JPS58170516A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は自動車のエンジンからの排気ガス、１化装置に
関する。

気体中のカーボン粒子、未燃焼ミスト、塵埃を効率よく
トラップ（捕集）するため多孔質なセラミックであるセ
ラミック原料、例えば、コージラ（）　（２ＭｇＯ１２
Ａ１２０３．５Ｓｉ０２）　Ｉｃ可塑性をもたせるよう
なバインダーを加え、充分均一に練り合わせて可塑性を
有した状態ｃＨ合し、所定の金製治具を用いて加圧し、
押出し成型することにより正六角形、正三角形、菱形な
ど所要の断面形状の通孔をもったコアユニットを得て乾
燥した後、焼成することによって多孔質なコージライト
セラミックハニカム部材を得る。かかるセラｔｙクハニ
カの通孔から流入した排ガスは多孔質の孔壁を通ｉ２し
、他端が開口し□た通孔より流出するようにしたもので
、多孔質の孔壁を排ガスが通過するに際し該排ガス中の
カーボン粒子、未燃焼ミスト等をドラッグさせるように
したハニカムフィルタはすでに提案されている。

このような多孔質セラｉ−）りより成るノ・二カムの濾
過作用を奏する孔壁の有する気孔率、平均細孔径は排出
ガス中【含まれる粒子分布等【よって最適のものが使用
される。ちなみに実験結果によれば、多孔質孔壁の気孔
率としては１０〜ｔＳ＠の範囲にあることが必要で、気
孔率が１０−以下のものでは圧力損失、すなわち、流通
抵抗がきわめて大きなものとなり、フィルタとしての実
用性は乏しい。また気孔率が８０％以上　になると圧力
損失は非常に小さいものとなるが、気孔率が大きいこと
は平均細孔径もそれ（伴って大ぎくなることから、たと
えば１゛イーゼルエンジンの排気ガス中（含まれる微細
なカーボン粒子、未燃焼ミスト等に対するドラフグ作用
は小さなものとなり、良好なるフィルタ特性をもたない
ものである。また焼結体の強度も瞼くなってしまうので
相通に応じた気孔率とするには自ら限度がある。ちなみ
に気孔率７〇−程度のものは、同６０％程度のものに較
べ圧縮強度が１／２、同４０−のものに対して奄り１／
４＃ｒ−低下してしまう。また平均細孔径が数μ属以下
ではトラップ効果（濾過率）は９０−以上になるものの
圧力損失も並行して大きなものとなることから実用的な
フィルタとはならない。したがって多孔体の気孔率、平
均細孔径がフィルタ特性を決定づける大ぎな要素となる
が、このほか排ガスの濾過作用を行う通孔を形成してい
る孔壁の厚さもトラップ効果、圧力損失と大きな関連を
もち、通常、孔壁の厚さは０．２〜０．６ａｍ＠度のも
のが多用されて鬼つ このような孔壁厚さ書ｊ孔のハニカムフィルタ教におい
て、フィルタ細孔の平均孔径が４０μ以下ゼは排気ガス
中の粒子の濾過率の８ｏ−ｙ上、初期圧力損失ｓＯｍＨ
ｇ程度と、＠Ｃ濾過率はきわめて良好であるが、カーボ
ン粒子、未燃焼ミスト等をトラップして短時間のうち＜
フィルタ細孔が目詰りを起してしまい圧力損失が大きく
なってしまう。

反面、孔壁の有するフィルタ細孔が１０００ｐ　　８度
になると圧力損失はぎわめで小さく、またディーゼルエ
ンジンからの排気ガス中に含まれるカーｌ２粒子、未燃
ｍζスト等はほとんどすべて通過してしまい、排気ガス
浄化用のフィルタとしては適さないものであった。

したが７て、初期圧力損失が大君すぎず、できる限り大
きな濾過″４をもったフィルタであるためにはフィルタ
細孔の平均孔径がｔｉ頓１であｌ”　ｑ゛とが望ましく
、特に排気ガス中のカーボン粒子９ミスト等をドラフグ
し、フィルタ細孔が目詰りしたような場合＃Ｃは、圧力
損失が大となり、エンジンなどでは出力の大巾低下や燃
費の悪化を招くことになる。そこで、トラップしたカー
ボン粒子、ものが提案されている。その手段として酸化
触轍な担持したり、バーナーを併設するなどの方式があ
る。ところがフィルタ自体に担持させた触媒（より堆積
したカーボン粒子等を再燃焼させる場合に−は、サル７
エイト、リン酸などが生成され、それにより触媒が劣化
するなど触媒作用を長期間持続させることが固唾であり
、バーナーを設置したものでは燃料を供給する配管や着
火機構を必要とし、しかも加熱量をコントロールするに
は装置が複雑になったり、全体形状が大型化するなど多
くの欠点がある。

本発明は上述の如き事情ｔＣ＠み、多孔質セラミックの
特にフィルタ細孔の平均孔径が小さい領域におけるすぐ
れたフィルタ特性を利用し、かつトラップしたカーボン
粒子、ミスト等を燃焼せしめ除去することにより、フィ
ルタ細孔の目詰りな解消し、フィルタ等性をくり返し回
復せしめるようにしたものである。

以Ｆ１本発明を図により具体的に説明する。第装着した
例を示し、この排気ガス浄化装置Ｃは、第２図及び第３
図にて示す如く、ハニカムフイρりＨと、該・・二カム
フィルタＨに対する被濾過ガス（排ガス）の流入側近傍
に配置した発熱体Ｇの組合せにより構成されている。こ
のうち、ハニカムフィルタＨは多孔質セラミックより成
るハニカム構造体で構成され、多孔質セラミックの材料
としてはアルミナ、コージライト、ムライト、炭化珪素
、窒化珪素などが用いられ、所定の金層を用い押出成型
によりハニカム状に成し、最適の＃囲気と温度のもとて
多孔質状（焼成される。かくして得られた・・二カム構
造体は各通孔ｈ１、の端部をス流入側に配置する発熱体
Ｇとしては図示の如く最適には個々の独立した棒状のヒ
ータで発熱線状体が内部に封蔵されたシース２ヒーター
、もしくはセラミック体中に発熱抵抗体を埋設して成る
セラミックヒータが好適に用いられる。

このような発熱体ＧＩＣ対し、−・二カムフィルタＨの
排気ガス流入側端部【！！触した状態で取付る＼、 用してハニカムフィルタＨを破壊することがありかつ流
入する排気ガスを相当温度に加熱すればよいことから、
発熱体Ｇ）エノにカムフィルタＨの若干離れた位置ｃｉ
ｉ’置することが望ましい。

なお、実施例においては、複数本の発熱体Ｇを円周より
円中心に向けて装着したが、所期の目的を達成できる限
りにおいて１２発熱体Ｇの本数、発熱容量、あるいは取
付方向等を適宜変更してもよい。　　　　　　　　　　
　　　、、・以上のように構成した本発明による排気ガ
ス浄化装置において、第２図中矢印で気体の流れを示す
如く、通孔ｈ１の一方端部から流入してまた排気ガスは
フィルタ作用を成す多孔質の孔１１ｈ＞のフィルタ細孔
を通過して他方の端部が開口状ｌａにある隣接した通孔
ｂ＋Ｃａ人して排出される。このようにフィルタ細孔を
もった多孔質孔壁ｈ２を通過する【際し、気体中に含ま
れているカーボン粒子、未燃焼ミストなどがトラップさ
れ、排気ガスを濾過し、浄化する。

かかる濾過作用を継続させると隔壁に２Ｃはカーボン粒
子や未燃焼ミストが次第に堆積して、フィルタ細孔の目
詰りを生ぜしめる結果、濾過作用に支障をきたすように
なり、圧力損失が増大する。

このよう（濾過作用が低下し、圧力損失が増大してきた
場合、第１図に示したように電源ＢｃスイッチＳを介し
て各々接続された発熱体Ｇへの通電回路において、スイ
ッチＳをＯＮすると発熱体Ｇは急速に発熱し、ハニカム
フィルタＨｃ流入する排気ガスを加熱する。そのため）
・二カムフィルタＨの温度も６００〜６５０℃程度とな
り連続して堆積しているカーボン粒子、未燃焼ミスト（
着火し延焼することによりすべて焼却され排出される。

この結果、ハニカムフィルタＨのフィルタ細孔を目詰り
させていた堆積物は除去され、ハニカムフィルタＨの濾
過作用効果は再度回復する。

上記の如き本発明排気ガス浄化装置において、ディーゼ
ルエンジンのカーボン粒子、きストをトラップし、圧力
損失が初期値の２０〜３０倍に達した時点における堆積
物の重量が３０ｇのハニカムフィルタＨから約５ｍ離れ
た位置にグロープラグ型の発熱体２０本を配置し、これ
ら発熱体の表面温度が７００〜９００℃に保たれるよう
ｉｃ　Ｌ２Ｋｔｉｌの電力を供給し続けた。この際の排
気ガス流量は２　ｍ’　／　ｍ　ｉ　ｎで、排気ガス温
度は３５０℃であった。

なお、ハニカムフィルタＨは外径１４４麿、長さｘｓｍ
で濾過有効面積が約２−２ｄのものを使用した。

このような状況下におけるカーボン粒子、ミスト等の堆
積物は約３０〜６０秒間で焼失し、圧力損失もほば初期
値（３ｍＨｇのものを使用）ＩＣ回復した。

かかる濾過堆積物を焼失せしめる濾過機能回復実験を数
置くり返したが、濾過特性は何ら劣化す１− ＺＩ−＋４ ることなく、シかも圧力損失も若干初期値緘より一プラ
グ型のものを複数本用いたが、この場合、単一の発熱体
を用いたもの（較べ、仮りに１本の発熱体Ｇが発熱作用
をしなぺ・なったとしても全発熱機能が停止することが
ないという特徴があり、また必要な発熱量、温度に適合
させるべく、発熱体Ｇの装着個数を増減させることもで
きる。

また、発熱体Ｇｃ通電するスイッチＳとして濾過物が堆
積し、圧力損失が所定値以上になると自動的ｃＯＮ　と
なる圧力スイッチを用いることによ　・って自動的（通
電加熱し、濾過機能を回復させるよう（してもよい。

以上のように本発明排気ガス浄化装置（よれば多孔質セ
ラミックより成るＩ・二カムフィルタを用い、該・・二
カムフィルタの排気ガス流入側近傍に発熱体を配置した
ものであるから、排気ガスなど気体中に含まれるカーボ
ン粒子、未燃焼ミスト等を小さな圧力損失のもとで、Ｌ
ｆＩ−も大きな瀘過率でドラフグすることができ、トラ
ップした粒子、ミストなどが堆積し、濾過特性が低下し
た場合でもフィルタの近傍に配置した発熱体に通電して
加熱することによって、堆積物を焼失させてし重うよう
（機能し、再度良好なる濾過特性をもったフィルタとし
てくり返し機能を回復させ、長期間に亘って排気ガスの
浄化作用を有し、大気汚染など公害の低減（対し、きわ
めて有効である。

次ＩＣＩＩ！験例について記述する。

第１図に示したような滓化装置を用いて、予じめディー
ゼルエンジンの排気ガスによるカーボン粒子、未燃焼ミ
スト等の補集物体１５〜２０ｇ１２５〜３０ｇ、　３５
−４０ｇ　）ラップした各サンプルに対し、排気ガスに
模擬すべく、温度がｓｓｏ℃で、流量が０．５．１．２
ＩＩｌ／ｍｉｎの空気をそれぞれ流しておき定常状層の
流れのもとで、発熱体Ｇｃ通電し、再燃焼の度合を実験
したところ第１表に示した通りであった。

嬉　ｆｉＲ なお、第１ｆｌ！［て示した発熱体Ｇへの供給電力とし
て突入電力と保持電力とを区別しているのは、発熱体Ｇ
は温度が高くなると抵抗値も大きくなる正の抵抗＃Ｉ性
をもっており、初期値と定常値に大幅な差違があること
による。

この実験によるテストＡｌ〜８は突入電力を１０Ｋｗ　
　としたものであり、この◆件のもとでは補集重量が約
４０ｇで、空気流量を０．５１Ｉｔ／ｗｉｎ　ｃ　Ｌ／
ぼらないと補集物体の再燃焼が充分行なわれないことが
判った。またテストム９．１０″′Ｑは空気流量を１．
０ｓｒ／ｍｉｘ、、ｌｏｇ／／ｍ１ｎｌｃ増やした場合
でも、突入電力を３．０Ｋｗ、Ｌ（ｌＫｗに上昇させる
と再燃焼させ得ることがわかる。また第４図＃エカーボ
ン粒子ミスト等の捕集量が３５〜４０ｇ　であるとき、
空気容量なパのみをプロ、トシたものである。

次の６Ｈｚｐｃ＋ｚ追加実験を行なって結果を示す。

第　　２１！ この第２表に示した実験は３段階の捕集重量のものでは
突入電力２Ｋｗで９３−の再燃焼率を得た。

これＣｉし、捕集重量がＨＬ４ｇ、　２７．４ｇの場合
は突入電力を各々４．ＯＫｗ、　３．ＯＫｗに大ぎくし
ても再燃焼率は高々１Ｏ９ＩＩｌｉ１度にすぎないもの
であった。また再燃焼させた後のテスト符号Ａ％Ｂのす
ンプルを観察すると、フィルタであるハニカム構造体に
おける中心付近のみが部分燃焼しているだけであった。

これは、再燃焼率と捕集重量との関係をプロットした第
５図からカーボン粒子、ミストの堆積物が着火後、延焼
していくためには、これらの捕集重量が所定値（例えば
３０ｇ）以上（なった時期に発熱体に通電し、再燃焼作
動させる必要があることが判った。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置をエンジンの排気ガス浄化システム
（適用した例を示す概略図、第２図及び第３図は本発明
実施例の要部を示す断面と正面をそれぞれ示した図、第
４図は空気流量と供給電力の関係を示したグラフ、第ｓ
＃ｉｌは捕集物量と再燃焼率の関係をプロットした図で
ある。 Ｅ：エンジン　　　Ｂ：電　源 Ｈ：ハニカムフィルタ　Ｇ：発熱体 出願人　　京都セラミック株式会社　４）−Ｉ 第１図 第２図　　　第３図 ８１− 第４図 第５図 柄↓的ｔ（Ｓ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 多孔質セラミックより成るノー二カム構造体の有する各
   通孔の端部を互い違いに一方を開口状態とし、他方を閉
   塞状態としたセラミックフィルタに