JPS58143112A - 特に自動車におけるジ−ゼルエンジンの排気ガス清浄装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の景約 ％に自動車におけるジーセルエンジンノ排気ガス清浄装
置は、多孔質セラミック表の基体中に複数のマクロセル
を備える。これらマクロセルは、好ましくは一体的セラ
ミック体＜Ｉ）内の小さい互いに平行な流路＜ｉｏ、ｉ
ｔ）からなシ、それぞれ開口したもしくは閉鎖した端部
を備える。

流路（１０，／／）の一方は上流で、また他方は下織で
開口している。上流で開口した流路（／／）にはそれぞ
れ圧縮金属繊維からなる挿入体（／３）を充填し、仁の
挿入体は触媒材料の担体として作用スる。ジーゼルエン
ジンの排気ガス配管中に介装されたこの種の装置は煤フ
ィルタを形成し、比較的低い排気ガス背圧および低温度
において高いフィルタ効率を特徴とする。

本発明は、特に自動車におけるジーゼルエンジンの排気
ガス清浄装置に関するものである。

有害であると知られ九煤粒子の他、ジーゼルエンジンの
排気ガスは比較的少量の御飯化炭素、炭化水軍化合物お
よび１ｌｉｌ素酸化物をも含有する。

シタ力って、ジ−セルエンジン用の公知の排気ガスフィ
ルタにおいては、先ず第一に、煤粒子を捕捉して燃焼さ
せることが行なわれ、その際排気カス中の炭化水素成分
に対する放出限界が厳守される。この限界は、アメリカ
合衆国壌境保龜庁（ＥＰ人）の規準を参照して各国の規
準で設けられる。これら規準は、煤粒子の許容放出量を
／ＦＬ２年度においてｏ、ｔｐｇ７マイル（ｌマイル轟
〕のグラム数）、１９１１年度においてＯ０λ１１／マ
イル　として自奴用単に対し設定している。

ｌタデＯ年度に対する現在の設定値は、全ジーゼルエン
ジン排気ガスに対し約７参チの煤粒子の減少から推定す
る。これらの規準によれば、たとえば／Ｔｒｉ年度にジ
ーゼルエンジンを装着し友釣１００万台の自動車が生産
されかつ排ガスフィルタを備えない自家用車が１００，
０００−の走行距ｍに基づき平均３Ｏ−４ＡＯｋＬｐの
煤粒子を大気中に放出したとして計算した場合１着しい
積項汚染の減少が見込まれる。

当業界において、ｌり１１年に対する上記の放出限界は
ジーゼル排気ガスにフィルタ装置を付加しただけで達成
しうるという意見に一致している。さらに、当業界は、
適するフィルタｋｉｌｌｌにはｈ主用の鯨皺が会費であ
ると推定し、すなわち発生する煤粒子金集めて排ガス温
嵐が４ｔｓ。

〜１００℃という煤の燃焼温度に達したら直ちに焼却す
る必要がある。

ジーゼル排気ガス用の公知の煤フィルタは一体的な多孔
質セラミックからな９．その全長にわたって貫通延在す
る互いに平行な肉薄の流路から構成されている。これら
流路はその前面が基盤状に閉鎖もしくは開放され、この
揚合各派路は１つの開口端部と７つの閉鎖端部とを有す
る。この種のセラミックフィルタをジーゼル排気ガス中
に介装すると、入口側が開口している流路中に強制流入
させられた排気ガスは、多孔質の波路壁部を流過して、
出口側が開口している＊＊ｔＬ路へ泥人する。その際、
５ｏｑｂｔでが０６！μｍよ多大きい寸法を有して波路
壁中を通過しえない煤粒子が、上流匈で開口しｆｃ流路
に蓄積する。この樵のフィルタに蓄積した煤の燃鉤は上
記看火温鼓以下では起こらず、また排気ガス中に所定＃
ＸＸ震度存在する時のみ生ずる。

このようなλつの再生過程の間において、フィルタの負
荷が増大し、排ガス背圧の異常な上昇が生ずる。轡に高
い負荷において、煤燃焼は極めて激しくなＬｌｉｌまし
くないｉ１６亀＆を発生する。小木な条件下では、セラ
ミック材料の融点を越える危険さえある。この種の粒子
フィルタを用いれば約７０％という高フィルタ効率が得
られ、すなわち排気ガス中の粒子の３０チしか排気ガス
によシ外部へ遅しないが、燃焼条件は地上における長い
かつ増大する運転時間のため漸次上昇する排気ガス背圧
と、煤の着火の際の突発的な強度の温度上昇との丸め改
良する必要がある。

煤燃焼の比較は他の公知のフィルタ装置ｔ（ド屯１ イツ公−公報第３０２参参２７号）であるが、この場合
排気ガスは触媒を備えるチャンバ中に通され、触媒は繊
維状の金属材料からなるメツシュ状、御飯布状またはｌ
１ｌｉ＆裂状の基体であって、これを金属１合金および
金１１４に化物よりなる触媒材料で被檄する。この場合
、ｍ謀において排気ガスの発煙性粒子の接触酸化が起と
シ、この酸化は触媒作用によｐ４Ａｓｏ℃以上の温度で
なくても２００℃以下の温度で既に生ずる。ジーゼル排
気ガス中の煤粒子の燃焼に関するこの比較によれば、！
＃気ガスの比較的低い背圧においてもこの公知触媒の運
転が可能でわる。煤粒子はもはや蓄積されずに、排気カ
ス脈動のリズムに合せて触媒領域で連続的に燃焼される
。この場合、触媒中での燃焼過程については、ジ−セル
エンジンにおいて一般的な弘ＯＱ℃の運転温度で充分で
ある。接触酸化のｌＩ］提条件は、排気ガス中の僅かな
空気過剰と、触媒作用下で発熱燃焼する炭化水素が存在
することである。得られるフィルタ効率は、勿！！ｉ１
上記のセラミックフィルタにおけるよシも明らかに低く
、すなわち＄０−１０％である。

これに対し、本発明の目的は、祷られるフィルタ効率が
公知Ｏセラミックフィルタに匹敵しかつ比叡的低い排気
ガス背圧および低１ｉ！［にて同等な粒子燃焼が得られ
るようなジーゼルエンジン用のフィルタを提供すること
でるる。

上記目的は１本発明によれば、排気ガス流中に介装され
る検数のマクロセルを多孔質セラミックよ）なる基体中
に設け、そのそれぞれ扛排気ガスと連通する開口部を備
えかつその全部また社一部には表面が触媒材料によ）被
橿され九ガス透過性の触媒担体を全体的にまたは部分的
に充填することにより達成される。これは、特許請求の
範囲側−項乃至第参項に個々に示し九実１ｆＡｌＩ！様
によれば、４４ｊＯ℃以下の温度で排気ガスの同等な接
触燃焼および部分酸化の利点が得られると共に、さらに
セラオック基体の触媒含有マクロセルの壁部領域・にお
けるｉＩｋ微小の煤粒子のフィルタ除去を可能にする。

燃焼せずに触媒を通過した、壁部の細孔中およびその表
面に集められる煤粒子は、公知のセラミックフィルタと
対比して同等にかつａＺＯ℃以下の温度で燃焼される。

明らかに、必要とされるエネルギー紘触媒反応によシ与
えられる。好ましく框金属繊維の形態で存在させる触ｍ
ａｔ体はマクロセルの中空部をＭ１部まで塩め、これを
介して触媒エネルギーが飛散煤粒子の捕捉されているマ
クロセルの多孔ｉ壁部に対し直接に或いは輻射線として
作用しうる。触媒エネルギーは、遊離の形で或いは排気
ガス中の一体炭本粒子に付着して存在する炭化水素の級
化によシ実質的に主する。

さらに解決策の提案によれは、触媒を充填したマクロセ
ルを、一体的セラミック体中で長手方向に延在する片側
が開口した波路として構成し、これら流路を嘗験に示し
たセル状セラミックの公知セラミックフィルタの原理に
従って交互に上流＠または下流側で開口させまたは閉鎮
する。公知のセラミックフィルタと異なシ、流路断面積
は相轟大きく、／平方インチ当シ１０〜−２００本（空
の状態）の波路を設ける代夛に、本発ＢＡＫよるセラミ
ック構造体はｌ平方インチ尚シ僅か約ｊ−１！本のａｍ
を存在させ、これ’ｔｉ、ｉｔｓ”当シ約０．２−参本
の波路に相当する。

これらのｔｌＬｗ！には触媒としての挿入体を充填し。

ここで触媒担体は針金または帯材料の形態の輩鳥繊維で
Ｓｔ属し、これｔ−ｖＩＬ路の中空部に一致させて圧−
する。

さらに、本発明によれば％流路の肉厚は公知セラミック
フィルタと１ｌｌｎｌＪじに選択され、／龍野ましくは
０．３〜０．７鴎である。

本発明の好適実施例によれば、セラミック体の前面ｌ傷
２当？）１個のみの完全な流路断面を設ける。触媒挿入
体は断拘において流路の中空部に一致し、その長さにお
いて流路を全体的にまたは部分的に埋めることができ、
流路の全長にわたって延在させれば一層良好な保持が得
られる。

ｔｏ−ｔｏチという目１１１フィルタ効率を達成するに
は１本発明によれば、上流側で開口した流路のみにそれ
ぞれ挿入体を設ければ充分である。何故なら、煤粒子の
極めて少い割合のみ、さらに最も小さい寸法を有するも
ののみが上流１Ｉｌｌ開口流路から流路壁部を貫通して
下臨貴−ロ流路へ過しうるからである。

さらに本発明において特に有利なことに、一体内セ５ｉ
ツクの通常の固定以外には、波路の内部に挿入体を固定
する特定の固定手段を何も必景としない。−これは、ｆ
Ｌ路壁部に対する針金ｍ製材料の表面摩擦によって得ら
れる。この可能性は、燃焼室の内部に触媒担体を固定す
るため無駄な装置を必要とするＩ！ｒ頭に示した公知の
触媒フィルタに比較して、明らかな改良をも九らす。

排気ガス背圧については、触媒作用なしに操作する公知
のセラミックフィルタに比べて明確な低下が得られる。

接触燃焼は触媒挿入体の領域にて連続的煤燃焼をもたら
す。その際発生するエネルギは、燃焼せずに触媒挿入体
を通過して流路壁部に捕捉された煤粒子を燃焼させるた
めにさらに直接利用され、し九がって決して煤の蓄積お
よび波路壁部もしくは流路自体の閉鎖をひき起こさない
。このことは常に排気ガスの訪けのない自白なＲ過ｔ−
可能にし、その結釆排気ガス背圧は約Ｏ１／〜Ｏ０λバ
ールという望ましい低水準になる。

以下、添付図ｍを参照して本発明を実施例につき説明す
る。

ジーゼルエンジンのシリンダヘッドｌに排気ガス収集器
コを接続し、これをエンジンの出口Ｊに連通させる。支
持管参は排気ガスを排気ガス収集器−から接続支持体ｊ
を介してこの排気ガス用のフィルタ装置のハウジング４
中へ案内し、排気ガスの流れ方向を矢印で示す。下流に
おいてハウジング６はさらに残部の排気専管に対する接
続用の接続支持体６を備える。ハウジング乙の内部には
、一体内セラミック体ｌをハウジングぶとセラミック体
の局面との間に配置された針金ｊＩ袈シースタによｎｂ
定支持する。

この針金編製シースタを排気ガスが通過し得ないよう、
こむに気密りング／□ａを組み込む。

一体内セ２ミック体ｌは、たとえば自体公知のコージー
ライトセラミックのような多孔質セラミック材料で構成
される。一体的構造は、肉薄の互いに隣接しかつ互いに
軸線方向に平行な波路１０．／／により′ＩＩ＃成され
、これら流路は前面で見て交互に一体的構造の平面園に
おいて上ｆｔ＠に存在するか或いは下流側に存在するＳ
ｌａ部が基盤状に分布閉鎖されている。上流−−ロ波路
ｌ／は下流側が、ま九下諏餉開口ｆｉ路ＩＯは上流側が
同じくセラミック材料からなる底部／コによって閉鎖さ
れる。さらに、底部／−２は波路壁部よシも大きい厚さ
を有することができる。上ｆｉＬ側開ロ流−路／／中へ
流入する排気ガスは、矢印で示すように、流路ｍ部を流
過して排気匈が開口している隣接流路ｌＯ中へ拡散する
。

ここで特に重要なことは％流ｉ＠７０．／／に触媒挿入
体１３が充填されておシ、これは開口端部から流路中へ
挿入されることである。触媒挿入体／Ｊは圧縮成形され
た針金ｌｉ製体であることが重要であシ、ここで針金に
は緻化触媒の意味で触媒上有効な表面が被覆されている
。挿入体１３は流路の中空形状に一致する断面形状（九
とえば四角形）を鳴し、し九がってこれをｌ！＄１／Ｉ
Ｊさせて特に支持体なしにそこへ固定される。

一層明瞭に示すため、下流＠開口流路ＩＯにおける押入
体は画一なしに図示されている。勿論、下ｔＩＬＩｌｋ
＃！１０流路１０ｔ−空にすることも可能で６９、すな
わちそこには挿入体／３を配皺しないことも可能である
。触媒挿入体１３の領域において排気ガス中の煤粒子の
接触燃焼が起こり、この場合炭素粒子に付着している炭
化水素成分が排気ガスの含有１１本によって二酸化Ｉｋ
累と水にまで燃焼され、純炭素は二酸化炭素まで燃焼さ
れる。触媒挿入体／ｊの領域でｔｆｅ燃焼されていない
粒子は流路壁部の細孔内およびその表面に固着され、そ
こで接触燃焼からのエネルギーを受けて同様に燃焼する
。排気ガス中に含有される煤粒子の極めて僅かな部分の
み、特に小さい寸法を有するもののみが流路壁部を流過
して排ガス偽開口諏路中に達し、そこで触媒による後燃
焼が起ζらない場合にはフィルタ装置から流出する排気
ガス中に達する。この粒子の割合は約２０〜ＪＯ％であ
る。勿論、触媒反応については煤フィルタの領域におい
て所定の排気カス温度が必要である。しかしながら、接
触燃焼の結果上の温度は全てのジーゼルエンジンで達成
され、さらに比較的低い燃焼温度を有するものでも達成
される。通常、エンジン燃焼富から流出する排気ガスの
温度は約参００℃である。触媒反応紘λ００℃以下で既
に起こる。押入体／Ｊの針金−裏材料は、好ましく鉱ニ
ッケルおよびクロム成分を有する耐Ｘ蝕性合金から構成
される。この種の材料は同様な目的に対し公知である。

これは各種の金属、その合金もしくは金属間化合物で構
成された触媒活性被榎についても同様に有効である。

骸轟するセラミック一体構造は、できるだけ実際的な実
施例の図面に一致する。さらに、よシ小さいま九はよル
大きい流路断面も考えうろことは勿論である。前面側の
単位面積当りで測定した流路の密度は、前面の面積ｌ（
至）２洛シ０．ｊ〜参本の流路である。図面はこの範囲
の上限を示している。波路間の肉厚は約。、３〜（７，
７Ｍでるる。セラミック材料の多孔度はｊｊＳ−７Ｊ％
でろ〕、その場合平均孔径は７０〜３１μｍである。

【図面の簡単な説明】

一面はジーゼルエンジンに接続され九フィルタ装置の軸
線縦断面図である。 ハ・・シリンダヘッド　　−・・・排気ガス収集器３・
・・出　ロ　　　　　　ダ・・・支持管！・・・接続支
持体　　　、６川ハウジング７・・・接続支持体　　　
　ｌ・・・上２ミツ２体り・・・Ｖ−Ｘ１０ト・・気密
リング １０、／ハ・・流　路　　　／コ・・・底　部１３・・
・触媒挿入体 特許出願人　ゾイナーシェテルヶルゲーエムベーハーウ
ント　コンパニー　カーゲー ６７ 第１頁の続き ■出願人　　エンゲルハルト・カリ−ヘミ−・アウトカ
ット・ゲーエムベー ノ＼− ドイツ連邦共和国ディー−３０００ ハノーバー１ハンス・ベラクラ ー・アリー２０番地 手続補正書彷■ 昭和５８年２月２９日 特許庁長官　若杉　和犬　殿 １、事件の表示 昭和５７年特許願第２２６４４２号 ２、発明の名称　　　特に自動車におけるジーゼルエン
ジンの排気ガス清浄装置 ３、補正をする者 事件との醐系　　特許出願人 住所　　ドイツ連邦共和国、ディー−８９００アウグス
ブルグ、ニーヘール　ウーフヱルシュトラーセ　６１−
６９番地４、代理人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＋１）　　排気ガス流中に介装される複数のマクロセル
   を多孔質セラミックよシなる基体中に設け。 そのそれぞれは排気ガス流と連通する開口部を備えかつ
   その全部または一部には表面が触媒材料によシ被後され
   たガス透過性の触媒担体を全体的にまた線部分的に充填
   してなることを特徴とする１％に自動車におけるジーゼ
   ルエンジンの排気ガス清浄装置。 （２）触媒材料が、酸化作用を有する金属、合金または
   金属間化合物からなることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の装置。 （３）ガス透過性の触媒担体が針金または帯材料の形態
   の金属繊維からなシ、これをマクロセルの中空形状に一
   致する個々の挿入体（／３）まで圧−してなることを特
   徴とする特許請求の範囲第１．！ｊＩまた紘第２項配賊
   の装置。 （４）　　マクロセルを一体的セラミック体に形成して
   なることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項
   のいずれかに記載の装置。 （５）　　マクロセルが、長手方向に延在しかつ一方の
   側で開口した波路（１０，／／）であること七％黴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の装置。 （６）　　マクロセルを、排気ガスの流動方向に指向し
   て交互に南部が上流もしくは下流で開口しすなわち下流
   もしくは上流で珀餉した平行な流路の束によって形成し
   、これら流路（１０゜／／）の開口部および閉鎖Ｓｔ−
   セラミック体＜１＞の前面にわたって基盤状に分布させ
   ると共に、少なくとも上流で開口した流路（／／）にそ
   れぞれ挿入体（１３）を設けたととを特徴とする特許請
   求の範囲第４Ｌ項または第！積記載の装置。 （７）−１１ミンク体（、ｒ）の隣接流路＜ｉｏ　、ｉ
   ｉ）間における注型肉厚が／、ＯＷよル薄い場合、セラ
   建ツク体の前面／ｃｌＩＩ２当ルの流路０数が０、ｊ−
   参であることを特徴とする特許請求の範＠Ｕ第ｊ項また
   は纂６狽記載の装置。 （８）　　セラミック体＜１）の前ｔｈｌｌａ１１２当
   シ、７個のみの完全なｆｌＬ＃ｌｒ断向を設けたことを
   特徴とする特許請求の範囲第７項記載の装置。 （９）　　ｆｉ路（ｉｏ、ｉｉ）　ｏ肉厚が０．Ｊ　〜
   ０．７　ｗｍ　テ＠ることを特徴とする特許請求の範囲
   第７項記載の装置。 （ＩＩ　　＊ｗｒ＜ｉｏ、ｉｉ＞カｖｙ角形ｖｔｒｍｔ
   ａ−ｔ；ｂコトヲ％像とする特許請求の範囲第３項乃至
   第り項のいずれかに記載の装置。 ■　挿入体（／３）を、流路（１０，／／）の中空形状
   に一致する断面かつ流路（１０，／／）の全体的もしく
   は部分的長手方向延在部に対応する長さにて形成してな
   ることを特徴とする特許請求の範８第１項乃至第ｉｏ項
   のいずれかに記載の装置。