JPH0680290B2 - 交差巻き無機質ヤーンで包まれて四辺フィルタトラップを形成している多孔管のディーゼル微粒子トラップ - Google Patents

交差巻き無機質ヤーンで包まれて四辺フィルタトラップを形成している多孔管のディーゼル微粒子トラップ

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JPH0680290B2
JPH0680290B2 JP4508863A JP50886392A JPH0680290B2 JP H0680290 B2 JPH0680290 B2 JP H0680290B2 JP 4508863 A JP4508863 A JP 4508863A JP 50886392 A JP50886392 A JP 50886392A JP H0680290 B2 JPH0680290 B2 JP H0680290B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明はディーゼルエンジンの排気から微粒子を除去す
るフィルタ、即ち捕捉器に関する。
背景技術 ディーゼルエンジンはディーゼル微粒子フィルタを用い
ることにより危険性を軽減し得る危険性が高く、すすけ
た排気を発生する。しかし、公知のディーゼル微粒子フ
ィルタは燃料消費を不当に高め、且つ耐久性に乏しい傾
向にある。
公知ディーゼルフィルタは４種のカテゴリやタイプに分
類され得るもので、その第１タイプはセラミックウオー
ルフロー中空体を、第２タイプは剛性セラミック多泡体
を、第３タイプはファイバ状フィルタ材の塊体を、そし
て第４タイプは１個以上の中空、多孔金属チューブを有
することにより夫々特徴付けられている。各フィルタタ
イプは排気系に連結されるようにした長尺管状ケーシン
グを有している。更に各フィルタタイプは集めた微粒子
物を焼却することにより使用中に周期的に再成可能であ
る。
第１タイプのディーゼル微粒子フィルタの１例は米国特
許第4,276,071号（Outland）に示されている。
1989年８月31日公開のDE公開公報第3806131号（Gieblin
g）は第１タイプディーゼル微粒子フィルタの改良体を
製作する方法を記述しており、そこでは平行に間隔配置
したフィルタエレメントを含むメッシュを担持したペー
スト状セラミック構造材がロールに巻上げられ、このロ
ールが管状ケーシングに挿入されて、次にこれを焼いて
多孔セラミックスートフィルタ体を生成する。
第２タイプディーゼル微粒子フィルタの例は米国特許第
4,264,346号（Mann）と同第4,813,231号（Bykowski）に
示されている。第１タイプと第２タイプのフィルタの両
方に共通な問題は、その剛性により、例えばフィルタが
自動車或いは他の乗物に使用されたときに出合うよう
な、熱応力と振動を蒙ったときにひび割れしがちである
という問題である。
第３タイプのディーゼル微粒子フィルタの１例は1987年
２月７日公開の公開公報第3545762号（Brich）に開示さ
れており、そこでは円筒ハウジングの中にハウジング中
心線と共軸になるように織りマットが装置されている。
このハウジングは軸方向のガス入口とガス出口を有して
いるように見える。排気ガスは織りマットを半径方向に
通過するように見える。１例ではセラミックファイバマ
ットが固く巻上げられて、それがハウジングの全断面積
を満している。この例では、セラミックファイバと任意
的に有する金属性ウェブを軸の周りでからみ合うよう
に、両者を螺旋状に一緒に巻上げている。
1989年８月３日公開のDE公開公報第3801634号（Stple
r他）は第３タイプディーゼルフィルタを開示してお
り、そこで円筒状はフィルタエレメントの幾つかの層が
ハウジングユニットの中で入口と出口の通気筒の間にお
いて排気を半径方向に横切らせるように配置され、フィ
ルタエレメント群は本質的に円形或いは楕円形の断面を
入口、出口チャネルの形式の下に半径方向に等距離の間
隔で有しており、そして各フィルタエレメントはガス透
過性の金属性カバーシートにより、ワイヤメッシやセラ
ミックファイバ、或いはこれらの組合せたものから成る
ガス透過性フィルタ体がその両側において包囲されてい
る。斯ゝるフィルタ体を含んで成る。更に、このフィル
タ体は、スペーサエレメントを用いることにより、螺旋
状の入口、出口チャネルを各々その対立側で閉じられて
いるように備えている包体を形成するように巻上げるこ
とが出来て、この状態において多孔金属性シートや金属
性織物によって形成された包囲カバーはガス状汚染物管
を変換するための触媒被覆物を具備している。
第４タイプのディーゼル微粒子フィルタの１例は米国特
許第4,324,572号（Erdmannsdrfer）に示されており、
それでは複数本の平行な離間配置の多孔、中空チューブ
（「支持パイプ」と称している）がケーシングの実質長
に亘って延在している。スパン二酸化シリコンファイバ
或いはシリカファイバの糸が各チューブに巻かれてフィ
ルタエレメントを提供している。各チューブは入口でふ
さがれており、他方チューブ間のチャネルは出口で壁に
よりブロックされて排気ガスがフィルタエレメントを強
制的に流通するようになっている。これらの糸は集めら
れた微粒子物を周期的に焼却する間に酸素がスート沈積
物に達することが出来るようにクロス巻きされるのが好
ましいといえる。
1989年３月30日に公開されたDE公開公報第3731766（Buc
k）は入口、出口連結パイプを備えた包体を有する別の
第４タイプディーゼル微粒子フィルタを開示しており、
そこではセラミックファイバやヤーンが包体の内側に装
置されている。
米国特許第4,576,799号（Ｗrner）はもう１つの別の
第４タイプディーゼル微粒子フィルタとして、複数本の
平行に離間配置して、長尺ケーシングを同心的に半径方
向に実質的に充填している剛性のある多孔、中空チュー
ブを含んで成るものを開示している。各チューブは内位
多孔シェルと外位多孔シェルの間に挟設されたフィルタ
エレメントから成る。１例では、隣接チューブ間に障壁
があり、２本のチューブ間に入り込む排気が当該２本の
チューブの外位のチューブと隣りの障壁との間の空隙を
通って排出する前にフィルタエレメントを半径外方へ流
通するようになっている。別の例では、隣り合う障壁間
に２本のチューブがあり、排気が出口に達する前に両チ
ューブのフィルタエレメントを流通するようになってい
る。
第４タイプディーゼル微粒子フィルタは1989年10月19日
公開のDE公開公報第3910554号（Engeler他）にも開示さ
れており、そこではフィルタがケーシングの実質長に亘
って延在する４本の同心状の剛性のある中空、多孔チュ
ーブを含んで成り、隣り合うチューブの各間隙がチュー
ブの１端でのみブロックされて排気がチューブの多孔壁
を半径内方或いは半径外方へ流通するようになってい
る。排気がケーシングの出口で非遮蔽間隙を通って排出
する前に濾過されるといえるが、フィルタ機構は開示さ
れていない。
1989年２月17日に公告された英国特許出願第GE2,193,65
6号（Henkel）は単一の多孔、中空チューブを有する第
４タイプディーゼル微粒子フィルタを開示しており、そ
こではこのチューブが二枚のフィルタ層で、即ち先ず水
晶ガラスやセラミックファイバの微小孔を有する織物の
層で、次いで弾性幅広メッシュ織物やフリースの層で包
まれている。
短尺フィルタ材、即ちステープルフィルタ材を採用して
いる第４タイプディーゼル微粒子フィルタに共通の問題
は、このフィルタにはファイバの脱落によって望ましく
ない短期寿命になる傾向のあることである。
発明の要旨 要するに、本発明は、 （ａ）少くとも２端を有するケーシング； （ｂ）排気系に該ケーシング端を連結する手段； （ｃ）該ケーシング端間に延在した、２端と外面多孔域
を提供する多孔とを有する少くとも１本の実質的に剛性
のある管； （ｄ）該ケーシング内に支持手段によって支承されてい
る当該管； （ｅ）該管の周囲に実質的に螺旋状に交差巻きされてそ
の多孔を覆うようにした無機質のヤーンを含んで成るフ
ィルタエレメントを含んで構成されるディーゼル微粒子
フィルタにおいて、該無機質ヤーンがコアを含んで成
り、当該コアからは連続ファイバのループ或いはファイ
バセグメントの少くとも１つが外方へ延出しており、引
き続くヤーン周回部（convolutions）が各層において反
対向きに巻かれて相互織り合せ（interwoven）コアを提
供し、引き続く配置の各層の引き続き配位したヤーン周
回部のコアは半径方向に整列されて四辺開口を規定する
ように離間した壁を提供しており、該ヤーン周回部が該
管の多孔域で該管の軸と各巻き方向において約30゜から
約70゜の範囲の角度をなして延長しており、該ファイバ
ループ或いは該ファイバセグメントが各開口に突入して
おり、該壁が該ファイバエレメントに排気力に対する安
定性を与え、隣接のねじれのファイバループ或いはフィ
ルタエレメントがかみ合って各開口を伴うディーゼル排
気微粒子のトラップを提供しているようにした、ことを
特徴とするディーゼル微粒子フィルタを提供する。
本発明のフィルタは改良された第４タイプのディーゼル
微粒子フィルタとして特徴付けられ得る。
フィルタエレメントを含んで成るヤーンの巻き構成体
は、ヤーンのストランドが切断や破断されたとしてもフ
ィルタエレメント全体がほどけなくなるようにしたもの
である。
本発明の１実施例はデッドスペースを回避するフィルタ
管の同心配置を利用している。更に、この同心配置はデ
ィーゼル微粒子フィルタを、横に離間配置したフィルタ
管を利用している従来技術のフィルタに較べ、一層丈夫
でコンパクトな構造にすることが出来る。
本発明の別の実施例はこれまた丈夫でコンパクトな構造
を与える管の並列配置を利用している。
単一交差巻きサーキット（即ち、各方向の１巻きパス）
のためには、四辺開口（そこで多孔域を覆う）は均一の
サイズと形状であるのが好ましい。
好ましくは、四辺開口の対立コーナ間の開口サイズは管
軸方向で約3mmから約10mmの範囲にあり、且つ管周方向
で約6mmから約12mmの範囲にある。もっと好ましいもの
では、四側開口の対立コーナ間の開口サイズは管軸方向
で約4mmから約7mmの範囲にあり、且つ管周方向で約7mm
から約10mmの範囲にある。上述の範囲より実質的に大き
い開口は不充分なフィルタ効率を与え、他方上述の範囲
より実質的に小さい開口は望ましくない高背圧をもたら
す。
本出願においては： 「無機質ファイバ」は、高温抵抗性（例えば約600℃を
超える温度に対して）とディーゼル排気ガスに対する化
学抵抗性があり、且つ織物品質（即ち、発明品フィルタ
を含む管の周囲に巻付けることが出来るヤーンにするの
に適している）を有している無機質基のファイバをさし
ており； 「ヤーン」は個々のファイバやフィラメントの複数の束
を意味し； 「熱逃散ファイバ」は加熱したときに分解して揮発する
構成物質（例えば、有機材料）を含んで成るファイバを
さし；そして 「ファイバセグメント」はヤーンのコアから突出した破
断ファイバ部分をさしている。
図面の簡単な説明 本発明は図面を参照すると一層容易に理解出来るもの
で、その全ての図面は説明図である。この図面におい
て： 図１は本発明に係るディーゼル微粒子トラップを通る長
尺中央断面図であり； 図２は図１の線2--2に沿った切断面図であり； 図３は本発明に係る第２のディーゼル微粒子フィルタを
通じた切断面図（図２のものに類似した）であり； 図４は図１のディーゼル微粒子トラップのフィルタエレ
メントの１つの面部を大きく拡大して示しており； 図５は図１の線4--4に沿った拡大切断面図であり； 図６は本発明に係る別のディーゼル微粒子トラップを通
じた長尺中央断面図である。
好ましい実施例の説明 本発明に係るディーゼル微粒子フィルタはディーゼル排
気から微粒子を除去するのに有効で、経済的で、コンパ
クトな、耐久性のあるシステムを提供する。
図１と図２を参照していえば、ディーゼル微粒子フィル
タ10は円筒体12、円錐排気入口13及び円錐排気出口14を
有する長尺ケーシング11を有している。同心離間配置の
剛性のある５本の管（チューブ）15,16,17,18,19が円筒
体12の中でその出入口の間に延在していて、円筒体12を
その半径方向において充満している。管15,16,17,18,19
の壁は各管の各端にある非多孔域（例えば、15A）を除
き全長に亘って均等に多孔（パーホレーション）が配設
されている。管15,16,17,18,19の入口端に環状キャップ
20,21と円形中央キャップ22が連結されている。,15,16,
17,18,19の出口端に環状キャップ24,25,26が連結されて
いる。キャップ24,25,26は出口端17において管間の交互
にある空間を遮蔽している。肉薄のストラッド28,29,30
が管の入口端の隣接キャップを架橋しており、外位スト
ラッド30はまたケーシング11に連結されている。管の出
口端でも、同様に隣接キャップが肉薄ストラッド32,33
により架橋されている。
無機質ヤーンは管15,16,17,18,19の周囲に実質的に螺旋
状に交差巻きされて、各管の多孔面を覆うフィルタエレ
メント35,36,37,38,39を夫々生成している。非遮蔽空間
に入口端70から入る排気は管15,16,17,18,19の間のキャ
ップ20,21,22により遮蔽されていない空間を通り、キャ
ップ24,25,26によって遮蔽されていない空間を通って出
口端71から排出する前に、フィルタエレメント35,36,3
7,38,39を通って半径内方と外へ流通する。
随意には、無機質ファイバを含んで成る不織布マットを
管15,16,17,18,19の少くとも１本の外面と実質的に螺旋
交差巻き無機質ヤーンとの間に挿置することが出来る。
随意には、熱逃散ヤーンを、無機質ヤーンに加えて管15
−19の少くとも１本の周囲に実質的に螺旋状に、即ち交
差巻きすることが出来る。
図３に示すディーゼル微粒子フィルタ40は図１と図２に
示すフィルタに構造と機能において類似している。金属
ケーシング42の中には、５本の同心離間配置の剛性金属
管（図示省略）があり、管壁は各管の各端における非多
孔域を除き、全長に亘って均等に多孔が配設されてい
る。シートメタルスタンピング（stamping）が管の入口
端と出口端に溶接されており、その１個44は図示してあ
る。スタンピングは管端に確保されていて、管間の交互
の空間を遮蔽し且つフィルタを構造的に補強するように
作用する。メタルスタッド46はスタンピングと一体成形
されているが、その最外部はケーシング42に溶接されて
いる。
無機質ファイバの複数の不織布マット48が実質的に螺旋
状の交差巻き無機質ヤーン49によって各管の多孔面に対
し保持されている。
図１に示す同心管タイプのディーゼル微粒子フィルタを
含む管のサイズと数は、ディーゼルエンジンの微粒子フ
ィルタの要件とサイズに依存している。一般に、フィル
タの費用は使用する管の数の増加と共に増大する。他
方、特殊な用途のために極少数の管にした場合には、排
気ガスの濾過能力に劣るものになり得る。
図１、図４、図５において、螺旋状交差巻き無機質ヤー
ンは緻密コア80を有するセラミックヤーンを含んで成
り、このコアからはファイバセグメント、連続ファイバ
のループ或いはその組合せ物81が外出している。図４と
図５は管軸に対し各巻き方向に最初約45゜の角度で層状
に交差巻きされるヤーンを示している。引き続く各層に
おいて、巻き角度はヤーンのコアが下にあるコアと半径
方向に整列されるようにやゝ増大（即ち約0.25゜）され
ている。この巻き高性は隣接ヤーン周回部（convolutio
n）が第１のパスにおいて広く離間していて、次にその
後のヤーン周回部が隣接のヤーン周回部間の間隙が等し
くなるまでところどころに入っているようにする。この
構成は本来的に、各層に相反する方向のヤーン周回を織
り込むことでフィルタエレメントに排気力に対する安定
性を付与する結果となる。
管上に半径方向に整列したコア群は相対的に緻密な壁82
を形成し、これらの壁が離間して四辺開口84（即ちダイ
ヤモンド形）を規定している。ファイバセグメント、フ
ァイバループ、或いはその組合せ81が各開口に突出し、
横に隣接したヤーン周回部（convolutions）のファイバ
セグメントとファイバループが図４と図５に示すように
からみ合っている。管15,16の間に入る排気ガスは出口
端71を通って排出される前に管15を半径内方へ通過し、
また管16を半径外方へ通過する。
巻き糸は非多孔域に延入しているので、巻き角度は好ま
しくはコンピュータ制御で変化させて、ヤーンの隣接周
回部が次第に接近を強めるようにし、それにより排気流
に対し実質的に不通にするように相対的に肉厚の端壁を
提供する。
各壁82が半径方向に延長しているので、開口84は図５に
見られるように漏斗形になる。更に、ファイバセグメン
トとファイバループの密度は各開口の外面から基部に進
むにつれて増大する傾向になり、排気がフィルタエレメ
ントを半径内方へ通過するときの、フィルタエレメント
の全深さに亘って分布する微粒子トラップを提供する。
フィルタエレメントのフィルタ容量は下流部に相対的に
織りのきめを高度にしたヤーンを用い且つ上流部に上に
進むに従って次第に加工のきめが低下するヤーンを用い
ることにより高めることが出来る。
フィルタエレメントを巻く角度は各巻き方向に管軸に対
して約30゜から約70゜の範囲にする。もっと好ましいも
のとしては、巻き角度を約30゜から約60゜の範囲にす
る。最も好ましいものとしては、巻き角度を約45゜から
約55゜の範囲にする。特定された範囲内の巻き角度の使
用は、特有の結果としてこれらの範囲を実質的に外れた
角度で巻かれたフィルタよりも有効になり、且つ管に良
好に確保されるフィルタエレメントを提供する。
図１−３に図示したようなディーゼル微粒子フィルタの
構造に関する追加の詳細は「同心管ディーゼル微粒子フ
ィルタ」の名称になる譲受人共願の米国特許出願第07/7
84,194号に開示されている。もう１つの別の好ましいデ
ィーゼル微粒子フィルタは図６に概略的に示される。デ
ィーゼル微粒子トラップ50はケーシング51を含み、この
ケーシングが円筒体52、円錐排気入口53及び円錐排気出
口54を含んで成る。円筒体52の中には、平行な並列配置
の剛性のある多孔管56が複数本あり、各管は隣りの排気
出口54で開いているが円形キャップ57により隣りの排気
入口53を遮蔽しており、円形キャップ57が開口63を有す
る内部支持体（例えばブラケット）58にポスト59により
確保されている。管56を受容する円形開口を有する円板
60が管56にその開口端で連結されている。板60は円筒体
52にも連結されて、隣接の管の間隙を遮蔽し、且つ管と
円筒体52の間隙を遮蔽して、入口53から入る排気ガスが
出口54の未遮蔽空隙を通って排出する前に管の多孔を半
径内方向に通過するようにしてある。
各管56はカートリッジとして、連携したハードウェアと
組合されている。無機質ヤーンは各管の多孔域に亘って
層状に交差巻きされてフィルタエレメント62を提供して
いる。
ディーゼル微粒子フィルタ10と50をディーゼル排気が出
口71或いは54から入り、入口70或いは53から出るように
構成することは本発明の範囲内にある。
ケーシング、遮蔽（ブロック）手段、プレート、ポス
ト、内部支持体及びストラッドは、個別に例えばメタル
やセラミックを含む適当な材料を含んで成ることが出来
る。製作の容易性から、好ましい材料はメタルである。
好ましくは、このメタルはステンレススチールのシート
メタルである。ケーシングを連結する手段、遮蔽手段、
プレート、ポスト及びストラッドはケーシング、遮蔽手
段及びストラッドが含んで成る具体的材料にとって公知
な技術のものを含む。例えば、ケーシング、遮蔽手段、
プレート、ポスト及びストラッドがメタル製であれば、
これを連結する好ましい手段は溶接である。
ケーシングの形状は都合により変化し得る。適当な形状
は、例えば円形断面、楕円形断面、正方形断面及び長方
形断面を有するものを含む。同心フィルタエレメントを
含むディーゼル微粒子フィルタのためには、ケーシング
は円形或いは楕円形の断面を有するのが好ましい。ケー
シングは、代表的にはスリムな外形になり得るように長
尺にされる。
多孔管は、例えばメタルとセラミックを含む適当な材料
を含んで構成され得る。多孔管は、例えば孔を有する
管、ワイヤスクリーン或いは実質的に剛性がある限り拡
張されたメタルであり得る。多孔セラミック管は優れた
性能を提供し得るが、適当な遮蔽手段を適用することが
不当に高価なものなり得る。好ましくは多孔管はメタル
を含んで成る。より好ましくはこのメタルをステンレス
スチールのシートメタルにすることである。
管の形状はケーシングに対して上述したように都合によ
って変え得る。好ましくは、管は円形或いは楕円形の断
面を有している。
各管の多孔は剛性を維持しながら出来るだけ大きくすべ
きである。好ましくは、各多孔は排気の如何る微粒子に
とってもそれを捕捉（トラップ）するには格段に大き過
ぎる約1mmから約20mmの範囲の直径のものにする。もっ
と好ましくは、各多孔は約2mmから約10mmの範囲の直径
のものにし、最も好ましくは約3mmから約7mmの範囲の直
径のものにする。
個々の孔のサイズは同一のものか、相違したものか或い
は両者の組合せたものであり得る。
好ましくは、無機質ヤーンは、撚り（ply−twisted）を
掛けられる。それは加工したときの構造が撚りを掛けて
いない無機質ヤーンよりもヤーンの本来の強度を良好に
維持するからである。
無機質ファイバは、約５−約20マイクロメータの範囲の
直径を有するものが好ましい。無機質ファイバは、もっ
と好ましくは約７−約15マイクロメータ、最も好ましく
は約９−約14マイクロメータの範囲の直径を有するよう
にする。これらの特定された範囲の直径を有するファイ
バを概してこれらの範囲外に実質的にある直径を有する
ファイバよりも製造と糸加工（texturize）が容易であ
る。更に、実質的に５マイクロメータより小さい直径の
ファイバは糸加工したときに容易に損傷する（即ち破断
する）。20マイクロメータより実質的に大きい直径のフ
ァイバは、代表的にはこれら特定された範囲の直径を有
するファイバよりも有効性に劣るフィルタを提供する。
無機質ヤーンを含んで成る無機質ファイバはセラミック
のものが好ましい。このセラミックファイバは、例えば
非結晶性のもの、多結晶のもの或いは両者の組合わせた
ものであり得る。
有用なセラミックヤーンは、例えばアルミナ−ボリア
（boria）−シリカ、アルミナ、シリカ、炭化シリコン
及び窒化ホウ素等で製造されたファイバを含む。好まし
くは、このセラミックファイバはアルミナ−ボリア−シ
リカを含んで成る。取扱いに役立てるためにはヤーン
は、代表的には従来のサイジング法を用いてサイズが決
められる。アルミナ−ボリア−シリカのヤーンは、例え
ば「NEXTEL 312 CERAMIC YARN」及び「NEXTEL 440 CERA
MIC YARN」の商標の下でセント・ポールの3M Co.から市
販されているものが入手可能である。
無機質ヤーンの糸加工（texturization）がそのフィル
タ効能、即ち捕捉効能を向上させる。好ましくは無機質
ヤーンのロフティ（lofty）になるように加工する、例
えば連続ファイバのループ、個々のファイバセグメント
或いは両者の組合せたものが緻密コアから外法へ延出す
るように糸加工される。連続ファイバのループは最も好
ましい。無機質ヤーンは、例えばエアジェット糸加工や
機械糸加工を含む公知技術によって加工することが出来
る。エアジェット糸加工は、機械糸加工のヤーンよりも
ファイバセグメントが少く、ファイバループの多い状態
に糸加工されたヤーンを提供するので、好ましい。
好ましくは、糸加工された（texturized）ヤーンは約１
−約10mmの範囲の直径を有している。もっと好ましく
は、糸加工された無機質ヤーンの直径は約３−約6mmの
範囲にある。これらの特定範囲の直径を有する糸加工さ
れたヤーンの濾過効能即ちトラップ効能は概してこれら
の範囲外の直径を有するものより優れている。
多孔管の周囲にヤーンを巻くには、巻き張力がヤーンを
破断させない限りで出来るだけ高いものが好ましい。代
表的な巻き張力は、約9.8−約19.6ニュートンの範囲に
ある。
発明品のディーゼル微粒子フィルタを含む各フィルタエ
レメントは、実質的に螺旋状に交差巻きされた無機質ヤ
ーンの１以上の層を含んで構成され得るし、或いはこれ
は無機質ファイバを含んで成る１枚以上の不織布マット
を含んで構成され、このマットが実質的に螺旋状に交差
巻きされた無機質ヤーンによって各管の半径外側にある
多孔面に対して保持されるようにしたものであり得る。
セラミックファイバの実質的に螺旋状に交差巻きされた
糸加工ヤーンを含んで成るフィルタエレメントでは、あ
る種の熱逃散ヤーンの巻糸の中に組み込むことが望まれ
得る。この熱逃散ヤーンがフィルタの最初の使用の際或
いはその前に焼却されたときに残留する通路は背圧を低
減させ、且つ濾過するファイバへのアクセス度合を高め
る。適当な熱逃散ヤーンは市場で入手可能であり、例え
ばポリプロピレンのヤーン（例えば、UTのマグナのHerc
ules,Inc.から商標「HURCULON」の名の下に市場で入手
可能）とレーヨンヤーン（例えばVAのフロントロイヤル
のArtex Fibersから「RAYON YARN」の商標名の下で市場
入手可能）を含む。
無機質ファイバを含んで成る不織布マットを更に含んで
成るフィルタエレメントでは、このマットに大きな背圧
を要さずに高度の濾過効率を可能にするものを選択する
のが好ましい。代表的には、不織布マットを含むファイ
バは約６マイクロメータ未満の直径を有している。好ま
しくは、不織布マットを含むファイバは約３マイクロメ
ータ未満の直径を有しており、このような直径を有する
ファイバは「マイクロファイバ」と称し得る。もっと好
ましくは、このマイクロファイバは約１−約３マイクロ
メータの範囲の直径を有している。好ましい不織布マッ
トはセラミックブローン（blown）マイクロファイバを
含んで構成され得る。好ましくは、このセラミックファ
イバはアルミナ−ボリア−シリカ、アルミナ−シリカ、
アルミナ、シリカ、炭化シリコン、或いは窒化シリコン
で製造される。もっと好ましくは、不織布マットはアル
ミナ−ボリア−シリカブローン（blown）マイクロファ
イバを含んで構成される。
適切な不織布マットは市場入手可能であり、the 3M Co.
から「ULTRAFIBER 312」と「ULTRAFIBER 440」の商標名
の下に、U.K.のチッシァーのImperial Chemicals Inc.
から「SAFFIL LD MAT」の商標の名の下に、そしてNYの
ナイヤガラフォールのthe Carborundum Co.から「FIBER
FRAX」の商標名の下で市販されているものを含む。
無機質ファイバのヤーンに較べて不織布マットの相対的
にファイネス（fineness）で固有に大きな表面積は、不
織布マットを含むフィルタエレメントが無機質ファイバ
の加工ヤーンを用いたフィルタエレメントと同じ濾過効
能を有しながら、肉薄になることを許容する。しかしな
がら、無機質ファイバの実質的に螺旋状に交差巻きされ
た糸加工ヤーン（texturized yarn）を含むフィルタエ
レメントは、不織布マットの１以上の層を組み込んだも
のよりも製造上経済的であり得る。更に、等しい量の不
織布マットより多量のスートを捕捉することが出来る。
好ましくは、各フィルタエレメントは約１−約25mmの範
囲の環形厚を有している。無機質ファイバを含んで成る
実質的に螺旋状に交差巻きされた糸加工ヤーンを含んで
成るフィルタエレメントでは、その好ましい環形厚は約
３−約8mmの範囲にある。この範囲より実質的に大きな
肉厚は不当ににコスト高になり、望ましくない高背圧を
もたらし、他方この範囲より実質的に小さい肉厚は濾過
効能を不充分なものにする。
カーボンと溶解性の有機成分（例えば炭化水素と一酸化
炭素）の酸化に役立てるために、フィルタエレメントは
無機質ヤーン、無機質不織布マット或いはこれらを組合
せたものを被覆した酸化触媒を更に含むことが出来る。
この手の酸化触媒は技術的に公知であり、例えば貴金属
（例えば白金、ロジウム、その他の白金族の金属及び
銀）と卑金属（例えば銅、鉄、マグネシウム及びカリウ
ム）を含む。触媒を無機質ヤーンと不織布マットに被覆
する方法は公知技術である。
本発明品のディーゼル微粒子フィルタは、随意には、累
積粒子の定期的な焼却手段、例えば周期的に捕捉微粒子
物の燃焼点を越える温度に加熱することにより焼却する
手段を含んで構成される。有用な電気的燃焼法は1990年
１月３日公開の欧州特許出願の公開公報第0,275,372号
（Ｇrter他）から教示される。
累積粒子は、オーブンの中でフィルタを加熱することに
より（例えば、代表的には約１−約２時間の範囲の期
間、約550゜から約900゜の範囲の温度のエア雰囲気にお
いて）或いはガスバーナを入口端に連結することにより
焼却され得る。
累積粒子の定期的焼却の好ましい手段は「電気的に再生
可能なディーゼル微粒子トラップ」の名称の、譲受人共
願の米国特許出願第07/680,812号に開示されている。
本発明の目的と利益は次の例により更に示されるが、こ
れらの例に記載の具体的材料と量並びにその他の条件と
詳細を、本発明を限定するものと解すべきではない。
例１ 図１−３に実質的に示されるようなディーゼル微粒子フ
ィルタエレメントを5cm外径と4.85cm内径を有する50cm
長の304ステンレススチールの多孔管を用いて組立て
た。4mm径の多孔はそのセンタが4.8mmずれた配位で管に
等間隔で配設されたが、約2.5cm長の各管端部は多孔を
配設していない。
各管は2/2,1.5Z,1800デニールのアルミナ−ボリア−シ
リカのセラミックヤーン（the 3M Co.から「NEXTEL 312
CERAMIC YARN」の商標名の下に市場入手可能）で交差
巻きされているが、このヤーンはエアジェット式糸加工
機（ドイツ、ニューキャッスルのEnterprise Machine a
nd Development Corp.から「Model 52 D JET」と「Mode
l 17 SIDEWINDER」の商標名の下で市場入手可能）を用
いて、高度に糸加工（texturized）されたものである。
糸加工機の速度は約26.5m/分に設定された。ジェットは
その最閉位置から約１ターンの3/4だけ開かれた。エア
圧力は約790kPaに設定された。高度に糸加工されたセラ
ミックヤーンは管の周囲に螺旋状に交差巻きされて７枚
の層を提供し、１層は管長を横切る各方向における20回
巻きのパスに等しい。
各管は、次に上述のように、但しエア圧力が約690kPaに
設定されて、エアにより糸加工された2/2,1.5Z,1800デ
ニールのアルミナ−ボリア−シリカのセラミックヤーン
（NEXTELTM 312 CERAMICYARN）で７枚の層状に交差巻き
された。
最後に、上述のエア糸加工を、但しエア圧力が約585kPa
に設定された状態で、施こされた2/2,1.5Z,1800デニー
ルのアルミナ−ボリア−シリカのセラミック糸（NEXTEL
TM 312）の３層を管に交差巻きした。
具体的には、このセラミックヤーンは３軸コンピュータ
制御精密巻機（CA,シグナルヒルズのAutomation Dynami
cs）を用いて管の周囲に螺旋状に巻かれた。第１層の巻
き角度は52゜であった。巻きの過程ではヤーンは約14.2
ニュートンの一定張力に維持された。引き続く各層で
は、巻き角度はやゝ増大させて、その層のヤーンコアを
四辺開口が提供されるように下側のヤーンコアと一線上
に整列させた。
管の各非多孔域では（即ち、管の各端）、巻きパターン
は70゜ドウェル（dwell）を有するように変更し、緻密
端壁を提供するようにした。この壁はフィルタ端から未
濾過排ガスの逃散を遮断するように作用する。
交差巻きヤーンの第１層では、「四辺開口」の対立コー
ナ間の開口サイズは管の軸方向において約4.3mmであ
り、管周方向において約7.2mmであった。
最終（即ち、19番手）の層を含む「四辺開口」の対立コ
ーナ間の開口サイズは軸方向において約5.7mmであり、
管周方向において約9mmであった。管軸方向の線に沿っ
て78個の「四辺開口」が存在した。
螺旋状交差巻きヤーンを有する管の外径は約10.8cmであ
った。セラミックヤーンの17枚の層は約568gであった。
結果のフィルタカートリッジは、2.3リットル、４シリ
ンダ、４ストロークの間接インジェクションディーゼル
エンジン（OH,コロンバスのCummins Engine Co.の「CUM
MINS 4A 2.3 DIESEL ENGINE」の商標名の下に市場入手
可能）に配置した。
このフィルタの粒子捕捉効率はフィルタの入口（即ち、
上流）と出口（即ち、下流）で採取する従来の多重バッ
チフィルタを用い且つ40 CFR § 86.1339−86（1989）
に概説されているフィルタ操作手続を用いて、測定され
た。この用いた膜フィルタは直径47mmのものであった
（CT,プットナムのPallflex Products Corp.から「PALL
FLEX TEFLON MEMBRANE FILTERS」の商標名の下に市場入
手可能）。
ディーゼル微粒子フィルタの効率を算出するために、下
流サンプルの質量濃度（即ち、サンプル体積で上流膜フ
ィルタ中のスート量を除算したもの）を上流サンプルの
質量濃度（即ち、サンプル体積で上流膜フィルタ中のス
ート量を除算したもの）で除算した値である。この商の
値を１から引算し、その結果の値に100を乗算した。デ
ィーゼル微粒子フィルタの効率はテストの初期には約2.
3m3／分の流速において約55％であった。テストの終り
における効率は約2.3m3／分の流速において約78％であ
った。
ディーゼル微粒子フィルタの受ける圧力は調節可能な空
気流を出すブロアを有し、且つ直径が約5cmの連結パイ
プを有する従来のフローベンチを用いてテストの前後で
測定された。テストの始めと終りでの背圧は、夫々水位
で約4cmと約40cmであった。テストの前後でフィルタカ
ートリッジの重量を測定して決定した値として、約6.8g
のスートが198分間のテストで捕捉された。
フィルタカートリッジはオーブンに入れ、約２時間、約
600℃で加熱してスートを焼却した。
フィルタは上述の手続を用いて再度テストされた。テス
ト期間は約141分であった。テストの始めと終りの背圧
は再び水位で夫々約4cmと約40cmになった。補足スート
量は約6.5gであった。テストの始めと終りのフィルタ効
率は夫々約60％と約84％であった。
本発明の種々の修正と変更は本発明の範囲と精神から逸
脱することなく当業者にとって明白になるであろうが、
本発明は前述の図示の実施例に不当に限定されないこと
は理解されて然るべきである。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】（ａ）少なくとも２端（53,54;70,71）を
    有するケーシング （11;42;51）； （ｂ）排気系に該ケーシング端を連結する手段； （ｃ）該ケーシング端の間に延在し、両端と外面と多孔
    域を提供する多孔を有している実質的に剛性のある少く
    とも１本の管（15,16,17,18,19;56）； （ｄ）該ケーシング内で該管を支持する支持手段（20,2
    1,24,25,26,30,46;57,58,59,60）； （ｅ）該管の周囲に実質的に螺旋状に交差巻きされて該
    多孔を覆うようにした無機質ヤーンにより形成された複
    数の引き続く層を含んで成るフィルタエレメントを含ん
    で構成されたディーゼル微粒子フィルタ（10;40;50）に
    おいて、 該無機質ヤーンがコア（80）を含んで成り、当該コアか
    らは少くとも１つの連続ファイバのループ或いはファイ
    バセグメント（81）が外方へ延在しており、引き続くヤ
    ーン周回部が各層において反対向きに巻かれて相互織り
    合せコアを提供し、各層の引き続くヤーン周回部のコア
    が離間配位した壁（82）を提供するように半径方向に１
    線に配列して、当該壁により四辺開口が規定され、該管
    多孔域で該ヤーン周回部が各巻き方向において該管の軸
    に対して約30゜から約70゜の範囲の角度で延長してお
    り、該ファイバループ或いは該ファイバセグメント（8
    1）が該開口（84）の各々に突出しており、該壁（82）
    が該フィルタエレメントに排気力に対する安定性を付与
    し、隣接ヤーン周回部の該ファイバループ或いは該ファ
    イバエレメント（81）がからみ合って、該開口の各々と
    連携してディーゼル排気微粒子に対するトラップを提供
    するようにしたことを特徴とするディーゼル微粒子フィ
    ルタ。
  2. 【請求項２】該ディーゼル微粒子フィルタ（50）におい
    て、該管（56）として複数本を配設し、当該管群（56）
    が並列離間配置されていて、該ケーシング（51）の１端
    で各管を遮蔽する手段（57）が設けられている、請求項
    １に係るディーゼル微粒子フィルタ。
  3. 【請求項３】該ディーゼル微粒子フィルタ（10;40;50）
    において、該フィルタエレメント（35,37,38,39;62）が
    更に該無機質ヤーンを被覆した酸化触媒を含んで成る、
    請求項１に係るディーゼル微粒子フィルタ。
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