JPH08243333A - Particulate trap for diesel engine - Google Patents
Particulate trap for diesel engineInfo
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ンの排気ガス中のカーボン等の微粒子（パティキュレー
ト）を捕集・除去するためのパティキュレートトラップ
に関する。また併せて排気ガス中の有害ガス成分を除去
できるパティキュレートトラップに関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a particulate trap for collecting and removing fine particles (particulates) such as carbon in exhaust gas of a diesel engine. In addition, the present invention also relates to a particulate trap capable of removing harmful gas components in exhaust gas.
【０００２】[0002]
【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、主にＮＯｘとカーボンを主体とするパティキ
ュレートの除去が重要な課題である。2. Description of the Related Art Exhaust gas from an automobile is one of the major causes of air pollution, and a technique for removing harmful components contained in the exhaust gas is extremely important. Particularly in diesel engine vehicles, the removal of particulates mainly composed of NOx and carbon is an important issue.
【０００３】これらの有害成分を除去するために、排気
再循環（ＥＧＲ）をかけたり、燃料噴射系の改善を行っ
たり、エンジン側での努力も行われているが、抜本的な
決め手がなく、排気通路に排気トラップを設置し、パテ
ィキュレートをトラップによって捕集し、後処理により
除去する提案（特開昭５８−５１２３５号公報等）が最
も実用的であると考えられ、検討が続けられている。In order to remove these harmful components, exhaust gas recirculation (EGR) is applied, the fuel injection system is improved, and efforts are being made on the engine side, but there is no fundamental decisive factor. The proposal that an exhaust trap is installed in the exhaust passage, particulates are trapped by the trap, and removed by post-treatment (Japanese Patent Laid-Open No. 58-51235, etc.) is considered to be the most practical, and the study is continued. ing.
【０００４】ところで、ディーゼルエンジン排気に含ま
れるパティキュレートを捕集するためのパティキュレー
トトラップ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。By the way, from the conditions used as a particulate trap for collecting particulates contained in the exhaust gas of a diesel engine, it is necessary to satisfy the following performances.
【０００５】 捕集性能 先ず第１に、排気ガスの清浄度を満足させるだけの、パ
ティキュレートの捕集効率をもっていることが必要であ
る。パティキュレート排出量は、ディーゼルエンジンの
排気量や負荷等により変化するが、ディーゼルエンジン
からの排出量の平均６０％以上を捕集できることが必要
であると言われている。また、最近パティキュレートの
中でも粒径２μｍ以下の浮遊性微粒子が人体肺胞に入り
易く肺ガンの原因になるとの報告もあり、この浮遊性微
粒子を充分に捕集できることも必要となっている。Collection Performance First of all, it is necessary to have a collection efficiency of particulates sufficient to satisfy the cleanliness of exhaust gas. The particulate emission amount changes depending on the exhaust amount and load of the diesel engine, but it is said that it is necessary to collect an average of 60% or more of the emission amount from the diesel engine. In addition, recently, among the particulates, it has been reported that floating fine particles having a particle size of 2 μm or less easily enter the human alveoli and cause lung cancer, and it is also necessary to sufficiently collect these floating fine particles.
【０００６】 圧力損失 第２には、排気ガスに対する圧力損失が小さいことであ
る。パティキュレートが捕集されるに従って、トラップ
をエンジン排気が通過するときの圧力損失が大きくなっ
て、エンジンに背圧がかかり悪影響をもたらす。このた
め、通常捕集時の圧力損失を３０Ｋｐａ以下に抑える必
要があるといわれている。したがって、パティキュレー
トトラップは初期圧力損失が小さいことはもちろん、排
気ガスを通過させパティキュレートが捕集されても圧力
損失が上がりにくいことが必要とされる。Second, pressure loss is that the pressure loss with respect to the exhaust gas is small. As the particulates are collected, the pressure loss when the engine exhaust passes through the trap increases, and the back pressure is exerted on the engine, which causes an adverse effect. Therefore, it is said that it is necessary to suppress the pressure loss during normal collection to 30 Kpa or less. Therefore, it is necessary that the particulate trap has a small initial pressure loss and that the pressure loss is unlikely to increase even if the exhaust gas is passed therethrough and the particulates are collected.
【０００７】 再生 第３には、低エネルギーでの再生が可能なことである。
パティキュレートトラップはパティキュレート捕集後、
それを燃焼し再生することによって繰り返し使用する必
要がある。再生方法としては電気ヒータや軽油バーナを
利用した再生方法が検討されている。Regeneration Thirdly, regeneration with low energy is possible.
After collecting the particulate trap,
It must be used repeatedly by burning and regenerating it. As a regeneration method, a regeneration method using an electric heater or a light oil burner is being studied.
【０００８】 耐久性 第４には、優れた耐久性を持つことである。高温の排気
ガスに曝されるため高い耐食性が要求され、また、パテ
ィキュレートの燃焼再生時に発生するヒートショックの
繰り返しにも耐えることが要求される。Durability Fourth, it has excellent durability. Since it is exposed to high-temperature exhaust gas, high corrosion resistance is required, and it is also required to withstand repeated heat shocks that occur during the combustion regeneration of particulates.
【０００９】 触媒コンバータとの一体化 第５には、触媒コンバータとの一体化が必要である。現
在排気ガス中の有害ガス成分を除去するために、有害ガ
ス除去触媒を担持した触媒コンバータをエンジン排気系
に設置することがある。併せてパティキュレートトラッ
プを設置しようとする場合、エンジン排気系に設置スペ
ースがなかったり、また後処理装置を２種類設置するた
めのコスト増が問題となっている。Integration with catalytic converter Fifth, integration with catalytic converter is required. At present, in order to remove harmful gas components in exhaust gas, a catalytic converter carrying a harmful gas removing catalyst may be installed in an engine exhaust system. When attempting to install a particulate trap at the same time, there is a problem in that there is no installation space in the engine exhaust system and an increase in cost for installing two types of aftertreatment devices.
【００１０】従来、上記の要件を満足するフィルタエレ
メント材料として、コーディエライトセラミックスのウ
ォールフロー式のハニカム状多孔体が最も実用に近いと
考えられてきた。しかしながら、この方式では、パティ
キュレートが局所にたまりやすく、また、コーディエラ
イトセラミックスは熱伝導率が小さいため、再生時にヒ
ートスポットができやすく、フィルタが溶損したり、熱
応力によってクラックを生じたりすることがあり、耐久
性を確保できなかった。なお、最近注目されているセラ
ミックスファイバをキャンドル状にしたセラミックファ
イバートラップも、高温の排気ガス中では強度劣化を起
こしファイバの破壊が生じるため、耐久性の確保が難し
いと言われている。Conventionally, as a filter element material satisfying the above requirements, a wall-flow type honeycomb porous body of cordierite ceramics has been considered to be the most practical. However, in this method, particulates tend to accumulate locally, and since cordierite ceramics have a low thermal conductivity, heat spots are likely to be formed during regeneration, and the filter may be melted or cracked due to thermal stress. In some cases, durability could not be ensured. It is also said that it is difficult to secure durability of a ceramic fiber trap, which is a ceramic fiber trap in the shape of a candle, which has recently been attracting attention, because its strength is deteriorated in high temperature exhaust gas and the fiber is broken.
【００１１】そこで、再生時にクラック等の発生がなく
信頼性の高い金属製トラップが現在注目されている。し
かし、この金属製トラップは、上記要件のうちの再生
との耐久性については満足な結果が得られるものの、
の捕集効率との圧損についての要求を併せて満たす
のが難しい。即ち、高い捕集効率を得るように目孔を小
さくしたフィルタ設計を行うと、パティキュレートがフ
ィルタ表面にばかり捕集されて目づまりを起こし、その
結果、圧損が急激に上昇しフィルタ寿命が短くなる。Therefore, a highly reliable metal trap, which is free from cracks during reproduction, is currently receiving attention. However, although this metal trap gives satisfactory results with regard to durability with reproduction among the above requirements,
It is difficult to meet the requirements of the collection efficiency and the pressure loss of the. That is, if a filter design with small pores is performed to obtain high collection efficiency, particulates are collected only on the filter surface and cause clogging, resulting in a rapid increase in pressure loss and shortened filter life. .
【００１２】[0012]
【発明が解決しようとする課題】従来ＤＰＦ（ディーゼ
ルパティキュレートフィルタ）として開発されてきたコ
ーディエライトセラミックのウォールフロー式ハニカム
状多孔体には下記の問題点がある。 (1) その熱伝導率が小さいため、再生時にフィルタ内が
一様な温度になり難い。その結果、再生時にヒートスポ
ットができやすく、フィルタが溶損したり、熱応力によ
ってクラックを生じたりすることがあり、耐久性が確保
できない。 (2) 孔が断面四角形であるため、再生時のパティキュレ
ート燃焼による熱の放散性が悪く、かつ、角部に熱が集
中し易いためフィルタが破損しやすく、耐久性が確保で
きない。 (3) かかるハニカム状多孔体は断面四角形の孔を多数有
し、その端部孔を排気ガス入出口で交互に栓詰めする構
造である。この栓詰めが流路抵抗となるため初期の圧力
損失が大きい。 (4) 上記の構造では排気ガス入口側の開口面積が小さ
く、パティキュレートが付着して開口部が閉塞され、少
ない捕集量にも関わらず圧力損失が増大することがあ
る。 (5) パティキュレートの中でも粒径２μｍ以下の浮遊性
微粒子を捕集するためには孔径を小さくしなければなら
ず、この場合圧力損失が大きくなる。 (6) 触媒を担持する場合、ハニカム状多孔体は熱容量が
大きいため昇温スピードが遅く、触媒が働くのに充分な
温度上昇が得られないことがある。The cordierite ceramic wall-flow type honeycomb porous body which has been conventionally developed as a DPF (diesel particulate filter) has the following problems. (1) Due to its low thermal conductivity, it is difficult for the filter to have a uniform temperature during regeneration. As a result, a heat spot is likely to be formed during regeneration, the filter may be melted or damaged, and cracks may be generated due to thermal stress, and durability cannot be ensured. (2) Since the holes have a quadrangular cross section, the heat dissipation due to particulate combustion during regeneration is poor, and the heat tends to concentrate at the corners, so the filter is easily damaged and durability cannot be ensured. (3) The honeycomb-shaped porous body has a large number of holes having a quadrangular cross section, and its end holes are alternately plugged at the exhaust gas inlet / outlet. Since this plugging causes flow path resistance, the initial pressure loss is large. (4) In the above structure, the opening area on the exhaust gas inlet side is small, and the particulate matter adheres to block the opening, which may increase the pressure loss despite the small collection amount. (5) Among the particulates, in order to collect the floating fine particles having a particle size of 2 μm or less, the pore size must be made small, and in this case the pressure loss becomes large. (6) When a catalyst is supported, the honeycomb porous body has a large heat capacity, so that the temperature rising speed is slow and the temperature may not be sufficiently increased for the catalyst to work.
【００１３】そこで、熱伝導率が高くて再生時にヒート
スポットができ難く、クラック等の発生がなく信頼性の
高い金属製トラップが現在注目されている。しかし、金
属製トラップは、耐久性や再生に関する特性は上記要件
を満足するものの、高い捕集効率を得るようにフィルタ
設計を行うと、パティキュレートはフィルタ表面で目づ
まりを起こし、その結果圧力損失が急激に上昇し、フィ
ルタ寿命が短くなる。つまり、従来技術では上記要件
を満足することができない。Therefore, a metal trap, which has a high thermal conductivity, is hard to form a heat spot during reproduction, and is free from cracks and having high reliability, is currently receiving attention. However, although the metal trap satisfies the above requirements for durability and regeneration characteristics, if the filter is designed to obtain high collection efficiency, the particulates will clog the filter surface, resulting in pressure loss. It rises sharply and shortens the filter life. That is, the above-mentioned requirements cannot be satisfied by the conventional technology.
【００１４】金属製トラップで上記要件を同時に満足
するためには、排気ガスが流入できるフィルタエレメン
トの表面積（濾過面積）を大きくすることが必要であ
る。しかし、従来の金属製トラップでフィルタエレメン
トの表面積（濾過面積）を大きくしようとするとパティ
キュレートトラップは非常に大型なものになってしま
う。また、フィルタを側板に精密溶接すれば、フィルタ
間の隙間を縮めてスペースの利用効率を高めることがで
き、ある程度の小型化が図れるが、この方法は量産性に
優れず、コストも嵩む。In order to simultaneously satisfy the above requirements with the metal trap, it is necessary to increase the surface area (filtration area) of the filter element into which the exhaust gas can flow. However, if an attempt is made to increase the surface area (filtration area) of the filter element with the conventional metal trap, the particulate trap becomes very large. Also, if the filters are precision welded to the side plates, the space between the filters can be narrowed to improve the space utilization efficiency and the size can be reduced to some extent, but this method is not excellent in mass productivity and is costly.
【００１５】本発明は、フィルタ材料に金属を用いるこ
とでコーディエライトセラミックのウォールフロー式ハ
ニカム状多孔体の問題を解決すると共に、小型でフィル
タエレメント表面積が大きいトラップ構造をとることに
より従来の金属製トラップの問題点も解決するものであ
る。またフィルタ材料表面にアルミナウィスカーを生成
させることにより浮遊性微粒子の捕集を可能にし、金属
製トラップに触媒を担持させることによりパティキュレ
ートトラップと触媒コンバータの一体化も実現する。The present invention solves the problem of a wall-flow type honeycomb porous body of cordierite ceramic by using a metal as a filter material, and at the same time, by adopting a trap structure having a small size and a large filter element surface area, the conventional metal is used. It also solves the problem of traps made by the manufacturer. Further, by forming alumina whiskers on the surface of the filter material, it becomes possible to collect the floating fine particles, and by supporting the catalyst on the metal trap, the particulate trap and the catalytic converter can be integrated.
【００１６】[0016]
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明においては、平板フィルタを平行に多数配列
し、排気ガスを導入する平板フィルタ間の隙間を排気ガ
スの入口側と出口側で交互に行き止まりにした構造のフ
ィルタエレメント又は断面相似形の異径筒状フィルタを
複数個同心配置し、排気ガスを導入する各筒状フィルタ
間の隙間と最少径フィルタの一端を排気ガスの入口側と
出口側で交互に行き止まりにした構造のフィルタエレメ
ントのどちらかを排気系の途中に設置される容器内に装
着してディーゼルエンジン用パティキュレートトラップ
となす構成を採用したのである。In order to solve the above problems, in the present invention, a large number of flat plate filters are arranged in parallel, and the gaps between the flat plate filters for introducing the exhaust gas are provided at the inlet side and the outlet side of the exhaust gas. Concentric filter elements with different dead ends or different diameter cylindrical filters of similar cross section are arranged concentrically, and the gap between the cylindrical filters for introducing exhaust gas and one end of the minimum diameter filter are connected to the exhaust gas inlet. One of the filter elements has a structure in which dead ends are alternately arranged on the side of the exhaust side and the side of the outlet side is installed in a container installed in the middle of the exhaust system to form a particulate trap for a diesel engine.
【００１７】また上記の課題を解決するための手段とし
て、次の(1) 或いは(2) のフィルタエレメントを採用す
るディーゼルエンジン用パティキュレートトラップも発
明した。As a means for solving the above problems, the inventors have also invented a diesel engine particulate trap employing the following filter element (1) or (2).
【００１８】(1) 耐熱性金属繊維の不織布をフィルタ材
とし、このフィルタ材で作られる金属製のテーパ筒状フ
ィルタを複数個、テーパの向きが交互に逆になる状態に
して同心配置し、小径側端部が行き止まりになっている
中心の筒状フィルタを除く各フィルタの小径側端部をひ
とつ内側の筒状フィルタの大径側端部に各々接続して各
筒状フィルタ間の隙間を排気ガスの入口側と出口側で交
互に行き止まりにした構造のフィルタエレメント。(1) A non-woven fabric of heat-resistant metal fiber is used as a filter material, and a plurality of metal taper cylindrical filters made of this filter material are concentrically arranged in a state where the taper directions are alternately reversed. Except for the central cylindrical filter where the small-diameter side end is a dead end, connect the small-diameter side end of each filter to the large-diameter side end of the inner cylindrical filter to create a gap between the cylindrical filters. A filter element with a structure in which the exhaust gas inlet and outlet sides are alternately dead ends.
【００１９】(2) 耐熱性金属繊維の不織布をフィルタ材
とする平板帯状フィルタをくの字或いはコの字に交互に
逆向きに折り曲げ、その曲げ加工で各平板状フィルタ間
の隙間を排気ガスの入口側と出口側で交互に行き止まり
にした構造のフィルタエレメント。(2) A flat plate band-shaped filter having a heat-resistant metal fiber non-woven fabric as a filter material is alternately bent in a U shape or a U shape in the opposite direction, and exhaust gas is generated in the gap between the flat plate shaped filters by the bending process. A filter element with a structure in which the inlet side and the outlet side of the are alternately dead ends.
【００２０】なお、上記(1) のフィルタエレメントを構
成する筒状フィルタは、断面円形のもの、断面多角形の
もののどちらでもよい。The tubular filter forming the filter element of the above (1) may have a circular cross section or a polygonal cross section.
【００２１】このトラップのフィルタエレメントを構成
するフィルタは、耐熱性金属で作られた連続空孔を有す
る金属繊維の不織布を採用したものが望ましい。また、
平板フィルタ間、又は筒状フィルタ間に存在させる排気
ガス導入用の隙間は、パティキュレートトラップを充分
に小型化するために、フィルタ厚み方向の寸法を１０mm
以下にすることが望ましい。The filter constituting the filter element of this trap is preferably a non-woven fabric of metal fibers having continuous pores made of heat-resistant metal. Also,
The clearance for introducing the exhaust gas between the flat plate filters or between the cylindrical filters has a size in the filter thickness direction of 10 mm in order to make the particulate trap sufficiently small.
The following is desirable.
【００２２】さらに、平行平板のフィルタを有するフィ
ルタエレメントは、シート状のフィルタをコ字状に交互
に逆向きに曲げて平行配列の平板フィルタと平板フィル
タ間隙間の片側を行き止まりにする壁とを作り出し、平
板フィルタ間の隙間の両側部をライナを挿入して封止し
たものが特に望ましい。Further, in a filter element having a parallel plate filter, a sheet filter is alternately bent in a U shape in the opposite direction, and a flat filter in a parallel arrangement and a wall which makes a dead end on one side between the flat filter gaps are formed. It is particularly desirable to create and seal both sides of the gap between the flat plate filters by inserting liners.
【００２３】このほか、孔径に差のある少なくとも２種
類のフィルタ材を孔径の大きいものほど排気ガス流入側
にあるように組合わせた材料でフィルタエレメントを構
成することも、圧力損失をより小さくする上で有効なこ
とである。In addition, the pressure loss can be further reduced by constructing the filter element with a material in which at least two types of filter materials having different hole diameters are combined so that the filter material having a larger hole diameter is closer to the exhaust gas inflow side. The above is valid.
【００２４】また、上記いずれのフィルタエレメントも
フィルタ部の耐熱性金属骨格表面にアルミナウィスカー
を生成させることは、浮遊性微粒子を捕集させるために
有効である。Further, in any of the above filter elements, forming alumina whiskers on the surface of the heat-resistant metal skeleton of the filter portion is effective for collecting the floating fine particles.
【００２５】また、上記いずれのフィルタエレメント
も、フィルタ材に触媒を担持することによってパティキ
ュレートトラップと触媒コンバータを一体化させること
ができる。触媒は、フィルタ材である耐熱性金属繊維の
不織布の片面又は両面に担持させる方法、或いは前記不
織布の片面又は両面に連続孔を有する耐熱性金属骨格か
ら成る３次元網状構造多孔体を設置してこの多孔体に担
持させる方法がある。In any of the above filter elements, the particulate trap and the catalytic converter can be integrated by supporting the catalyst on the filter material. The catalyst is prepared by supporting a heat-resistant metal fiber as a filter material on one or both sides of a nonwoven fabric, or by installing a three-dimensional network structure porous body made of a heat-resistant metal skeleton having continuous pores on one or both sides of the nonwoven fabric. There is a method of supporting this on the porous body.
【００２６】[0026]
【作用】本発明のパティキュレートトラップは、平板フ
ィルタを平行配列にするか又は筒状フィルタを同心配置
にしてフィルタエレメントを構成しているので、平板フ
ィルタ間、或いは筒状フィルタ間の隙間を小さくすれば
設置スペースを広げずに平板フィルタや筒状フィルタの
総数を増加させることができ、非常に小型でありながら
フィルタエレメントの表面積を大きく確保し得る。従っ
て、高い捕集効率を得るように目孔を小さくしても表面
積の増加による単位面積当りの捕集量の減少により目詰
まりを少なくして差圧寿命を延ばすことができる。そし
て本発明のディーゼルパティキュレートトラップ構造
は、フィルタ材料に金属繊維の不織布を用いているため
熱伝導性が良く、それにより、再生時にフィルタ内が一
様な温度になるため再生時にヒートスポットができ難
く、フィルタが溶損したり、熱応力によってクラックを
生じたりすることがない。In the particulate trap of the present invention, the flat plate filters are arranged in parallel or the cylindrical filters are concentrically arranged to form the filter element, so that the gap between the flat plate filters or between the cylindrical filters is reduced. By doing so, it is possible to increase the total number of flat filters and cylindrical filters without expanding the installation space, and it is possible to secure a large surface area of the filter element while being very small. Therefore, even if the pores are made small so as to obtain high collection efficiency, clogging can be reduced and the life of the differential pressure can be extended by reducing the amount of collection per unit area due to the increase of the surface area. The diesel particulate trap structure of the present invention has good thermal conductivity because it uses a non-woven fabric of a metal fiber as a filter material, and as a result, a uniform temperature is generated inside the filter during regeneration, so that a heat spot can be generated during regeneration. It is difficult to cause the filter to melt and to prevent cracks due to thermal stress.
【００２７】中でも、断面円形の筒状フィルタから成る
フィルタエレメントを用いたものは、再生時熱放散の均
等性が高まり、耐久性がより一層向上する。Among them, the one using a filter element composed of a tubular filter having a circular cross section has improved uniformity of heat dissipation during regeneration and further improved durability.
【００２８】また、金属製のテーパ筒状フィルタを複数
個、テーパの向きが交互に逆になる状態にして同心配置
した構造や、平板帯状フィルタをくの字に交互に逆向き
に折り曲げた構造では、フィルタエレメントの端部にお
いてフィルタ材を鋭角に折り返した構造になっているた
め、排気流と直角方向（パティキュレートトラップ直径
方向）の設置スペースを大きくせずにフィルタ表面積を
大きく確保できるほか、排気ガスが流入するフィルタ間
の開口部面積も付着パティキュレートによって開口部が
閉塞されることの無い大きさにすることができ、これに
より、初期圧力損失を大幅に低減でき、少ないパティキ
ュレート捕集量で開口部が閉塞されて圧力損失が急激に
増大すると云う不具合も防止できる。Further, a structure in which a plurality of metal taper cylindrical filters are concentrically arranged with the directions of the taper alternately reversed, or a structure in which flat plate band-shaped filters are alternately bent in a dogleg shape Since the filter element has a structure in which the filter material is folded back at an acute angle at the end of the filter element, a large filter surface area can be secured without increasing the installation space in the direction perpendicular to the exhaust flow (diameter direction of the particulate trap). The area of the openings between the filters into which the exhaust gas flows can also be set to a size in which the openings are not blocked by the adhered particulates, which can significantly reduce the initial pressure loss and reduce the amount of particulate collection. It is also possible to prevent the problem that the opening is blocked by a certain amount and the pressure loss increases rapidly.
【００２９】特に、フィルタエレメントの孔径を排気ガ
スの流入側から流出側に向けて徐々に小さくしたもの
は、フィルタの厚み方向の全域でパティキュレートが平
均的に捕集されるため、圧力損失の上昇度合が小さく、
差圧寿命がより一層延長される。Particularly, in the filter element in which the hole diameter is gradually reduced from the inflow side of the exhaust gas toward the outflow side, since the particulates are evenly collected in the entire region in the thickness direction of the filter, the pressure loss of The degree of climb is small,
The differential pressure life is further extended.
【００３０】なお、各フィルタ間の隙間寸法について１
０mm以下が好ましいとしたのは、限られたスペース内で
フィルタ表面積をより大きく確保するためには隙間寸法
は小さいほどよく、トラップの小型化の効率が高まるか
らである。The size of the gap between the filters is 1
The reason why 0 mm or less is preferable is that in order to secure a larger filter surface area within a limited space, a smaller gap size is better, and the efficiency of trap miniaturization is improved.
【００３１】さらに、平行平板のフィルタを有するエレ
メントは、例えば、シート状のフィルタをコ字状に交互
に逆向きに曲げ、その後、平板フィルタ間の両側部をラ
イナで封止すれば完成するので量産性に優れ、安価に製
造できる。また、独立した平板フィルタを複数枚平行に
配列し、各平板フィルタ間の隙間の一端側と他端側にラ
イナを交互に挿入してその部分を封止した後、両側部を
ライナで封止するものも量産性に優れ、安価に製造する
ことが可能である。Further, an element having a parallel plate filter is completed by, for example, alternately bending a sheet filter in a U shape in the opposite direction, and then sealing both side portions between the plate filters with a liner. It has excellent mass productivity and can be manufactured at low cost. In addition, multiple independent plate filters are arranged in parallel, liners are inserted alternately at one end and the other end of the gap between each plate filter, and that part is sealed, then both sides are sealed with liners. Those manufactured are also excellent in mass productivity and can be manufactured at low cost.
【００３２】異径の筒状フィルタを同心配置するエレメ
ントも、実施例で述べるような方法で比較的簡単に安価
に量産することができる。An element in which cylindrical filters having different diameters are concentrically arranged can be mass-produced relatively easily and inexpensively by the method described in the embodiment.
【００３３】一般に、小容積で表面積の大きいフィルタ
を作る場合、フィルタ材の両側を側板に精密溶接する手
法が考えられるが、小ピッチ配列のフィルタ材を全て溶
接していくこの方法は、技術的困難が伴い、実現性が定
かでない。また、実現可能であってもコストが極端に高
くなる。これに対し、本発明のトラップに用いるフィル
タエレメントは、精密溶接を必要としないため低コスト
での製造が可能である。Generally, in the case of making a filter having a small volume and a large surface area, a method of precisely welding both sides of the filter material to the side plates is conceivable, but this method of welding all the filter materials in a small pitch arrangement is technical. There are difficulties and the feasibility is uncertain. Moreover, even if it is feasible, the cost becomes extremely high. On the other hand, the filter element used in the trap of the present invention does not require precision welding and can be manufactured at low cost.
【００３４】また、耐熱性金属繊維の不織布から成るフ
ィルタ材の骨格表面にアルミナウィスカーを生成させる
ことにより、金属繊維間のフィルタ孔をより小さくする
ことができる。その結果、パティキュレートの中でも粒
径２μｍ以下の浮遊性微粒子を捕集することが可能にな
る。Further, by forming alumina whiskers on the skeleton surface of the filter material made of the non-woven fabric of heat resistant metal fibers, the filter pores between the metal fibers can be made smaller. As a result, it becomes possible to collect the floating fine particles having a particle diameter of 2 μm or less among the particulates.
【００３５】また耐熱性金属繊維の不織布から成るフィ
ルタ材の片面もしくは両面、或いは、そのフィルタ材の
片面又は両面に耐熱性金属骨格から成る３次元網状構造
多孔体を設け、通気性のあるこの多孔体に触媒を担持す
ることにより、パティキュレートトラップと触媒コンバ
ータの一体化が実現できる。そして触媒担持体が充填率
の低い金属であるため熱容量が小さく、その結果排気ガ
スによる触媒の昇温スピードが速くなり、触媒が作用す
るのに充分な温度を得ることが容易となる。Further, a filter material made of a non-woven fabric of heat-resistant metal fibers is provided on one or both sides thereof, or on one or both sides of the filter material, a three-dimensional network structure porous body made of a heat-resistant metal skeleton is provided, and this porous material having air permeability is provided. By supporting the catalyst on the body, the particulate trap and the catalytic converter can be integrated. Since the catalyst carrier is a metal having a low filling rate, the heat capacity is small, and as a result, the temperature rising speed of the catalyst due to the exhaust gas is high, and it is easy to obtain a temperature sufficient for the catalyst to act.
【００３６】なお、前述のアルミナウィスカーは、それ
を生成させた後触媒を担持させると触媒の担持面積を増
大させるのにも役立つ。The above-mentioned alumina whiskers are also useful for increasing the catalyst supporting area when the catalyst is supported after the alumina whiskers are formed.
【００３７】[0037]
【発明の実施の形態】図１に、本発明のパティキュレー
トトラップに用いるフィルタエレメントの一例を示す。
このフィルタエレメント１は、耐熱性金属で作られた異
径テーパ円筒状フィルタ２、３、４、５、６、７をテー
パの向きが交互に逆になるように同心配置してそれ等を
一体化してある。中心の筒状フィルタ２は、小径端側が
行き止まりになっている。ここではフィルタ２を円錐形
にすることによってその行き止まりを実現しているが、
円板のフィルタで小径端側を行き止まりにする構造にし
てもよい。1 shows an example of a filter element used in a particulate trap of the present invention.
In this filter element 1, tapered taper filters 2, 3, 4, 5, 6, 7 made of heat-resistant metal and having different diameters are concentrically arranged so that the directions of the tapers are alternately reversed, and they are integrated. It has been transformed. The cylindrical filter 2 at the center has a dead end on the small diameter end side. Here, the dead end is realized by making the filter 2 into a conical shape.
The structure may be such that the small-diameter end side is a dead end with a disc filter.
【００３８】このフィルタ２の大径端にフィルタ３の小
径端を接続し、次にフィルタ３の大径端にフィルタ４の
小径端を接続し、同様の作業を繰り返して各フィルタ間
の隙間Ｇi 、Ｇo を排気ガスの入口側と出口側で交互に
行き止まりにしてフィルタ２〜７が一体化されたフィル
タエレメント１に仕上げている。The large-diameter end of the filter 2 is connected to the small-diameter end of the filter 3, the large-diameter end of the filter 3 is connected to the small-diameter end of the filter 4, and the same operation is repeated to form a gap G between the filters. i, and finishing the G o the filter element 1 filter 2-7 is integrated with the inlet and outlet sides in the dead-end in alternating exhaust gas.
【００３９】最外周のフィルタ７にはエレメント取付け
用の鍔８が付けられているが、これは必要に応じて設け
ればよい。The outermost filter 7 is provided with a brim 8 for attaching an element, which may be provided as required.
【００４０】なお、フィルタエレメント１は円筒を基本
にした例示の構造のものがスペース効率面及び再生時の
均等熱放散の面で最も望ましいが、テーパ角筒を組み合
わせた構造にすることも制限されない。このフィルタエ
レメント１は、テーパ角筒の組み合わせ物とする場合に
も、排気ガス出入口の各筒状フィルタ間隙間寸法ｇ（図
１ｂ参照）は１０ｍｍ以下に制限することが望ましい。It is to be noted that the filter element 1 having the exemplified structure based on a cylinder is the most preferable in terms of space efficiency and uniform heat dissipation at the time of regeneration, but the structure having a combination of tapered rectangular tubes is not limited. . Even when the filter element 1 is a combination of tapered rectangular tubes, it is desirable to limit the gap size g (see FIG. 1b) between the tubular filters at the exhaust gas inlet and outlet to 10 mm or less.
【００４１】図２は、もうひとつの形態のフィルタエレ
メントの一例である。このフィルタエレメント１１は、
耐熱性金属で作られた一連の平板帯状フィルタをくの字
（コの字型でもよい）型に交互に逆向きに折り曲げて各
平板状フィルタ１２間の隙間を排気ガスの入口側と出口
側で交互に行き止まりにしている。また、各平板状フィ
ルタ１２の両側部に耐熱金属板で作成した目止め１３を
溶接するなどして設置している。FIG. 2 is an example of another form of filter element. This filter element 11 is
A series of flat plate band-shaped filters made of a heat-resistant metal are alternately bent in a U shape (or a U shape) in the opposite direction to form a gap between the flat plate-shaped filters 12 on the inlet side and the outlet side of the exhaust gas. And they are dead ends alternately. Further, the stoppers 13 made of a heat-resistant metal plate are installed by welding on both sides of each flat filter 12.
【００４２】図３は、本発明のパティキュレートトラッ
プに用いる第３の形態のフィルタエレメントの製造方法
を示している。FIG. 3 shows a method of manufacturing the filter element of the third embodiment used in the particulate trap of the present invention.
【００４３】同図（ａ）に示すように、先ず、シート状
のフィルタ２２をつづら折れの状態、即ち、コ字状に交
互に逆向きに折り曲げて平行配列の平板フィルタ２２ａ
と平板フィルタ間の隙間の片端を交互に行き止まりにす
る壁２２ｂを作り出す。次に、同図（ｂ）に示すよう
に、各平板フィルタの側部に平板フィルタ間の隙間を埋
めるライナ２３を挿入する。そして、同図（ｃ）に示す
様に、平板フィルタ２２ａとライナ２３をボルト２４で
締め付けて固定する。固定は勿論、溶接で行ってもよ
く、このとき同図（ｄ）に示すように補強用の側板２５
を併せて止着することもできる。As shown in FIG. 4A, first, the sheet-like filter 22 is folded into a zigzag shape, that is, the sheet-like filter 22 is alternately bent in a U-shape in the opposite direction to form a parallel array flat plate filter 22a.
A wall 22b is created in which one end of the gap between the flat plate filter and the flat plate filter is alternately closed. Next, as shown in FIG. 3B, a liner 23 that fills the gap between the flat plate filters is inserted into the side portion of each flat plate filter. Then, as shown in FIG. 7C, the flat plate filter 22a and the liner 23 are fastened and fixed by bolts 24. Of course, the fixing may be performed by welding. At this time, as shown in FIG.
It can also be fastened together.
【００４４】この第３の形態のフィルタエレメント２１
は、図４に示すように、独立した平板フィルタ２２ａを
同図（ａ）に示すように複数枚平行に配列し、次に、同
図（ｂ）に示すように、各平板フィルタ間の隙間の一端
側と他端側にライナ２６を交互に挿入して溶接し、さら
にライナ２６の挿入前又は挿入後に隙間の両側にライナ
２３を入れて、このライナ２３を溶接、ボルト止め等で
固定する（その後図３で述べたような補強用側板２５を
取付けることも可能）方法でも製造できる。The filter element 21 of the third embodiment
As shown in FIG. 4, a plurality of independent plate filters 22a are arranged in parallel as shown in FIG. 4A, and then, as shown in FIG. The liners 26 are alternately inserted into one end side and the other end side of the liner 26 and welded, and the liner 23 is inserted on both sides of the gap before or after the insertion of the liner 26, and the liner 23 is fixed by welding, bolting or the like. (It is also possible to attach the reinforcing side plate 25 as described in FIG. 3 thereafter).
【００４５】図５は、筒状フィルタを用いる第４の形態
のフィルタエレメントの製造方法である。このフィルタ
エレメント３１は、フィルタ材で同図（ａ）に示すよう
に径の異なる筒体３２ａ〜３２ｎ（ｎは組合せ個数）を
作る。この筒体は、図は円筒形のものを示したが、断面
が相似形であれば角筒でもよい。次に、最小径の筒体３
２ａを同図（ｂ）に示すように２番目に小さい筒体３２
ｂの内部に挿入する。そして、３２ａの一端側の開口に
端板３３を溶接し、さらに、他端側で３２ａと３２ｂの
間に環状のライナ３４を挟んで溶接する。その後、これ
を３番目に径の小さい筒体３２ｃに挿入し、一端側で３
２ｂとの間の隙間を環状ライナ３４で塞ぐ。この作業を
順次繰り返していくと目的のフィルタエレメント３１が
完成する。FIG. 5 shows a method of manufacturing a filter element of a fourth form using a cylindrical filter. The filter element 31 is made of a filter material to form cylindrical bodies 32a to 32n (n is the number of combinations) having different diameters as shown in FIG. The cylindrical body is shown as a cylindrical shape in the drawing, but a rectangular cylinder may be used if the cross section is similar. Next, the cylindrical body 3 with the smallest diameter
2a is the second smallest cylindrical body 32 as shown in FIG.
Insert inside b. Then, the end plate 33 is welded to the opening on one end side of 32a, and further, the annular liner 34 is sandwiched between 32a and 32b on the other end side and welded. After that, insert this into the cylindrical body 32c with the third smallest diameter,
The annular liner 34 closes the gap between the liner 2b and 2b. By repeating this operation in sequence, the target filter element 31 is completed.
【００４６】なお、組立ては最大径の筒体側から行って
もよい。また、ライナを挿入する代わりに各筒体の端部
に曲げ加工したフランジを付け、このフランジを介して
内、外の筒体を連結し、同時にフランジで筒体間の隙間
の片端を行き止まりにする構造にしてもよい。The assembly may be performed from the side of the cylinder having the maximum diameter. Also, instead of inserting the liner, attach a bent flange to the end of each cylinder, connect the inner and outer cylinders via this flange, and at the same time use the flange to make one end of the gap between the cylinders a dead end. You may make it the structure.
【００４７】フィルタ２〜７、１２、２２及び３２ａ〜
３２ｎは、先に述べたような材料、即ち、金属繊維の不
織布、更には、この材料の孔径に差をつけたものを孔径
の大きいものほど排気ガス流入側にあるように少なくと
も２層重ねて組み合わせた材料で作られる。Filters 2-7, 12, 22 and 32a-
32n is a material as described above, that is, a non-woven fabric of metal fibers, and further, different materials having different pore diameters are stacked at least two layers so that the larger the pore diameter, the closer to the exhaust gas inflow side. Made of combined materials.
【００４８】また、金属繊維の不織布には、図６に示す
ように、その繊維の骨格ＦＢに、骨格よりも微細なアル
ミナウィスカー９を多数付加することにより、小さな孔
を多数設けることも考えられる。Further, in the non-woven fabric of metal fibers, as shown in FIG. 6, it is conceivable that a large number of small holes are provided in the skeleton FB of the fibers by adding a large number of alumina whiskers 9 finer than the skeleton. .
【００４９】図７は、フィルタ２〜７、１２、２２及び
３２ａ〜３２ｎの拡大図である。フィルタ２〜７、１
２、２２及び３２ａ〜３２ｎには、上記のフィルタ材料
で作られたパティキュレートを捕集する層３０１に加え
て触媒を担持する為の層（図では一例として、３０２と
３０３で示す。）を複数層設けた材料を使用することも
考えられる。FIG. 7 is an enlarged view of the filters 2 to 7, 12, 22 and 32a to 32n. Filters 2-7, 1
2, 22 and 32a to 32n have a layer 301 for trapping a catalyst (indicated by 302 and 303 in the figure as an example) in addition to the layer 301 for collecting particulates made of the above filter material. It is also possible to use a material provided with a plurality of layers.
【００５０】図８は、図１のフィルタエレメント１又は
図２のフィルタエレメント１１を用いた本発明のパティ
キュレートトラップの一例である。このパティキュレー
トトラップ１００は、ディーゼルエンジンの排気系の途
中に挿入される金属製の容器１０１内に前述のフィルタ
エレメント１又は１１を装着して構成されている。図の
矢印は排気ガスの流れを示しているが、容器１０１の取
付方向を逆にして排気ガスを図の矢印とは逆向きに通す
ことも考えられる。FIG. 8 shows an example of the particulate trap of the present invention using the filter element 1 of FIG. 1 or the filter element 11 of FIG. The particulate trap 100 is configured by mounting the above-described filter element 1 or 11 in a metal container 101 inserted in the middle of an exhaust system of a diesel engine. Although the arrows in the figure show the flow of the exhaust gas, it is conceivable that the mounting direction of the container 101 is reversed and the exhaust gas is passed in the direction opposite to the arrow in the figure.
【００５１】図９は本発明のパティキュレートトラップ
のもう一つの例（断面図）である。このトラップ２００
は、上述した如き方法で作った図３のフィルタエレメン
ト２１又は図４のフィルタエレメント３１を、排気系の
途中に挿入される容器２０１内に装着して構成されてい
る。図の矢印は排気ガスの流れを示しているが、容器２
０１の取り付け方向を逆にして排気ガスを図の矢印とは
逆向きに通すことも考えられる。FIG. 9 shows another example (cross-sectional view) of the particulate trap of the present invention. This trap 200
3 is constructed by mounting the filter element 21 of FIG. 3 or the filter element 31 of FIG. 4 manufactured by the method described above in the container 201 inserted in the middle of the exhaust system. The arrows in the figure show the flow of exhaust gas, but the container 2
It is also conceivable to reverse the mounting direction of 01 and pass the exhaust gas in the direction opposite to the arrow in the figure.
【００５２】図１０に初期圧力損失を測定する実験装置
を示す。この装置はパティキュレートトラップに空気を
流し、その空気流量と圧力損失の関係を調べるものであ
る。FIG. 10 shows an experimental apparatus for measuring the initial pressure loss. In this device, air is flown through a particulate trap and the relationship between the air flow rate and pressure loss is investigated.
【００５３】図１１に捕集効率、パティキュレート捕集
時の圧力損失、耐久性、ＮＯの浄化率及びＳＯＦの浄化
率の評価を行う実験装置示す。この装置は、３４００ｃ
ｃ、４気筒の直噴射式のディーゼルエンジン車、シャシ
ダイナモメータ及びダイリューショントンネルからなっ
ている。FIG. 11 shows an experimental apparatus for evaluating collection efficiency, pressure loss at the time of particulate collection, durability, NO purification rate and SOF purification rate. This device is 3400c
It consists of a 4-cylinder direct injection diesel engine vehicle, chassis dynamometer and dilution tunnel.
【００５４】[0054]
【実施例１】図１０或は、図１１の実験装置に、図１、
図２のフィルタエレメント１、１１をそれぞれ用いたパ
ティキュレートトラップ１００を組み込んだ。フィルタ
エレメント１及び１１は、表１に示す試料Ａと試料Ｂで
ある。その試料Ａ、Ｂは、共に排気ガスの流入できる表
面積が１．２ｍ2 であり、内容積２．５リットルのケー
スに収納されている。これ等の試料は、それぞれ図１
（ｂ）、図２（ｂ）の断面図に示すように、排気ガスが
１つおきに生じた隙間Ｇｉから導入され、フィルタの壁
を通過してＧｉ間の隙間Ｇｏに流れた後、外部に向かう
ようになっている。Example 1 The experimental apparatus of FIG. 10 or FIG.
A particulate trap 100 using the filter elements 1 and 11 of FIG. 2 was incorporated. Filter elements 1 and 11 are sample A and sample B shown in Table 1. Both the samples A and B have a surface area of 1.2 m 2 into which exhaust gas can flow, and are housed in a case having an internal volume of 2.5 liters. These samples are shown in FIG.
As shown in (b) and the cross-sectional view of FIG. 2 (b), after the exhaust gas is introduced through the gaps Gi generated every other gas, flows through the walls of the filter to the gaps Go between the Gi, and Is going to.
【００５５】なお、試料Ａ、Ｂを構成する金属は、Ｆｅ
−Ｃｒ−Ａｌ合金とＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ合金を例に挙げた
が、これはあくまでも一例に過ぎない。The metal forming the samples A and B was Fe.
The -Cr-Al alloy and the Ni-Cr-Al alloy are given as examples, but this is merely an example.
【００５６】比較のために、捕集性能に関しては充分で
あると言われているハニカム構造のディーゼルエンジン
用パティキュレートトラップ（材質コーディエライト、
日本ガイシ製、ＤＨＣ−２２１）を試料Ｑとしてこれに
ついても実験を行った。本トラップは容積が２．５リッ
トルのものを使用し、試料Ａ、Ｂと条件を揃えている。For comparison, a particulate trap for diesel engines of honeycomb structure (material cordierite, which is said to have sufficient collection performance)
An experiment was also conducted on sample Q, which is DHC-221 manufactured by NGK Insulators. This trap has a volume of 2.5 liters and has the same conditions as Samples A and B.
【００５７】[0057]
【表１】 [Table 1]
【００５８】先ず、捕集効率及び圧力損失に関する評価
を行った。実験結果を図１２〜１４に示す。捕集性能と
して捕集ＰＭ（パティキュレート）量に対する圧力損
失、捕集効率の変化を示している。この結果から本発明
品の試料Ａ、Ｂは初期圧力損失が低く、ハニカム構造の
ディーゼルパティキュレートトラップより優れているこ
とがわかる。また、捕集性能に関しては同等であり、充
分な性能を保有していると言える。First, the collection efficiency and pressure loss were evaluated. The experimental results are shown in FIGS. As the collection performance, changes in pressure loss and collection efficiency with respect to the amount of collected PM (particulate) are shown. From these results, it can be seen that the samples A and B of the present invention have low initial pressure loss and are superior to the diesel particulate trap having a honeycomb structure. In addition, the collection performance is the same and it can be said that they have sufficient performance.
【００５９】次に、再生によるフィルタエレメントの耐
久性について評価試験を行った。ディーゼルエンジンよ
り排出される微粒子（パティキュレート）を１５ｇ捕集
させ、ディーゼルエンジンをアイドリンク状態にし、さ
らに、ディーゼルパティキュレートトラップ全面に設置
した電気ヒータにより６００℃のガスがディーゼルパテ
ィキュレートトラップに導入されるようにして再生を行
った。試料Ａ、Ｂ及びＱについてこの再生を５回ずつ行
い、その後、試料の破壊状態を調査した。結果を表２に
示す。Next, an evaluation test was conducted on the durability of the filter element by regeneration. 15g of particulates (particulates) discharged from the diesel engine are collected, the diesel engine is put into an idling state, and further 600 ° C gas is introduced into the diesel particulate trap by an electric heater installed on the entire surface of the diesel particulate trap. It was reproduced in this way. This regeneration was repeated 5 times for each of the samples A, B and Q, and then the broken state of the sample was investigated. Table 2 shows the results.
【００６０】[0060]
【表２】 [Table 2]
【００６１】この表２から判るように、試料Ａ、Ｂにつ
いては破壊が起こらなかったが、試料Ｑにはクラックが
生じた。As can be seen from Table 2, the samples A and B were not broken, but the sample Q was cracked.
【００６２】以上の実験の結果から明らかなように、本
発明による試料Ａ、Ｂはコーディエライトハニカムとほ
ぼ同等の捕集特性、圧力損失特性を示し、また、一方で
初期圧力損失は低く、かつ燃焼再生に対しても高い信頼
性を示し、ディーゼルパティキュレートトラップとして
非常に優れている。As is clear from the results of the above experiments, Samples A and B according to the present invention exhibit trapping characteristics and pressure loss characteristics almost equal to those of the cordierite honeycomb, while the initial pressure loss is low. In addition, it shows high reliability for combustion regeneration and is extremely excellent as a diesel particulate trap.
【００６３】[0063]
【実施例２】図１０或は図１１の実験装置に、図１、図
２のフィルタエレメント１、１１をそれぞれ用いたパテ
ィキュレートトラップ１００を組み込んだ。フィルタエ
レメント１及び１１は、表３に示す試料Ｃ、試料Ｄ及び
試料Ｅである。その試料Ｃ、Ｄ及びＥは、共に排気ガス
の流入できる表面積が１．２ｍ2 であり、内容積２．５
リットルのケースに収納されている。これ等の試料は、
ＮＯｘ触媒を担持している層（図７の３０２）、パティ
キュレートを捕集する層（図７の３０１）及びＮＯｘ触
媒を担持している層（図７の３０３）の３層で構成され
ており、それぞれ図１（ｂ）、図２（ｂ）の断面図に示
すように、排気ガスが１つおきに生じた隙間Ｇｉから導
入され、フィルタ内のそれぞれの層を全て介して通過し
てＧｉ間の隙間Ｇｏに流れた後、外部に向かうようにな
っている。ＮＯｘ触媒層は、住友電気工業（株）製Ｎｉ
基３次元網状構造多孔体（商品名：セルメット♯７）を
Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ化したものの骨格に触媒担持用のγ−
アルミナを金属不織布１リットル当たり１００ｇコート
し、その後触媒としてＣｕを１リットル当たり１．０ｇ
の量で均一に担持させて作製した。Example 2 A particulate trap 100 using the filter elements 1 and 11 of FIGS. 1 and 2 was incorporated into the experimental apparatus of FIG. 10 or 11. Filter elements 1 and 11 are sample C, sample D and sample E shown in Table 3. Samples C, D and E all have a surface area of 1.2 m 2 into which exhaust gas can flow and have an internal volume of 2.5.
It is stored in a liter case. These samples are
The NOx catalyst-supporting layer (302 in FIG. 7), the particulate trapping layer (301 in FIG. 7), and the NOx catalyst-supporting layer (303 in FIG. 7) are formed. As shown in the cross-sectional views of FIG. 1 (b) and FIG. 2 (b), exhaust gas is introduced from every other gap Gi and passes through all layers in the filter. After flowing into the gap Go between the Gis, it is directed to the outside. The NOx catalyst layer is Ni manufactured by Sumitomo Electric Industries, Ltd.
Γ-for supporting catalyst on the skeleton of a Ni-Cr-Al-based three-dimensional porous network (trade name: Celmet # 7)
Alumina is coated with 100 g of metal nonwoven fabric per liter, and then Cu is used as a catalyst of 1.0 g per liter.
It was produced by uniformly supporting the same amount.
【００６４】なお試料Ｃ、Ｄ及びＥを構成する金属不織
布はＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金とＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ合金を例
に挙げたが、これはあくまでも一例にすぎない。The metallic non-woven fabrics constituting the samples C, D and E are exemplified by Fe-Cr-Al alloy and Ni-Cr-Al alloy, but this is merely an example.
【００６５】比較のために、実施例１で用いたものと同
じ試料Ｑについても実験を行った。本トラップの容積は
２．５リットルとし、試料Ｃ、Ｄ及びＥと条件を揃えて
いる。For comparison, the same sample Q used in Example 1 was also tested. The volume of this trap is 2.5 liters, and the conditions are the same as those for samples C, D, and E.
【００６６】[0066]
【表３】 [Table 3]
【００６７】ここでも先ず、捕集効率及び圧力損失に関
する評価を行った。実験結果を図１５〜図１７に示す。
捕集性能として捕集ＰＭ量に対する圧力損失、捕集効率
の変化を示している。この結果から本発明品の試料Ｃ、
Ｄ及びＥは初期圧力損失が低く、ハニカム構造のディー
ゼルパティキュレートトラップより優れていることがわ
かる。また、捕集性能に関しては同等であり、充分な性
能を有していると言える。Here again, first, the evaluation of the collection efficiency and the pressure loss was performed. The experimental results are shown in FIGS.
As the collection performance, changes in pressure loss and collection efficiency with respect to the collected PM amount are shown. From this result, sample C of the present invention,
It can be seen that D and E have low initial pressure loss and are superior to the diesel particulate trap of honeycomb structure. In addition, the collection performance is the same, and it can be said that it has sufficient performance.
【００６８】次に再生による試料Ｃ、Ｄ、Ｅ及びＱのフ
ィルタエレメントの耐久性について評価試験を行った。
試験条件及び再生回数は実施例１と同じとし、その後、
試料の破壊状態を調査した。結果を表４に示す。Next, an evaluation test was conducted on the durability of the filter elements of samples C, D, E and Q by regeneration.
The test conditions and the number of reproductions were the same as in Example 1, and then
The fracture state of the sample was investigated. The results are shown in Table 4.
【００６９】[0069]
【表４】 [Table 4]
【００７０】この表４からわかるように、試料Ｃ、Ｄ及
びＥは破壊が起こらなかったが、試料Ｑにはクラックが
発生した。As can be seen from Table 4, samples C, D and E did not break, but sample Q did crack.
【００７１】試料Ｃ、Ｄ及びＥについては、更に、ＮＯ
の浄化率の評価を行った。還元剤としてＣ2 Ｈ4 を排気
ガス中に導入した。排気ガス条件を表５に示す。For samples C, D and E, NO
The purification rate was evaluated. C 2 H 4 was introduced into the exhaust gas as a reducing agent. The exhaust gas conditions are shown in Table 5.
【００７２】[0072]
【表５】 [Table 5]
【００７３】また、排気ガス温度を２５０°Ｃに維持し
た後、２分間のＮＯ濃度を測定した。その平均値を表６
に示す。After maintaining the exhaust gas temperature at 250 ° C., the NO concentration for 2 minutes was measured. Table 6 shows the average value.
Shown in
【００７４】[0074]
【表６】 [Table 6]
【００７５】このように、試料Ｃ、Ｄ及びＥの使用時に
はＮＯ濃度が半減している。Thus, the NO concentration is halved when Samples C, D and E are used.
【００７６】以上の実験結果から明らかなように、本発
明による試料Ｃ、Ｄ及びＥはコーディエライトハニカム
とほぼ同等の捕集特性、圧力損失特性を示し、また、一
方で初期圧力損失は低く、かつ燃焼再生時に対しても高
い信頼性を示し、ディーゼルパティキュレートトラップ
として非常に優れている。さらに、それに加えて、ＮＯ
を低減する機能も有しているため、触媒コンバータを他
に設ける必要がなく、ディーゼル排気ガス後処理装置の
トータル面での省スペース化、低コスト化が実現でき
る。As is clear from the above experimental results, the samples C, D and E according to the present invention have substantially the same trapping characteristics and pressure loss characteristics as those of the cordierite honeycomb, while the initial pressure loss is low. In addition, it shows high reliability even during combustion regeneration and is extremely excellent as a diesel particulate trap. In addition to that, NO
Since it also has a function of reducing the exhaust gas, it is not necessary to provide another catalytic converter, and it is possible to realize space saving and cost reduction of the diesel exhaust gas aftertreatment device in total.
【００７７】[0077]
【実施例３】図１０或は図１１の実験装置に、図１、図
２のフィルタエレメント１、１１をそれぞれ用いたパテ
ィキュレートトラップ１００を組み込んだ。フィルタエ
レメント１及び１１は、表７に示す試料Ｆ、試料Ｇ及び
試料Ｈである。その試料Ｆ、Ｇ及びＨは、共に排気ガス
の流入できる表面積が１．２ｍ2 であり、内容積２．５
リットルのケースに収納されている。これ等の試料は、
パティキュレートを捕集する層（図７の３０１）及びＳ
ＯＦ触媒を担持している層（図７の３０３）の２層で構
成されており、それぞれ図１（ｂ）、図２（ｂ）の断面
図に示すように、排気ガスが１つおきに生じた隙間Ｇｉ
から導入され、フィルタ内のそれぞれの層を全て通過し
てＧｉ間の隙間Ｇｏに流れた後、外部に向かうようにな
っている。ＳＯＦ触媒層は、金属繊維の不織布或は住友
電気工業（株）製Ｎｉ基３次元網状構造多孔体（商品
面：セルメット♯７）をＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ化したものの
骨格に触媒担持層としてγ−アルミナを金属不織布１リ
ットル当たり１５０ｇコートし、その後触媒としてＰｔ
を１リットル当たり１．５ｇを均一に担持させて作製し
た。Example 3 A particulate trap 100 using the filter elements 1 and 11 of FIGS. 1 and 2 was incorporated into the experimental apparatus of FIG. 10 or 11. Filter elements 1 and 11 are sample F, sample G, and sample H shown in Table 7. Samples F, G, and H all have a surface area of 1.2 m 2 into which exhaust gas can flow and have an internal volume of 2.5.
It is stored in a liter case. These samples are
Layer for collecting particulates (301 in FIG. 7) and S
It is composed of two layers of an OF catalyst-carrying layer (303 in FIG. 7), and as shown in the sectional views of FIG. 1 (b) and FIG. 2 (b), every other exhaust gas is emitted. The created gap Gi
After passing through all the layers in the filter and flowing into the gap Go between the Gi, it is directed to the outside. The SOF catalyst layer is a non-woven fabric of metal fibers or a skeleton of a Ni-based three-dimensional network structure porous body (commercial surface: Celmet # 7) manufactured by Sumitomo Electric Industries, Ltd. made into Ni-Cr-Al as a catalyst supporting layer γ -Coating alumina with 150 g per liter of metallic nonwoven fabric, then Pt as catalyst
Was produced by uniformly supporting 1.5 g per liter.
【００７８】なお試料Ｅ、Ｇ及びＨを構造する金属多孔
体はＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金とＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ合金を例
に挙げたが、これはあくまでも一例にすぎない。The metal porous bodies constituting Samples E, G and H were made of Fe-Cr-Al alloy and Ni-Cr-Al alloy as an example, but this is merely an example.
【００７９】比較のため、既に説明したコーディエライ
トハニカムの試料Ｑについても実験を行った。本トラッ
プの容積は２．５リットルのものを使用し、試料Ｆ、Ｇ
及びＨと条件を揃えている。For comparison, an experiment was also conducted on the above-described cordierite honeycomb sample Q. This trap has a volume of 2.5 liters and is used for samples F and G.
And H, the conditions are aligned.
【００８０】[0080]
【表７】 [Table 7]
【００８１】各試料の捕集効率及び圧力損失に関する評
価結果を図１８〜２０に示す。評価は実施例１、２と同
様、捕集ＰＭ量に対する圧力損失、捕集効率の変化を調
べて行った。この結果から本発明品の試料Ｆ、Ｇ及びＨ
は初期圧力損失が低く、ハニカム構造のディーゼルパテ
ィキュレートトラップより優れていることがわかる。ま
た、捕集性能に関しては同等であり、充分な性能を有し
ている。The evaluation results regarding the collection efficiency and pressure loss of each sample are shown in FIGS. The evaluation was carried out by examining changes in pressure loss and collection efficiency with respect to the amount of collected PM, as in Examples 1 and 2. From these results, samples F, G and H of the present invention products
It has a low initial pressure drop and is superior to the diesel particulate trap of honeycomb structure. Further, they have the same collection performance and have sufficient performance.
【００８２】次に、再生によるフィルタエレメントの耐
久性について評価した。試験条件及び再生回数は実施例
１と同じとし、５回再生後の試料の破壊状態を調査し
た。結果を表８に示す。Next, the durability of the filter element by regeneration was evaluated. The test conditions and the number of times of regeneration were the same as in Example 1, and the state of destruction of the sample after 5 times regeneration was investigated. Table 8 shows the results.
【００８３】[0083]
【表８】 [Table 8]
【００８４】この表からわかるように、試料Ｆ、Ｇ及び
Ｈは破壊が起こらなかったが、試料Ｑはクラックが発生
した。As can be seen from this table, samples F, G and H did not break, but sample Q did crack.
【００８５】試料Ｆ、Ｇ及びＨについては、次にＳＯＦ
の浄化率の評価を行った。排気ガス温度が２５０°Ｃお
よび３５０°Ｃでの評価結果を表９に示す。For samples F, G and H, the SOF
The purification rate was evaluated. Table 9 shows the evaluation results when the exhaust gas temperature was 250 ° C and 350 ° C.
【００８６】[0086]
【表９】 [Table 9]
【００８７】このように、Ｐｔを触媒として担持させた
試料Ｆ、Ｇ及びＨではＳＯＦ濃度を４０％或は５０％低
減することができた。As described above, in the samples F, G and H in which Pt was supported as a catalyst, the SOF concentration could be reduced by 40% or 50%.
【００８８】以上の実験の結果から明らかなように、本
発明による試料Ｆ、Ｇ及びＨはコーディエライトハニカ
ムとほぼ同等の捕集特性、圧力損失特性を示し、また、
一方で初期圧力損失は低く、かつ燃焼再生に対しても高
い信頼性を示し、ディーゼルパティキュレートトラップ
として非常に優れいてる。さらに、それに加えて、ＳＯ
Ｆを低減する機能も有しているため、触媒コンバータを
別に設ける必要がなく、ディーゼル排気ガス後処理装置
のトータル面での省スペース化、低コスト化が実現でき
る。As is clear from the results of the above experiments, Samples F, G and H according to the present invention exhibit trapping characteristics and pressure loss characteristics almost equal to those of the cordierite honeycomb, and
On the other hand, the initial pressure loss is low, and it shows high reliability for combustion regeneration, which makes it an excellent diesel particulate trap. In addition to that, SO
Since it also has a function of reducing F, it is not necessary to separately provide a catalytic converter, and it is possible to realize space saving and cost reduction in the total surface of the diesel exhaust gas aftertreatment device.
【００８９】[0089]
【実施例４】図２１は図３の方法で、図２２は図５の方
法でそれぞれ製造したフィルタエレメント２１、３１で
ある。ここでは、図２１のエレメント２１を試料Ｊ、図
２２のエレメント３１を試料Ｉとしている。試料Ｉ、Ｊ
とも、フィルタ材として住友電気工業（株）製のＮｉ基
３次元網状構造多孔体（商品名：セルメット）を用い、
試料Ｉは、Ｎｉ−Ｃｒ化、試料ＪはＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ化
を行っている。Fourth Embodiment FIG. 21 shows filter elements 21 and 31 manufactured by the method of FIG. 3 and FIG. 22 by the method of FIG. Here, the element 21 of FIG. 21 is a sample J, and the element 31 of FIG. 22 is a sample I. Sample I, J
Both used a Ni-based three-dimensional network structure porous body (trade name: Celmet) manufactured by Sumitomo Electric Industries, Ltd. as a filter material,
Sample I is Ni—Cr, and sample J is Ni—Cr—Al.
【００９０】試料Ｉ、Ｊは共に排気ガスの流入できる表
面積が１．２ｍ2 であり、内容積２．５リットルの容器
に収納されている。これ等の試料はいずれも図２１、図
２２の（ｂ）の断面図に示すように、排気ガスが１つお
きに生じた隙間Ｇｉから導入され、フィルタの壁を通過
してＧｉ間の隙間Ｇｏに流れた後外部に向かうようにな
っている。止まり壁をフィルタ材で構成したものは、当
然に一部の排気ガスは止まり壁の部分でも濾過される。Samples I and J each have a surface area of 1.2 m 2 into which exhaust gas can flow, and are stored in a container having an internal volume of 2.5 liters. As shown in the cross-sectional views of FIGS. 21 and 22 (b), all of these samples are introduced through the gaps Gi in which exhaust gas is generated every other gap, pass through the wall of the filter, and form the gaps between Gi. After flowing to Go, it is heading to the outside. When the dead wall is made of a filter material, a part of the exhaust gas is naturally filtered even at the dead wall.
【００９１】なお、試料Ｉ、Ｊを構成する金属は、それ
ぞれ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ合金を例に挙げた
が、これはあくまでも一例に過ぎない。The metals constituting the samples I and J are Ni-Cr and Ni-Cr-Al alloys, respectively, but these are merely examples.
【００９２】比較品には、コーディエライトハニカムの
前述の試料Ｑ（その容積は試料Ｉ、Ｊと同じ２．５リッ
トル）を用いた。As a comparative product, the above-mentioned sample Q of cordierite honeycomb (its volume is the same as those of samples I and J, 2.5 liters) was used.
【００９３】これ等の試料の捕集効率及び圧力損失に関
する実験結果を図２３、２４に示す。堆積ＰＭ量に対す
る圧力損失、捕集効率の変化を示すこの図２３、２４か
ら明らかなように、本発明のトラップに用いた試料Ｉ、
Ｊのフィルタエレメントは、捕集面ではコーディエライ
トハニカムとほぼ同等の性能を示している。Experimental results on the collection efficiency and pressure loss of these samples are shown in FIGS. As is clear from FIGS. 23 and 24 showing changes in pressure loss and collection efficiency with respect to the amount of accumulated PM, Sample I used in the trap of the present invention,
The filter element of J shows almost the same performance as the cordierite honeycomb on the collection surface.
【００９４】次に、再生耐久性に関する実験を行った。
図１１の実験装置によって試料Ｉ、試料Ｊ及び試料Ｑを
それぞれに１０ｇのパティキュレートを捕集させ、排気
ガス温度を上昇させることにより、パティキュレートを
燃焼させる実験を５回行い、その後各試料の状態を観察
した。結果を表１０に示す。この結果からわかるよう
に、試料Ｉ、Ｊは再生耐久性がコーディエライトに比べ
て高い。Next, an experiment on reproduction durability was conducted.
The experiment apparatus shown in FIG. 11 collects 10 g of particulates in each of sample I, sample J, and sample Q, raises the exhaust gas temperature, and conducts five experiments to burn the particulates. The condition was observed. The results are shown in Table 10. As can be seen from this result, the reproduction durability of Samples I and J is higher than that of cordierite.
【００９５】[0095]
【表１０】 [Table 10]
【００９６】以上の実験結果から明らかなように、本発
明による試料Ｉ、Ｊはコーディエライトハニカムとほぼ
同等の捕集特性、圧力損失特性を示し、また、燃焼再生
に対しても高い信頼性を示し、ディーゼルパティキュレ
ートトラップとして非常に優れている。As is clear from the above experimental results, Samples I and J according to the present invention exhibit trapping characteristics and pressure loss characteristics almost equal to those of the cordierite honeycomb, and have high reliability in combustion regeneration. And is very good as a diesel particulate trap.
【００９７】[0097]
【実施例５】図１０或は図１１の実験装置に図２１、図
２２のフィルタエレメント２１及び３１をそれぞれ用い
たパティキュレートトラップ２００を組み込んだ。フィ
ルタエレメントは、表１１に示す試料Ｋ、試料Ｌ及び試
料Ｍである。Fifth Embodiment A particulate trap 200 using the filter elements 21 and 31 of FIGS. 21 and 22 is incorporated in the experimental apparatus of FIG. 10 or 11. The filter elements are Sample K, Sample L and Sample M shown in Table 11.
【００９８】その試料Ｋ、Ｌ及びＭは、共に排気ガスの
流入できる表面積が１．２ｍ2 であり、内容積２．５リ
ットルの容器に収納されている。これ等の試料は、ＮＯ
ｘ触媒を担持している層（図７の３０２）、パティキュ
レートを捕集する層（図７の３０１）及びＮＯｘ触媒を
担持している層（図７の３０３）の３層で構成されてお
り、それぞれ図２１（ｂ）、図２２（ｂ）の断面図に示
すように、排気ガスが１つおきに生じた隙間Ｇｉから導
入され、フィルタの壁を通過してＧｉ間の隙間Ｇｏに流
れた後外部に向かうようになっている。止まり壁をフィ
ルタ材で構成したものは、当然に一部の排気ガスは止ま
り壁の部分でも濾過される。ＮＯｘ触媒層は、金属繊維
の不織布、或いは住友電気工業（株）製Ｎｉ基３次元網
状構造多孔体（商品名：セルメット）をＮｉ−Ｃｒ−Ａ
ｌ化したものの骨格に触媒担持のためのγ−アルミナを
金属不織布１リットル当り１００ｇコートし、その後触
媒としてＣｕを１リットル当り１．０ｇを均一に担持さ
せて作製した。The samples K, L and M all have a surface area of 1.2 m 2 into which exhaust gas can flow and are housed in a container having an internal volume of 2.5 liters. These samples are NO
It is composed of three layers: a layer supporting x catalyst (302 in FIG. 7), a layer capturing particulates (301 in FIG. 7), and a layer supporting NOx catalyst (303 in FIG. 7). As shown in the cross-sectional views of FIG. 21 (b) and FIG. 22 (b), respectively, exhaust gas is introduced through the gaps Gi generated every other gap, passes through the walls of the filter, and enters the gaps Go between the Gis. After flowing, it goes to the outside. When the dead wall is made of a filter material, a part of the exhaust gas is naturally filtered even at the dead wall. For the NOx catalyst layer, a non-woven metal fiber or a Ni-based three-dimensional network structure porous body (trade name: Celmet) manufactured by Sumitomo Electric Industries, Ltd. is used as Ni-Cr-A.
γ-alumina for supporting a catalyst was coated on the skeleton of the liquefied l-type 100 g per 1 liter of the metallic nonwoven fabric, and then 1.0 g per liter of Cu was uniformly supported as a catalyst.
【００９９】なお、試料Ｋ、Ｌ及びＭを構成する金属
は、それぞれ、Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合
金を例に挙げたが、これはあくまでも一例に過ぎない。The metals constituting the samples K, L and M are Ni-Cr-Al and Fe-Cr-Al alloys, respectively, but these are merely examples.
【０１００】比較品には、前述のコーディエライトハニ
カムの試料Ｑ（容積は試料Ｋ、Ｌ、Ｍと同じ２．５リッ
トル）を用いた。As a comparative product, the above-mentioned cordierite honeycomb sample Q (the volume is the same as the samples K, L and M, 2.5 liters) was used.
【０１０１】[0101]
【表１１】 [Table 11]
【０１０２】これ等の試料の捕集効率及び圧力損失に関
する実験結果を図２５〜２７に示す。捕集ＰＭ量に対す
る圧力損失、捕集効率の変化を示すこの図２５〜２７か
ら本発明品の試料Ｋ、Ｌ及びＭは初期圧力損失が低く、
ハニカム構造のディーゼルパティキュレートトラップよ
り優れていることがわかる。また、捕集性能に関しては
同等であり、充分な性能を有している。25 to 27 show the experimental results on the collection efficiency and pressure loss of these samples. 25 to 27 showing changes in pressure loss and collection efficiency with respect to the amount of collected PM, samples K, L and M of the present invention have low initial pressure loss,
It can be seen that it is superior to the diesel particulate trap of honeycomb structure. Further, they have the same collection performance and have sufficient performance.
【０１０３】次に、再生耐久性の評価のために、図１１
の実験装置によって試料Ｋ、試料Ｌ、試料Ｍ及び試料Ｑ
を、それぞれについて１０ｇのパティキュレートを捕集
させ、排気ガス温度を上昇させることによりパティキュ
レートを燃焼させる実験を５回行い、その後各試料の状
態を観察した。結果を表１２に示す。この結果からわか
るように、試料Ｋ、Ｌ及びＭは再生耐久性がコーディエ
ライトに比べて高い。Next, in order to evaluate the reproduction durability, FIG.
Sample K, Sample L, Sample M and Sample Q
For each of them, 10 g of particulates were collected, and the experiment of burning the particulates by raising the exhaust gas temperature was performed 5 times, and then the state of each sample was observed. The results are shown in Table 12. As can be seen from this result, the samples K, L, and M have higher reproduction durability than cordierite.
【０１０４】[0104]
【表１２】 [Table 12]
【０１０５】試料Ｋ、Ｌ及びＭについては、次に、ＮＯ
の浄化率の評価を行った。還元剤としてＣ2 Ｈ4 を排気
ガス中に導入した。排気ガス条件を表１３に示す。For samples K, L and M,
The purification rate was evaluated. C 2 H 4 was introduced into the exhaust gas as a reducing agent. Table 13 shows the exhaust gas conditions.
【０１０６】[0106]
【表１３】 [Table 13]
【０１０７】排気ガス温度を２５０°Ｃに維持した後、
２分間のＮＯ濃度を測定した。その平均値を表１４に示
す。After maintaining the exhaust gas temperature at 250 ° C.,
The NO concentration for 2 minutes was measured. Table 14 shows the average value.
【０１０８】[0108]
【表１４】 [Table 14]
【０１０９】試料Ｋ、Ｌ及びＭでは触媒Ｃｕの働きによ
りＮＯ濃度が半減した。In samples K, L and M, the NO concentration was halved by the action of the catalyst Cu.
【０１１０】以上の実験の結果から明らかなように、本
発明による試料Ｋ、Ｌ及びＭはコーディエライトハニカ
ムとほぼ同等の捕集特性、圧力損失特性を示し、また、
一方で初期圧力損失は低く、かつ燃焼再生時に対しても
高い信頼性を示し、ディーゼルパティキュレートトラッ
プとして非常に優れている。さらに、それに加えて、Ｎ
Ｏを低減する機能も有しているため、触媒コンバータを
別に設ける必要がなく、ディーゼル排気ガス後処理装置
のトータル面での省スペース化、低コスト化が実現でき
る。As is clear from the results of the above experiments, Samples K, L and M according to the present invention exhibit trapping characteristics and pressure loss characteristics almost equal to those of the cordierite honeycomb, and
On the other hand, the initial pressure loss is low, and it shows high reliability even during combustion regeneration, making it an excellent diesel particulate trap. In addition to that, N
Since it also has a function of reducing O, it is not necessary to separately provide a catalytic converter, and it is possible to realize space saving and cost reduction in the total surface of the diesel exhaust gas aftertreatment device.
【０１１１】[0111]
【実施例６】図１０或は図１１の実験装置に図２１、図
２２のフィルタエレメント２１及び３１をそれぞれ用い
たパティキュレートトラップ２００を組み込んだ。フィ
ルタエレメント２１、３１は、表１５に示す試料Ｎ、試
料Ｏ及び試料Ｐである。[Embodiment 6] A particulate trap 200 using the filter elements 21 and 31 of FIGS. 21 and 22 was incorporated in the experimental apparatus of FIG. 10 or 11. The filter elements 21 and 31 are the sample N, the sample O, and the sample P shown in Table 15.
【０１１２】その試料Ｎ、Ｏ及びＰは、共に排気ガスの
流入できる表面積が１．２ｍ2 であり、内容積２．５リ
ットルの容器に収納されている。これ等の試料は、パテ
ィキュレートを捕集する層（図７の３０１）及びＳＯＦ
触媒を担持している層（図７の３０３）の２層で構成さ
れており、それぞれ図２１（ｂ）、図２２（ｂ）の断面
図に示すように、排気ガスが１つおきに生じた隙間Ｇｉ
から導入され、フィルタの壁を通過してＧｉ間の隙間Ｇ
ｏに流れた後外部に向かうようになっている。The samples N, O and P all have a surface area of 1.2 m 2 into which exhaust gas can flow and are housed in a container having an internal volume of 2.5 liters. These samples consist of a layer for collecting particulates (301 in FIG. 7) and SOF.
It is composed of two layers, a layer supporting the catalyst (303 in FIG. 7), and as shown in the sectional views of FIG. 21 (b) and FIG. 22 (b), every other exhaust gas is generated. Gap Gi
Is introduced from the gap, passes through the wall of the filter, and the gap G between G i
It is designed to go to the outside after flowing to o.
【０１１３】止まり壁をフィルタ材で構成したものは、
当然に一部の排気ガスは止まり壁の部分でも濾過され
る。ＳＯＦ触媒層は、住友電気工業（株）製Ｎｉ基３次
元網状構造多孔体（商品名：セルメット）をＮｉ−Ｃｒ
−ＡＬ化したものの骨格に触媒担持のためのγ−アルミ
ナを多孔体１リットル当り１００ｇコートし、その後触
媒としてＰｔを１リットル当り１．０ｇを均一に担持さ
せて作成した。The one in which the dead wall is made of a filter material is
Naturally, some of the exhaust gas is filtered even at the dead wall. As the SOF catalyst layer, a Ni-based three-dimensional network structure porous body (trade name: Celmet) manufactured by Sumitomo Electric Industries, Ltd. is used as Ni-Cr.
The skeleton of the -AL compound was coated with 100 g of γ-alumina for supporting a catalyst per liter of the porous body, and then Pt as a catalyst was uniformly supported at 1.0 g per liter.
【０１１４】なお、試料Ｎ、Ｏ及びＰを構成する金属
は、それぞれＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金
を挙げたが、これはあくまで一例に過ぎない。The metals constituting the samples N, O and P are Ni-Cr-Al and Fe-Cr-Al alloys, respectively, but this is merely an example.
【０１１５】比較品には、試料Ｎ、Ｏ及びＰと同じ容積
（２．５リットル）のコーディエライトハニカムの試料
Ｑを用いた。As a comparative product, a cordierite honeycomb sample Q having the same volume (2.5 liters) as the samples N, O and P was used.
【０１１６】[0116]
【表１５】 [Table 15]
【０１１７】各試料の捕集効率及び圧力損失に関する実
験結果を図２８〜３０に示す。捕集ＰＭ量に対する圧力
損失、捕集効率の変化を示すこれ等の図から本発明品の
試料Ｎ、Ｏ及びＰは初期圧力損失が低く、ハニカム構造
のディーゼルパティキュレートトラップより優れいてい
ることがわかる。また、捕集性能に関しては同等であ
り、充分な性能を有していることもわかる。The experimental results regarding the collection efficiency and pressure loss of each sample are shown in FIGS. From these figures showing changes in pressure loss and collection efficiency with respect to the amount of collected PM, it can be seen that Samples N, O and P of the present invention have low initial pressure loss and are superior to the diesel particulate trap of honeycomb structure. Recognize. Further, it can be seen that the collection performance is the same and that the collection performance is sufficient.
【０１１８】次に、再生耐久性を評価するために、図１
１の実験装置によって試料Ｎ、試料Ｏ、試料Ｐ及び試料
Ｑを、それぞれについて１０ｇのパティキュレートを捕
集させ、排気ガス温度を上昇させることによりパティキ
ュレートを燃焼させる実験を５回行い、その後各試料の
状態を観察した。結果を表１６に示す。この結果から分
かるように、試料Ｎ、Ｏ及びＰは再生耐久性がコーディ
エライトに比べて高い。Next, in order to evaluate the reproduction durability, FIG.
The experiment apparatus of No. 1 collects 10 g of particulates for each of the sample N, the sample O, the sample P, and the sample Q, and the experiment of burning the particulates by raising the exhaust gas temperature is performed 5 times, and thereafter, The condition of the sample was observed. The results are shown in Table 16. As can be seen from this result, the samples N, O, and P have higher reproduction durability than cordierite.
【０１１９】[0119]
【表１６】 [Table 16]
【０１２０】試料Ｎ、Ｏ及びＰについては、次にＳＯＦ
の浄化率の評価を行った。排気ガス温度が２５０°Ｃお
よび３５０°Ｃでの評価結果を表１７に示す。For samples N, O and P,
The purification rate was evaluated. Table 17 shows the evaluation results at the exhaust gas temperatures of 250 ° C and 350 ° C.
【０１２１】[0121]
【表１７】 [Table 17]
【０１２２】試料Ｎ、Ｏ及びＰではＳＯＦ濃度を４０％
或は５０％低減するこができた。For samples N, O and P, the SOF concentration was 40%.
Or it could be reduced by 50%.
【０１２３】以上の実験の結果から明らかなように、本
発明による試料Ｎ、Ｏ及びＰはコーディエライトハニカ
ムとほぼ同等の捕集特性、圧力損失特性を示し、また、
一方で初期圧力損失は低く、かつ燃焼再生時に対しても
高い信頼性を示し、ディーゼルパティキュレートトラッ
プとして非常に優れている。さらに、それに加えて、Ｓ
ＯＦを低減する機能も有しているため、触媒コンバータ
を他に設ける必要がなく、ディーゼル排気ガス後処理装
置のトータル面での省スペース化、低コスト化が実現で
きる。As is clear from the results of the above experiments, the samples N, O and P according to the present invention exhibit trapping characteristics and pressure loss characteristics almost equal to those of the cordierite honeycomb, and
On the other hand, the initial pressure loss is low, and it shows high reliability even during combustion regeneration, making it an excellent diesel particulate trap. In addition to that, S
Since it also has a function of reducing OF, it is not necessary to provide another catalytic converter, and it is possible to realize space saving and cost reduction in the total aspect of the diesel exhaust gas aftertreatment device.
【０１２４】[0124]
【発明の効果】以上説明したように、本発明のパティキ
ュレートトラップは、小型でありながら、フィルタの表
面積を充分に確保できるようにして高い捕集効率を得な
がら圧力損失の上昇を低く押さえ、さらに、再生と耐久
性については金属製トラップの特徴を充分に生かすよう
にしたので、ディーゼルエンジン用パティキュレートト
ラップとして不足の無い性能を発揮し、パティキュレー
トに起因する大気汚染の防止に役立つ。As described above, the particulate trap according to the present invention is small in size and can secure a sufficient surface area of the filter to obtain a high trapping efficiency and suppress a rise in pressure loss to a low level. Further, with respect to regeneration and durability, the characteristics of the metal trap are fully utilized, so that the particulate trap exerts a sufficient performance as a diesel engine particulate trap, and helps prevent air pollution due to particulates.
【０１２５】また、金属繊維の不織布から成るフィルタ
材の骨格表面にアルミナウィスカーを生成させたもの
は、フィルタの目孔がより小さくなり、粒径２μｍ以下
の浮遊性微粒子の捕集が可能となる。In addition, in the case where the alumina whiskers are formed on the skeleton surface of the filter material made of the non-woven fabric of metal fibers, the pores of the filter become smaller, and the floating fine particles having a particle diameter of 2 μm or less can be collected. .
【０１２６】さらに、フィルタ材に、或いはそのフィル
タ材の片面又は両面に金属製３次元網状構造多孔体を設
けてその多孔体に触媒を担持させたものは触媒コンバー
タを別に設ける必要がなくなるので、排気ガス後処理装
置の簡素化、低コスト化も図れる。また、フィルタ骨格
部の熱容量が小さいため、触媒の働きも確実になり、環
境浄化に関してより優れた効果を期待できる。Further, the filter material, or the filter material provided with a metal three-dimensional network structure porous body on one or both sides thereof and supporting the catalyst on the porous body does not require a separate catalytic converter. The exhaust gas aftertreatment device can be simplified and the cost can be reduced. In addition, since the heat capacity of the filter skeleton is small, the function of the catalyst is also ensured, and a more excellent effect on environmental purification can be expected.
【図１】（ａ）：本発明で用いるフィルタエレメントの
一例の概要を示す斜視図 （ｂ）：同上のフィルタエレメントの断面図FIG. 1A is a perspective view showing an outline of an example of a filter element used in the present invention. FIG. 1B is a sectional view of the filter element of the above.
【図２】（ａ）：他の形態のフィルタエレメントの一例
を示す斜視図 （ｂ）：同上のフィルタエレメントの断面図FIG. 2A is a perspective view showing an example of another form of filter element. FIG. 2B is a cross-sectional view of the same filter element.
【図３】第３の形態のフィルタエレメントの製造手順を
示す図FIG. 3 is a diagram showing a manufacturing procedure of the filter element of the third embodiment.
【図４】第３の形態のフィルタエレメントの他の製造手
順を示す図FIG. 4 is a view showing another manufacturing procedure of the filter element of the third embodiment.
【図５】第４の形態のフィルタエレメントの製造手順を
示す図FIG. 5 is a view showing a manufacturing procedure of the filter element of the fourth mode.
【図６】フィルタ骨格にアルミナウィスカーを生成させ
た状態の模式図FIG. 6 is a schematic view of a state in which alumina whiskers are generated in the filter skeleton.
【図７】フィルタ断面の拡大概念図FIG. 7 is an enlarged conceptual view of a filter cross section.
【図８】本発明のパティキュレートトラップの一例を示
す断面図FIG. 8 is a sectional view showing an example of a particulate trap of the present invention.
【図９】本発明のパティキュレートトラップの他の例を
示す断面図FIG. 9 is a cross-sectional view showing another example of the particulate trap of the present invention.
【図１０】初期圧力損失評価装置の概略構成図FIG. 10 is a schematic configuration diagram of an initial pressure loss evaluation device.
【図１１】圧力損失及び耐久性評価実験装置の概略構成
図FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a pressure loss and durability evaluation experimental device.
【図１２】試料Ａ、Ｂ、Ｑの初期圧力損失を示す図表FIG. 12 is a chart showing the initial pressure loss of Samples A, B, and Q.
【図１３】試料Ａ、Ｂ、Ｑの捕集ＰＭ量に対する圧力損
失の変化を示す図表FIG. 13 is a chart showing changes in pressure loss with respect to the amount of collected PM of samples A, B, and Q.
【図１４】試料Ａ、Ｂ、Ｑの捕集ＰＭ量に対する捕集効
率の変化を示す図表FIG. 14 is a chart showing changes in collection efficiency with respect to the amount of collected PM of Samples A, B, and Q.
【図１５】試料Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｑの初期圧力損失を示す図
表FIG. 15 is a chart showing initial pressure loss of samples C, D, E, and Q.
【図１６】試料Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｑの捕集ＰＭ量に対する圧
力損失の変化を示す図表FIG. 16 is a chart showing changes in pressure loss with respect to the amount of collected PM of samples C, D, E, and Q.
【図１７】試料Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｑの捕集ＰＭ量に対する捕
集効率の変化を示す図表FIG. 17 is a chart showing changes in collection efficiency of collected samples C, D, E, and Q with respect to the amount of collected PM.
【図１８】試料Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｑの初期圧力損失を示す図
表FIG. 18 is a chart showing the initial pressure loss of samples F, G, H, and Q.
【図１９】試料Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｑの捕集ＰＭ量に対する圧
力損失の変化を示す図表FIG. 19 is a chart showing changes in pressure loss with respect to the amount of collected PM of samples F, G, H, and Q.
【図２０】試料Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｑの捕集ＰＭ量に対する捕
集効率の変化を示す図表FIG. 20 is a chart showing changes in the collection efficiency of collected samples F, G, H, and Q with respect to the amount of collected PM.
【図２１】（ａ）：第３の形態のフィルタエレメントの
斜視図 （ｂ）：同上のフィルタエレメントの断面図FIG. 21 (a): a perspective view of a filter element of a third embodiment (b): a sectional view of the filter element of the above.
【図２２】（ａ）：第４の形態のフィルタエレメントの
斜視図 （ｂ）：同上のフィルタエレメントの断面図22 (a): perspective view of a filter element of a fourth mode (b): sectional view of the filter element of the above
【図２３】試料Ｉ、Ｊ、Ｑの捕集ＰＭ量に対する圧力損
失の変化を示す図表FIG. 23 is a chart showing changes in pressure loss with respect to the collected PM amount of Samples I, J, and Q.
【図２４】試料Ｉ、Ｊ、Ｑの捕集ＰＭ量に対する捕集効
率の変化を示す図表FIG. 24 is a chart showing changes in collection efficiency with respect to the amount of collected PM of Samples I, J, and Q.
【図２５】試料Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｑの初期圧力損失を示す図
表FIG. 25 is a chart showing the initial pressure loss of samples K, L, M, and Q.
【図２６】試料Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｑの捕集ＰＭ量に対する圧
力損失の変化を示す図表FIG. 26 is a chart showing changes in pressure loss with respect to the amount of collected PM of samples K, L, M, and Q.
【図２７】試料Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｑの捕集ＰＭ量に対する捕
集効率の変化を示す図表FIG. 27 is a chart showing changes in the collection efficiency of samples K, L, M, and Q with respect to the amount of collected PM.
【図２８】試料Ｎ、Ｏ、Ｐ、Ｑの初期圧力損失を示す図
表FIG. 28 is a chart showing initial pressure loss of samples N, O, P, and Q.
【図２９】試料Ｎ、Ｏ、Ｐ、Ｑの捕集ＰＭ量に対する圧
力損失の変化を示す図表FIG. 29 is a chart showing changes in pressure loss with respect to the amount of collected PM of samples N, O, P, and Q.
【図３０】試料Ｎ、Ｏ、Ｐ、Ｑの捕集ＰＭ量に対する捕
集効率の変化を示す図表FIG. 30 is a chart showing changes in the collection efficiency of the samples N, O, P, and Q with respect to the amount of collected PM.
１、１１、２１、３１ フィルタエレメント ２〜７ 異径テーパ円筒状フィルタ ８ 鍔 ９ アルミナウィスカー １２ 平板状フィルタ １３ 目止め ２２ シート状フィルタ ２２ａ 平板フィルタ ２２ｂ 行き止まり壁 ２３、２６ ライナ ２４ ライナ ２４ ボルト ２５ 側板 ３２ａ〜３２ｎ 異径筒体フィルタ ３３ 端板 ３４ 環状ライナ １００、２００ パティキュレートトラップ １０１、２０１ 容器 Ｇｉ 排気ガス導入側の隙間 Ｇｏ 排気ガス出口側の隙間 ＦＢ フィルタの骨格 ３０１ パティキュレートフィルタ部 ３０２、３０３ 触媒担持部 1, 11, 21, 31 Filter element 2 to 7 Different diameter tapered cylindrical filter 8 Tsuba 9 Alumina whiskers 12 Flat plate filter 13 Sealing 22 Sheet filter 22a Flat plate filter 22b Dead end wall 23, 26 Liner 24 Liner 24 Bolt 25 Side plate 32a-32n Different diameter cylindrical filter 33 End plate 34 Annular liner 100, 200 Particulate trap 101, 201 Container Gi Exhaust gas introduction side gap Go Exhaust gas outlet side gap FB filter skeleton 301 Particulate filter part 302, 303 Catalyst support part
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ０１Ｊ 23/86 ＺＡＢ Ｂ０１Ｊ 35/06 Ｃ 35/04 ３３１ Ｆ０１Ｎ 3/02 ＺＡＢ 35/06 ３０１Ａ Ｆ０１Ｎ 3/02 ＺＡＢ ３０１Ｅ ３０１ Ｂ０１Ｄ 53/36 ＺＡＢＢ １０２Ｂ １０３Ｂ １０３Ｃ (72)発明者 永井 陽一 伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友電気工 業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 小端 喜代志 豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動車株式 会社内 (72)発明者 柳原 弘道 豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動車株式 会社内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Internal reference number FI Technical display location B01J 23/86 ZAB B01J 35/06 C 35/04 331 F01N 3/02 ZAB 35/06 301A F01N 3 / 02 ZAB 301E 301 B01D 53/36 ZABB 102B 103B 103C (72) Inventor Yoichi Nagai 1-1-1 Kunyo Kita, Itami City Itami Works (72) Inventor Kiyoshi Kobata Toyota City Toyota Town No. 1 Toyota Motor Corporation Stock (72) Inventor Hiromichi Yanagihara Toyota Town Toyota City No. 1 Toyota Motor Corporation
Claims (12)
タを平行に配列し、排気ガスを導入する平板フィルタ間
の隙間を排気ガスの入口側と出口側で交互に行き止まり
にした構造のフィルタエレメントを、排気系の途中に設
置して構成されるディーゼルエンジン用パティキュレー
トトラップ。1. A filter element having a structure in which flat plate filters made of a non-woven fabric of metal fibers are arranged in parallel and the gaps between the flat plate filters for introducing exhaust gas are dead ends alternately at the exhaust gas inlet side and the exhaust gas side. , Particulate trap for diesel engine installed in the middle of the exhaust system.
フィルタをコの字状に交互に逆向きに折り曲げて平行配
列の平板フィルタと平板フィルタ間隙間の片端を行き止
まりにする壁とを作り出し、さらに、前記隙間の両側部
をライナを挿入して封止したものである請求項１記載の
ディーゼルエンジン用パティキュレートトラップ。2. The filter element alternately folds a sheet-shaped filter in a U-shape in a reverse direction to create a parallel-arranged plate filter and a wall having a dead end at one end between plate filter gaps. The particulate trap for a diesel engine according to claim 1, wherein both sides of the gap are sealed by inserting a liner.
板のフィルタを複数個平行配置にし、各平板フィルタ間
の隙間にライナを挿入してこの隙間を排気ガスの入口側
と出口側で交互に行き止まりにし、さらに、前記隙間の
両側部もライナを挿入して封止したものである請求項１
記載のディーゼルエンジン用パティキュレートトラッ
プ。3. The filter element comprises a plurality of independent flat-plate filters arranged in parallel, a liner is inserted into the gap between the flat-plate filters, and the gaps are alternately dead ends on the exhaust gas inlet side and the exhaust gas side. The liner is inserted and sealed at both sides of the gap.
Particulate trap for diesel engine described.
の異径筒状フィルタを複数個同心配置し、排気ガスを導
入する各筒状フィルタ間の隙間と最小径フィルタの一端
を排気ガスの入口側と出口側で交互に行き止まりにした
構造のフィルタエレメントを、排気系の途中に設置して
構成されるディーゼルエンジン用パティキュレートトラ
ップ。4. A plurality of cylindrical filters of different diameters made of a non-woven metal fiber and having a similar cross section are concentrically arranged, and the gap between the cylindrical filters for introducing exhaust gas and one end of the minimum diameter filter are connected to the exhaust gas. A particulate trap for diesel engines, which is constructed by installing filter elements with dead ends alternately on the inlet side and the outlet side, installed in the middle of the exhaust system.
し、このフィルタ材で作られる金属製のテーパ筒状フィ
ルタを複数個、テーパの向きが交互に逆になる状態にし
て同心配置し、小径側端部が行き止まりになっている中
心の筒状フィルタを除く各フィルタの小径側端部をひと
つ内側の筒状フィルタの大径側端部に各々接続して各筒
状フィルタ間の隙間を排気ガスの入口側と出口側で交互
に行き止まりにした構造のフィルタエレメントを、排気
系の途中に設置して構成されるディーゼルエンジン用パ
ティキュレートトラップ。5. A heat-resistant metal fiber non-woven fabric is used as a filter material, and a plurality of metal taper tubular filters made of this filter material are concentrically arranged with the directions of the tapers being alternately reversed to form a small diameter. Except for the central cylindrical filter whose side ends are dead ends, connect the small-diameter side end of each filter to the large-diameter side end of the inner cylindrical filter and exhaust the gap between the cylindrical filters. A particulate trap for a diesel engine, which is constructed by installing filter elements with dead ends alternately on the gas inlet side and the gas outlet side in the middle of the exhaust system.
請求項５記載のディーゼルエンジン用パティキュレート
トラップ。6. The particulate trap for a diesel engine according to claim 5, wherein each tubular filter has a circular cross-sectional shape.
する平板帯状フィルタをくの字型に交互に逆向きに折り
曲げ、その曲げ加工で各平板状フィルタ間の隙間を排気
ガスの入口側と出口側で交互に行き止まりにした構造の
フィルタエレメントを、排気系の途中に設置して構成さ
れるディーゼルエンジン用パティキュレートトラップ。7. A flat plate band-shaped filter using a heat-resistant metal fiber non-woven fabric as a filter material is alternately bent in a dogleg shape, and the bending is performed to form a gap between the flat plate-shaped filters and an exhaust gas inlet side. A particulate trap for diesel engines, which is constructed by installing filter elements with dead ends alternately on the outlet side in the middle of the exhaust system.
寸法を１０mm以下にした請求項１〜７のいずれかに記載
のディーゼルエンジン用パティキュレートトラップ。8. The particulate trap for a diesel engine according to claim 1, wherein a gap size of an exhaust gas inlet / outlet portion between the filters is 10 mm or less.
ルタ材を孔径の大きいものほど排気ガス流入側にあるよ
うに組み合わせた材料で前記フィルタエレメントを構成
した請求項１〜８のいずれかに記載のディーゼルエンジ
ン用パティキュレートトラップ。9. The filter element according to claim 1, wherein the filter element is made of a material in which at least two kinds of filter materials having different hole diameters are combined so that the filter material having a larger hole diameter is closer to the exhaust gas inflow side. Particulate trap for diesel engines.
タ材の片面もしくは両面に触媒を担持させた請求項１〜
９のいずれかに記載のディーゼルエンジン用パティキュ
レートトラップ。10. A filter material constituting a filter element, wherein a catalyst is supported on one side or both sides.
9. The particulate trap for diesel engines according to any of 9.
タ材の片面もしくは両面に、連続孔を有する耐熱性金属
骨格から成る３次元網状構造多孔体を設置し、この３次
元網状構造多孔体に触媒を担持させた請求項１〜９のい
ずれかに記載のディーゼルエンジン用パティキュレート
トラップ。11. A three-dimensional network structure porous body made of a heat-resistant metal skeleton having continuous pores is provided on one or both sides of a filter material constituting a filter element, and a catalyst is supported on the three-dimensional network structure porous body. The particulate trap for a diesel engine according to any one of claims 1 to 9.
タ材の骨格表面にアルミナウィスカーを生成させた請求
項１〜１１のいずれかに記載のディーゼルエンジン用パ
ティキュレートトラップ。12. The particulate trap for a diesel engine according to claim 1, wherein alumina whiskers are formed on the surface of the skeleton of the filter material constituting the filter element.
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|---|---|---|---|
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