は次のようにして得たものである
。 すなわち、まず、実施例１のものと同一の第１担体２１
及び第２担体２２とを用意した。

【００２４】また、以下に示す組成物を用意した。 一酸化チタン粉末（平均粒径２μｍ）；３０〜５０ｗｔ
％ チタニアゾル（平均粒径０．１〜１μｍ）；５〜３０ｗ
ｔ％ これら組成物を上記重量％で混合し、水により実施例１
と同様に調整し、ウォッシュコート液とした。そして、
実施例１と同様に第２担体２２にウォッシュコート層を
形成した。

【００２５】この後、第１担体２１の中央部に実施例１
と同様に穴の貫設等を行い、ウォッシュコート層をもつ
第２担体２２と第１担体２１とを一体物とした。次に、
この一体物の両端からそれぞれ５０ｍｍの長さ分の容積
に該当する約１６０ｃｍ３　の水を用意した。また、バ
ナジウム（Ｖ）が約６ｇ／ｌに相当する量のバナジン酸
アンモニウム（ＮＨ４　ＶＯ３　）と、等量のシュウ酸
（ＣＯＯＨ）２　とを用意し、これらを上記水に加熱し
つつ溶解させた。この溶解液を上記一体物の一端から５
０ｍｍの長さ分だけ吸水させ、乾燥炉で乾燥させた。そ
して、他端からも同様に吸水、乾燥させた。

【００２６】この後、同様に吸水操作で白金アンモン液
によりＰｔ；０．５〜２ｇ／ｌを担持させた。そして、
その一体物を約５００℃で焼成し、ＤＰＦ２０とした。 こうして、このＤＰＦ２０は両端部２０ｂにＶ２　Ｏ５
　及びＰｔが担持される。このＤＰＦ２０の両端部２０
ｂでは、ＴＧ−ＤＳＣ熱分析によると、パティキュレー
ト着火温度が約４５０℃に低下されていた。

【００２７】上記のように構成されたこの排気ガス浄化
装置においては、再生処理の際、最も熱が伝達しにくい
両端部２０ｂでパティキュレートの着火温度が約４５０
℃に低下しているため、両端部２０ｂには燃え残りがほ
とんど生じることはなく、ＤＰＦ２０は常に約９０％以
上の背圧回復率で再生された。同時に、この排気ガス浄
化装置では、最も熱が伝達しにくいＤＰＦ２０の両端部
２０ｂにＶ２　Ｏ５　を担持しているため、Ｖ２　Ｏ５
　が熱劣化しにくく、耐久性に優れていた。

【００２８】また、この排気ガス浄化装置では、ＤＰＦ
２０にＶ２　Ｏ５　が担持されていることにより、刺激
臭を削減するＰｔによる酸化力が弱められ、サルフェー
トを生じることもなかった。さらに、この排気ガス浄化
装置では、ＤＰＦ２０にチタニア系のウォッシュコート
層を形成しているため、より一層サルフェート対策とし
て好ましかった。

【００２９】なお、上記実施例２の排気ガス浄化装置に
おいて、従来の装置と異なりバイパス通路８を設けない
構成と，ヒータ電源を１００Ｖ交流電源とすれば、バッ
テリー上がりもなく、完全に再生することができる。ま
た、上記実施例１、２の排気ガス浄化装置では、２個の
担体を用いてＤＰＦを構成したが、それ以上の担体を用
いてＤＰＦを構成してもよく、ウォッシュコート層を形
成する粉末の粒径を異ならせたり、ウォッシュコート層
を複数層設けたりすることによりＤＰＦを構成してもよ
い。

【００３０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のディ−ゼ
ル機関の排気ガス浄化装置では、外層側で背圧が低く、
内層側で背圧が高く形成されたＤＰＦを採用し、外層側
でパティキュレートを多く捕集し、内層側でパティキュ
レートを少なく捕集するため、再生処理により両端部の
燃え残りを減少させた状態でＤＰＦを高い再生率で再生
することができる。

【００３１】また、ＤＰＦとしてＶ２　Ｏ５　を担持し
たものを採用した場合には、再生処理の際、最も熱が伝
達しにくい両端部でパティキュレートの着火温度を低下
させて両端部に一層燃え残りを残しにくいとともに、Ｐ
ｔ等の貴金属による酸化力を弱めてサルフェートを生じ
にくくするという効果も得ることができる。したがって
、この排気ガス浄化装置をディーゼル機関に接続すれば
、低い再生頻度でほぼ確実にＤＰＦを再生することがで
き、優れた実用的価値を得ることができる。また、環境
の維持という効果をも奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の排気ガス浄化装置に係るＤＰＦの横
断面図である。

【図２】実施例１の排気ガス浄化装置に係るＤＰＦの縦
断面図である。

【図３】実施例２の排気ガス浄化装置に係るＤＰＦの横
断面図である。

【図４】実施例２の排気ガス浄化装置に係るＤＰＦの縦
断面図である。

【図５】実施例３の排気ガス浄化装置に係るＤＰＦの縦
断面図である。

【図６】従来の排気ガス浄化装置に係る全体模式断面図
である。

【図７】従来の排気ガス浄化装置に係るＤＰＦの縦断面
図である。

【符号の説明】

１…ディーゼル機関 ５…ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）６
…再生用電気ヒータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの排気通路に排気中のパティキュ
   レートを捕集するウォールフロー型のディーゼルパティ
   キュレートフィルタを配設するとともに、該ディーゼル
   パティキュレートフィルタに捕集された該パティキュレ
   ートを燃焼除去する再生用電気ヒータを該ディーゼルパ
   ティキュレートフィルタの外周に介設し、前記ディーゼ
   ルパティキュレートフィルタは、外層側で背圧が低く、
   内層側で背圧が高く形成されたことを特徴とするディー
   ゼル機関の排気ガス浄化装置。
2. 【請求項２】ディーゼルパティキュレートフィルタは、
   少なくとも両端部に五酸化バナジウムが担持されたもの
   であることを特徴とする請求項１記載のディーゼル機関
   の排気ガス浄化装置。