JPH0544442A

JPH0544442A - 排気ガス微粒子浄化用フイルタ

Info

Publication number: JPH0544442A
Application number: JP3200386A
Authority: JP
Inventors: Akikazu Kojima; 昭和小島; Shinji Miyoshi; 新二三好; Mitsuo Inagaki; 稲垣　　光夫
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1991-08-09
Filing date: 1991-08-09
Publication date: 1993-02-23

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、捕集フィルタの熱損傷が生じるこ
となく、外周部におけるパティキュレートの燃え残りを
改善し、フィルタ全域にわたって、良好な再生処理が可
能な排気ガス微粒子浄化用フィルタを提供することを目
的とする。【構成】互いに隣接関係にあり、排気ガスが通過する
多数のセルを構成し、この多数のセルを隔離するととも
に、多数のセルを連通する多数の孔部を形成するセル壁
１１が設けられるとともに、多数のセルの両端部に位置
し、セルの一端側からセル内に流入した排気ガスが、孔
部を介して隣接する別のセルに流出してセルの他端側か
ら排出させることによって、セル壁が前記排気ガス中の
微粒子を捕集するようにした閉塞手段１４とからなる捕
集フィルタ１０において、この捕集フィルタ１０の中央
部領域Ｂと外周領域Ａとの間において、セル壁１１によ
って微粒子が捕集されないように、例えば、捕集フィル
タ１０の一端側に、２つ分のセルよりなる幅を有する同
心円形状に閉塞部材１４を設けた微粒子無捕集領域Ｃ及
びＤを有する排気ガス微粒子浄化装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関等より排出され
る排気ガス中に含まれる微粒子を捕集除去する排気ガス
微粒子浄化用フィルタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関等より排出される排ガス
中に含まれる微粒子（以下パティキュレートと称す）の
捕集方法として、例えば、実開昭６３−９３４１３号公
報に開示されているように、排気ガスの排出経路途中
に、一端側が開口され、他端側が閉塞される第１のセル
群と、一端側が閉塞され、他端側が開口された第２のセ
ル群とからなり、この第１のセル群のセルと第２のセル
群セルとが互いに隣合う位置に形成される栓詰めパター
ンをなすハニカム体である捕集フィルタを設け、この捕
集フィルタによってパティキュレートを捕集する方法が
一般的に行われてきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述するよう
な捕集フィルタの栓詰めパターンでは、捕集フィルタの
再生操作を行う時に、パティキュレートの捕集フィルタ
への堆積量が多い場合には、パティキュレートの燃焼に
よって、捕集フィルタの中心部領域に熱がこもってしま
い、温度が非常に高くなり、フィルタを熱損傷させてし
まうという問題が生じてしまう。

【０００４】さらにまた、捕集フィルタへのパティキュ
レートの堆積量が少ない場合には、捕集フィルタの外周
部において、燃焼熱の放熱作用により、捕集フィルタの
燃焼温度が着火温度以下にまで降下して燃え残ってしま
い、フィルタ全体の均一なパティキュレートの燃焼除去
処理ができないという問題もまた生じてしまう。

【０００５】そこで、本発明は以上のような問題を鑑み
て得られたものであり、捕集フィルタの熱損傷が生じる
ことなく、外周部におけるパティキュレートの燃え残り
を改善し、フィルタ全域にわたって、良好な再生処理が
可能な排気ガス微粒子浄化用フィルタを提供することを
目的とするものである。

【０００６】そこでまず、我々発明者らは、捕集フィル
タにおけるパティキュレートの堆積量とフィルタ再生時
の燃焼温度との関係を調べてみた。そのため、この捕集
フィルタのパティキュレートの堆積量を様々変化させ、
その堆積量に対する捕集フィルタの再生時のピーク温度
及びその堆積量に対する全体の重量再生率（捕集された
パティキュレートの低減率）との関係を示す特性図を図
１２に示す。

【０００７】ここで、使用した捕集フィルタは、φ１４
０、容量２リットルであり、また、この捕集フィルタに
対して、エンジン回転数１４００ｒｐｍ全負荷の条件で
捕集した。

【０００８】図１２より明らかなように、燃焼のピーク
温度及び重量再生率は、パティキュレートの堆積量に依
存しており、パティキュレートの堆積量が多いと再生率
は高いがピーク温度が高くなりすぎ、堆積量が少ないと
ピーク温度は比較的低いが十分な再生率が得られないこ
とがわかった。

【０００９】そこで、我々は、捕集フィルタのパティキ
ュレートの燃え残りの発生時の温度及び捕集フィルタの
中心部領域での過剰な加熱温度についてさらに鋭意探究
を試みた。

【００１０】この結果、φ１４０、容量２リットルの捕
集フィルタにおいては、パティキュレートの堆積量が７
ｇ／ｌ（１リットル当り７ｇのパティキュレートが堆
積）程度では捕集フィルタの外周領域において、パティ
キュレートの燃え残りが発生し、１２ｇ／ｌ（１リット
ル当り１２ｇのパティキュレートが堆積）程度では捕集
フィルタの中心部領域において、捕集フィルタの熱損傷
が生じることが分かったのである。

【００１１】そこで、各パティキュレートの堆積量を有
する捕集フィルタの再生時の燃焼温度を測定して、その
時の温度のピーク値の等温度分布を調べ、その結果を図
１３および図１４に示す。尚、図１３は堆積量７ｇ／ｌ
の時を示し、図１４は堆積量１２ｇ／ｌの時を示す。

【００１２】図１３の如くパティキュレートの堆積量が
７ｇ／ｌと比較的少ない場合においては、中心部は堆積
量の多い場合と比較して、比較的低い温度に抑えること
ができ捕集フィルタに損傷の与えない良好な再生を起こ
すことができるが、捕集フィルタの外周においては、容
器を介して外周より熱が容易に逃げてしまい、捕集フィ
ルタの外周部においては、パティキュレートの着火温度
以下に冷却され、十分なパティキュレートの燃焼が出来
ず、パティキュレートの燃え残りを生じさせてしまう。

【００１３】また、図１４の如く堆積量が１２ｇ／ｌと
比較的多い場合には、捕集フィルタ全体の発熱も多く、
外周部までパティキュレートを十分に燃焼させることが
できるが、熱のこもり易い捕集フィルタの中心部では、
明らかに過剰加熱となり、捕集フィルタの熱損傷を起こ
してしまうという問題が生じる。

【００１４】つまり、上記捕集フィルタにおいて、７ｇ
／ｌ程度の堆積量では、外周領域に燃え残りが発生し、
また、１２ｇ／ｌ程度では、中心部領域において捕集フ
ィルタの熱損傷が生じることがわかった。

【００１５】そこで上記事項を詳細に検討するため、パ
ティキュレートの堆積量と捕集フィルタの径方向の再生
温度のピーク値を検討し、図１５にその結果を示した
が、この結果からも以下の事が確認できた。

【００１６】即ち、堆積量７ｇ／ｌでは、中心部のピー
ク温度は、フィルタが熱損傷を起こす温度（ここでは、
約１０００℃）よりも低く抑えられるが、捕集フィルタ
の外周部では、外部への放熱のため再生に必要な最低温
度（ここでは、約６５０℃）よりも低くなってしまう。

【００１７】また、堆積量１２ｇ／ｌでは、捕集フィル
タの外周部分においては、十分にパティキュレートの燃
焼温度（約６５０℃）以上とすることができるが、捕集
フィルタの中心部では、熱がこもり易く捕集フィルタが
熱損傷を起こす最低温度（約１０００℃）より大きくな
ってしまい、捕集フィルタの熱損傷が起きてしまう。

【００１８】つまり、これより捕集フィルタのパティキ
ュレートの堆積量は、捕集フィルタの外周部で１２ｇ／
ｌ、中心部で７ｇ／ｌ程とすれば、パティキュレートを
全体にわたって、燃焼除去することができるだけでな
く、捕集フィルタの熱損傷の発生も防ぐことができるこ
とがわかる。

【００１９】さらには、外周領域の燃焼温度の落ち込み
は、外周領域から２０ｍｍ程度より急激になることがは
じめて見出された。以上のことから、本発明者らは、捕
集フィルタにおいて、中心部領域と外周領域とでは、パ
ティキュレートの燃焼状態が異なるため、中心部領域と
外周領域との燃焼を分断する無捕集領域を設けることを
はじめて見出したのである。

【００２０】さらには、図１５に示されるように、捕集
フィルタの外周領域における放熱のための激しい燃焼温
度の降下する領域を避けて無捕集層を形成させれば、さ
らなる無捕集領域の効果を導くことができると判断し
た。

【００２１】即ち、外周部１２ｇ／ｌ，中心部７ｇ／ｌ
を実現するには、無捕集領域の面積は中心部領域の面積
の５８％となるように（本実施例のφ１４０の捕集フィ
ルタではφ１００より内部の面積）、無捕集領域を形成
すればよいことになるが、無捕集領域の形成によって、
中心部領域における燃焼の分断効果との相乗効果より、
中心部領域の面積の５８％もの無捕集領域を設定する必
要はなく、フィルタ圧損の上昇もそれほど大きくはなら
ないことがわかった。

【００２２】また、この無捕集層領域の幅は、様々検討
した結果略１０〜１５ｍｍ程度がよいことがわかった。
さらに、我々は、他の容積および直径を有するフィルタ
に関しても研究したが、この無捕集領域の最適な領域
は、捕集フィルタの外周より少なくとも約２０ｍｍより
内側にあればよいことがわかった。

【００２３】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、互
いに隣接関係にあり、排気ガスが通過する多数のセルを
構成し、この多数のセルを隔離するとともに、多数のセ
ルを連通する多数の孔部を形成するセル壁と、多数のセ
ルの両端部に位置し、セルの一端側から前記セル内に流
入した排気ガスが、孔部を介して隣接する別のセルに流
出してセルの他端側から排出させることによって、セル
壁が前記排気ガス中の微粒子を捕集するようにした閉塞
部とからなるフィルタであって、フィルタの中央部領域
と外周領域との間において、セルの一端から前記セル内
に流入した排気ガスが、セル壁によって微粒子が捕集さ
れない微粒子無捕集領域を有する排気ガス微粒子浄化用
フィルタを提供するものである。

【００２４】

【作用】上記本発明の排気ガス微粒子浄化用フィルタで
は、捕集フィルタによって、外周部まで十分なパティキ
ュレートの燃焼除去を行なえるようにパティキュレート
の全体の捕集量を多くしても、捕集フィルタの中心部領
域では、無捕集領域を新たに設けたので、必要以上の絶
対的な堆積量が抑えられるばかりでなく、この捕集フィ
ルタの再生時には、パティキュレートの燃焼が中心部と
外周部にて、無捕集領域により分断されるため、中心部
の熱が逃げやすくすることができ、中心部の熱がこもっ
て、異常高温を起こしやすい中心部領域での熱損傷が防
げられて、捕集フィルタ全体を良好に再生することがで
きる。

【００２５】

【発明の効果】本発明の排気ガス微粒子浄化用フィルタ
を採用することによって、十分なパティキュレートの捕
集ができるとともに、熱損傷を受けない排気ガス微粒子
浄化用フィルタを提供することができる。

【００２６】

【実施例】図１に本発明の排気ガス微粒子浄化用フィル
タを用いた、排気ガス微粒子浄化装置の全体構成図を示
す。

【００２７】図１において、１はディーゼルエンジン、
２はディーゼルエンジンの排気側に設けられた排気管、
３はこの排気管２の途中に設けられた排気ガス微粒子浄
化装置である。

【００２８】そして、この微粒子浄化装置３には、本発
明の第１実施例の排気ガス微粒子浄化用フィルタである
捕集フィルタ１０が設置されており、ディーゼルエンジ
ン１より排出されるパティキュレートを捕集している。

【００２９】ここで、捕集フィルタ１０によって、所定
量パティキュレートを捕集した時には、捕集フィルタ１
０の上流側端面に備えられているヒータ４及びエアポン
プ５から供給されるエアによって、捕集フィルタ１０を
加熱することにより、捕集フィルタ１０に堆積したパテ
ィキュレートを燃焼除去できるようになっている。

【００３０】この捕集フィルタ１０の再生時には、排気
ガスが捕集フィルタ１０に流入しないように、バルブ６
によって、排気ガスを微粒子浄化装置３の下流側にバイ
パスするバイパス路７が設けられている。

【００３１】尚、この捕集フィルタ１０は、熱を加える
と膨張するシール材８によって、ケース９に圧着固定さ
れている。次に本発明の第１実施例の捕集フィルタ１０
の構成を詳細に述べる。

【００３２】この捕集フィルタ１０は、φ１４０で容量
が２リットルの従来と同一材料である公知のコージエラ
イトセラミックよりなり、その全体構成模式図を図２乃
至図３に示す。

【００３３】図２には、捕集フィルタ１０の正面模式図
を、図３には、捕集フィルタ１０の横断面模式図を示
す。この捕集フィルタ１０は、図２および図３の如く、
捕集フィルタ１０の外周領域１０ａおよび中央部領域１
０ｂに設けられた従来構造をなすパティキュレートの捕
集領域Ａ及びＢと、本発明の特徴部である捕集フィルタ
の外周領域１０ａと中央部領域１０ｂとの間および捕集
フィルタ１０の中央部１０ｃにおいて設けられた斜線部
分に示すパティキュレートの無捕集領域Ｃ及びＤより成
っている。

【００３４】図４は、捕集領域ＡおよびＢにおける横断
面拡大図を示し、この図より捕集フィルタ１０の捕集作
用を詳細に説明する。この捕集領域ＡおよびＢは、図４
に示されるように、ハニカム構造を有する多孔質のセラ
ミック製筒体よりなり、図示しない多数の孔部を有する
多孔質のセル壁１１によって仕切られた多数の上流側流
路１２と下流側流路１３とより構成される。

【００３５】そして、この隣接する流路１２および１３
はそれぞれ他端側である下流側および一端側である上流
側のどちらか一方が閉塞手段である閉塞部材１４によっ
て閉鎖されている。

【００３６】従って、ディーゼルエンジン１から排出さ
れたカーボン粒子等よりなるパティキュレートの微粒子
を含んだ排気ガスは、上流側に向かって閉口する上流側
流路１２に流入し、多孔質のセル壁１１の各流路１２お
よび１３を連通する孔部を通過することによって、この
孔部でパティキュレートを捕集した後、パティキュレー
トの除去された清浄な排気ガスが隣接する下流側流路１
３へ流出する。

【００３７】そして、この捕集フィルタ１０によって、
パティキュレートの捕集を行うとセル壁１１におけるパ
ティキュレートの堆積が進行し、この堆積の進行に伴
い、セル壁１１の通気抵抗、強いては、捕集フィルタ１
０全体の通気抵抗が増加し、捕集フィルタ１０の前後差
圧ΔＰが増大して、エンジン１の出力低下を招く。

【００３８】そのため、捕集フィルタ１０のセル壁１１
に堆積したパティキュレートを、周期的に除去し、捕集
フィルタ１０を再生するため、捕集フィルタ１０の上流
側端面に電気ヒータ４を設け、セル壁１１に堆積したパ
ティキュレートを加熱し、燃焼除去して初期の圧損に回
復させているのである。

【００３９】次に図５および図６により、無捕集領域Ｃ
及びＤの構成を詳細に述べる。この無捕集領域Ｃは、図
５の如く、例えばフィルタ径の中間あたりである、外周
より略３５ｍｍだけ内周に入った位置である領域１０ｃ
には、略同心円状に２〜３セルの幅で設けられていると
ともに、無捕集領域Ｄは捕集フィルタ１０の中央部１０
ｄに設けられており、略全域に渡り密封部材による栓詰
めを行った構成としている。

【００４０】図５の斜線部分は従来の栓詰めパターン
を、網かけ部分は、無捕集領域を形成するために初めて
加えた密封部材である栓の位置を示す。また、図６の如
く、他端側面の栓詰めパターンは、一端側の面で栓詰め
されているセルに対応するセルは開放されており、逆に
開放されているセルは栓詰めされている。

【００４１】次にこの本発明の第１実施例の捕集フィル
タ１０の製法を述べる。はじめに、コージエライト等の
セラミック材料を押出成形することにより、セルセル壁
を有するハニカム状のモノリス体を成型焼成し、セラミ
ック体を得る。

【００４２】その後、加熱すると溶融する例えばワック
スのシート状のシール材を、焼成されたモノリス体の両
端面に密着させ、所望のパターンとなる様に各セルごと
にシート材を打ち抜く。そして、コージエライト等の混
濁液に両端面を数ミリだけ浸漬させることによって、シ
ール材を打ち抜いたところのみにこの混濁液をしみ込ま
せる。

【００４３】最後にこのモノリスを加熱するとともに、
モノリスを焼成し、シール材を焼失させ、本実施例の捕
集フィルタ１０を得る。次に、この捕集フィルタ１０を
採用した場合の本発明の作用を説明する。

【００４４】図５に、無捕集領域Ｃ及びＤの堆積分布を
斜線で示したが、この捕集フィルタ１０の無捕集領域Ｃ
及びＤにおいては、パティキュレートの捕集に関与する
面積は、他の領域よりも極めて少なく、即ち他の領域と
の境界の壁のみにパティキュレートが堆積するのみであ
る。

【００４５】そのため、上述される捕集フィルタ１０を
従来の排気ガス浄化装置に使用した場合、無捕集領域Ｃ
およびＤを設けることにより、捕集フィルタ１０の外周
においても良好なパティキュレートの燃焼除去ができる
程度のパティキュレートを堆積したとしても、捕集フィ
ルタ１０の中心部領域１０ｂ付近の捕集領域Ｂでは、堆
積量の絶対量を少なくすることができるので、パティキ
ュレートの燃焼除去時の中心部領域Ｂ付近の発熱量を低
くすることができるばかりでなく、無捕集層領域Ｃを形
成したので、捕集フィルタ１０の中心部領域１０ｂと１
０ｄの捕集領域Ｂにおける燃焼を分断し、熱のこもり易
い中心部領域１０ｂ，１０ｄの捕集領域Ｂにおいても、
異常高温することがなく、外周まで全域にわたって、良
好なパティキュレートの燃焼除去を行うことを可能とす
ることができるのである。

【００４６】図７は、パティキュレートの堆積量が１０
ｇ／ｌの第１実施例の捕集フィルタを再生させた時のピ
ーク温度分布である。図７からもわかるように、パティ
キュレートの堆積量が１０ｇ／ｌであっても、中心部の
熱のこもりを除去することができるため熱損傷がなく、
さらには、捕集フィルタ外周のパティキュレートの燃焼
除去も確実にできる捕集フィルタを得ることができた。

【００４７】図８は、本発明の第２の実施例を示す微粒
子浄化フィルタの正面模式図である。第２実施例では、
無捕集領域ＥおよびＦを同心円状に２重に形成したもの
であり、この構成とすることにより、新たに捕集領域Ｇ
を形成した。

【００４８】このような構成とすることにより、使用環
境、或いは微粒子浄化装置全体の保温状況に応じて、第
１実施例よりも更に、捕集フィルタの中心部領域の再生
温度を抑制したい場合に対応するための構造とすること
ができた。

【００４９】図９は、本発明の第３の実施例を示す微粒
子浄化フィルタの正面模式図である。第３実施例では、
無捕集領域Ｃを半径方向にも設置した場合の例で、第２
の実施例と同様、使用環境、或いは微粒子浄化装置全体
の保温状況に応じて、第１実施例よりも更に、捕集フィ
ルタの中心部領域の再生温度を抑制したい場合に対応す
るための構造とした。

【００５０】無捕集領域の形状は、前記実施例の如く、
中心部およびその同心円上に２ヶ所設ける必要はなく、
無捕集領域をこの捕集フィルタの外周より内周側に２０
ｍｍ程入った箇所より内側に少なくとも設ければよく、
捕集フィルタの直径に応じて、１重の無捕集領域を設け
てもよく、さらには、同心円状の無捕集領域を３〜４重
設けてもよい。

【００５１】さらに、無捕集領域に形成される閉塞部材
１４は、前記実施例のように、捕集フィルタの一端側端
面に限定されることはなく、例えば図１０の如く、捕集
フィルタの一端側端面より少し他端側にずらしてもよ
い。

【００５２】また、上記実施例において、パティキュレ
ートの燃焼除去方法として、捕集フィルタの一端側にお
いて、この捕集フィルタを端面においてヒータ栓を押し
当てたタイプのもの、フィルタの密封部材の部分にヒー
タ栓を埋め込んだタイプのもの、フィルタ外周にヒータ
を設置した構成のもの図１１の如く軽油バーナ２０およ
び点火プラグ２１によりパティキュレートの燃焼除去
等、どのような形式のものでもよい。

【００５３】さらには、捕集フィルタの再生時には、第
１実施例において、再生時空気供給源としては、エアポ
ンプにより、清浄空気を送り込んだ構成としたが、排気
ガスの一部を導入する構成であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排気ガス微粒子浄化用フィルタを用い
た微粒子浄化装置を示す全体構成図である。

【図２】本発明の第１実施例の排気ガス微粒子浄化用フ
ィルタの正面模式図である。

【図３】本発明の第１実施例の排気ガス微粒子浄化用フ
ィルタの横断面模式図である。

【図４】本発明の第１実施例の排気ガス微粒子浄化用フ
ィルタの捕集領域の横拡大断面図である。

【図５】本発明の第１実施例の排気ガス微粒子浄化用フ
ィルタの無捕集領域の正面拡大断面図である。

【図６】本発明の第１実施例の排気ガス微粒子浄化用フ
ィルタの無捕集領域の横拡大断面図である。

【図７】本発明の第１実施例のピーク温度特性図であ
る。

【図８】本発明の第２実施例を示す捕集フィルタの正面
模式図である。

【図９】本発明の第３実施例を示す捕集フィルタの正面
模式図である。

【図１０】本発明の他の実施例を示す捕集フィルタの横
拡大図である。

【図１１】捕集フィルタの加熱手段の他の例を示す構成
図である。

【図１２】パティキュレートの堆積重量に対するピーク
温度及び重量再生率との関係を示す特性図である。

【図１３】外周領域にパティキュレートの燃え残りが生
じる場合の温度分布を示す特性図である。

【図１４】捕集フィルタが熱損傷受ける場合の温度分布
を示す特性図である。

【図１５】堆積量の相違による捕集フィルタの各箇所の
ピーク温度分布を示す特性図である。

【符号の説明】

１０捕集フィルタ１０ａ外周領域１０ｂ中心部領域１１セル壁Ａ，Ｂ捕集領域Ｃ，Ｄ無捕集領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに隣接関係にあり、排気ガスが通過
する多数のセルを構成し、該多数のセルを隔離するとと
もに、前記多数のセルを連通する多数の孔部を有するセ
ル壁と、前記多数のセルの両端部に位置し、前記セルの一端側か
ら前記セル内に流入した排気ガスが、前記孔部を介して
隣接する別のセルに流出して前記セルの他端側から排出
させることによって、前記セル壁が前記排気ガス中の微
粒子を捕集するようにした閉塞手段とからなるフィルタ
であって、該フィルタの中央部領域と外周領域との間において、前
記セル壁によって微粒子が捕集されない微粒子無捕集領
域を有することを特徴とする排気ガス微粒子浄化用フィ
ルタ。
【請求項２】前記微粒子無捕集領域は、前記フィルタ
の中央部領域と前記外周領域との間に同心状形状をなす
ことを特徴とする排気ガス微粒子浄化用フィルタ。
【請求項３】前記微粒子無捕集領域は、前記フィルタ
の外周より略２０ｍｍ内側において、同心状形状に形成
されていることを特徴とする排気ガス微粒子浄化用フィ
ルタ。