JPS58185919A - 車「りよう」用の排気フイルタ - 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】 この発明は、テイーセルエンジン排気ガス用のハニカム
構造の微粒子フィルタ（以下「１）　ＰＰ’　ｓ　ｌ　
という）に関し、特に小さな排気量のテイーセルエンジ
ンの］）　Ｐ　Ｆ’　ｓの改良に関する・ 微粒子汚染された流体中の固体微粒子およびそれより大
きな粒子が、多孔壁のノーニカム構造全通過する際に流
体からフィルタリングされることはよく知られている。

米国特許第４　、２７６　、０７１号ならびに米国特許
出願第１６５゜６４６号および同第１．６５，６４７号
（米国特許第４、．２９７，１４０号）（共に１９８０
年７月３日出願）には、ディーセルエンジン排気ガスか
ら炭素質の固体微粒子全除去するノ・ニカムフィルタお
よび他の用途のフィルタリング装置が記載されている。

Ｉ）　Ｐ　Ｆの各々は、フィルタニ少なく共一つの注入
面と一つの排出面を形成する多数の相互に結合された多
孔の壁と、注入面あるいは排出面捷たは両方からフィル
タ全貫通して配置される多数の中空通路あるいはセルか
らなり、注入セルは、少なく共一つの注入面Ｖておいて
開放されており、汚染流体ケフィルタ内に導ひく。注入
セルは、フィルタの排出面において閉鎖される。排出セ
ルは、フィルタ全通過した流体全放出するために排出面
に開孔を設けられている。排出セルはまた、フィルタの
接続する注入面において閉鎖されている。相互に結合さ
れた薄い壁は、流体を注入セルから排出セル＼移動させ
ることのできる内部で相互に結合された開放された多く
の孔を備え、また通過する流体中の固体微粒子の必要部
分全抑制する。微粒子は、注入セルを形成する薄い壁の
面に捕捉されるか集積される。集められた微粒子の量が
増力ａすると、フィルタにかかる背圧および（あるいは
）フィルタ全通過する流体の流速は、背圧の好捷しくな
いレベルおよび（あるいは）流速が生じたとき、フィル
タを捕捉微粒子の除去によりあるいは廃却することによ
って再生あるいは交換することによって減少せしめられ
る。Ｉ）　Ｐ　Ｆ′ｓ　ｉＩ：ｉ、マフラあるいに、触
媒コンバータと同様にブイーセルエンノンを装備した車
輛ノ排気／ステム中に挿入されるハウジング内に取りｊ
−１けられる。

環境保護片（Ｅ　Ｉ）　Ａ　）の米国政府施行規則（タ
イトル４０、統合連邦規則１ｉｊ）　）Ｅ６．０８２−
８゜８６、（＋８２−９．１　！ｌ　８１年７月１日改
正）では、１９８２年に低排気量のディーゼルエンジン
全搭載した車輛の固体微粒子放出を０６グラム／マイル
までに制限している。、（１，２グラム／マイルが、１
９８５年型の車輛には要求きれた。

より大きな排気量（例えば８気筒および６気筒以上）の
ティービルエンノンは、通常ノ駆動ザイクルで約０４〜
０７グラム／マイル程度の最大放出肘ヲ有している・例
えば、前述の米国特許出願第１６５，６４６号において
は、フィルタの構成と形状の比較テストに用いられた１
９８０年型月−ルズモービル３５０　　ＣＩ　Ｉ）（５
９リツター　）Ｖ−ｓエンジンは、エンジノの４７リン
ダバノク当り、約０．１７クラム／マイルと約０．２４
グラム／マイルの間の平均値全示した（約３０マイル／
時間の安定走行状態で）。同じエンジンが、通常の１駆
動サイクルでは、約０５〜０６グラム／マイルの平均値
孕有する粒子を発生させるであろう。

用語１通常の駆動サイクル」は、米国内で使用されるた
めに認可される低排気量車輛用テイーゼルエンジンのテ
ストで参照ｊ　ヘ（Ｅ、Ｐ、Ａ。

施行規則で使用されるものと同義に用いられる。約０．
３５グラムあるいはこれを下回る低数１１」量は、より
小さな（例えば、約３０リツターあるいはこれを下回る
総排気量）の６および４気筒のティーセルエンジンによ
す％に発生され、これは将来の型式のために１９８１年
に提案されている。これらは、１６リノターのフォルク
スワーゲンのディーゼルエンジンと同様に、２８リツタ
ー６気筒の日産自動車から２０リツター４気筒の東洋工
業のディーセルエンジンに至るまで日本のメーカーによ
って製造されている種々のディーセルエンジンにも関係
するものである。］９９８２年の、Ｖ　−６オヨＵ　Ｖ
　−８という大きめのエンジンを含む、ティーセルエン
ジンの最近の認可テストは、通常の、駆動サイクルで平
均約０．４５グラム／マイルあるいはそれ全下回る放出
量を示すであろうし、これらのエンジンの大部分け、０
３５グラム／マイルあるいはそれを下回る値を示すであ
ろう、このように、　１）ＰＩ稈Ｓ等の装置は、１９８
２年型の大部分のティーセルエンジンを搭載した車輛に
は必要ないであろうが、現在のタイプのディーセルエン
ジンは１９８５年には米連邦政府のディーゼル微粒子放
出量規制に適合するためには、これらの装置全問らかに
必要とするであろう。

いくつかの考案が、ＤＰＦ’ｓの評価と比較の助けにな
る。その一つが、フィルタ効率であって、これは、フィ
ルタを流体が通過する際に流体から除去される混入粒子
の量（以下、フィルタを通過する以前の流体中の全粒子
に対する重量パーセントで表現される）である３効率が
高くなるとフィルタ背圧が高くなりかつ有効動作時間が
短縮されるので必要以上に高い効率は、望ましくない。

他の考案すべき点はフィルタの圧力低下であって、これ
はフィルタとその中に存在する粒子が原因となるフィル
タ上流と下流間の圧力差である。圧力低下が大きくなる
と、エンジン排気ガスの背圧が高くなる。有効動作時間
は、圧力低下と上記背圧が充分高くなってフィルタの再
生あるいは交換が必要となるときまでのＩ）　Ｉ”　Ｆ
の動作の累積時間である。他の重要な考察点は、フィル
タ効率、背圧特性および有効動作時間の最良の組合せを
得るために必要な、コンパクトな構造、最小空間節約容
積および形状である。他の望捷しい特徴には、耐熱衝撃
性、機械的強度および排気ガスに対する無害な反応があ
る。

米国特許第４．２７６．０７１号明細書には、単一の注
入面と単一の排出面金フィルタの両側に有し、両面間に
おいて互いに並列してフィルタ全貫通する多数のセルを
１１１打えた１）　Ｐ　Ｉパの特性が記載されでいる１
、このタイプのフィルタを以１：に一方向流タイブのＩ
）　Ｐ　ｒ（”と呼ぶ１．フィルタのセルを形成する薄
い壁は、約２〜１５はクロンの半均サイズの多孔スペー
スによって構成される１０％の内部の開孔芥積全有する
開放された多孔体として記載されている。

上記明細書ではさらに、Ｖタイプの８気筒の自動車ナイ
ーセルエン／／にこのような一フィルタに−１１用い、
フィルタの各々は、エツジ／の四つの気筒の一つのバン
クの一つに接続されるように記載されている１ 米国特許出願第１６５．６／１６号（特願昭５６−１０
４９４３号）および同第１６５，６４７号（米国特許第
４．２９７　、１４０−ｑ、　）には、約４〜；３５ミ
クロンの間の平均直径を有する孔によって形成された約
３５％〜６６係の間の内部の開孔容積を有する多孔の薄
い壁を備えた１８月”ｓｔ製造するためのいくつかのセ
ラミックハツチ混合が記載されている。上記出願のうち
の後者は特に、それぞれ約：３５〜９０％および約１〜
２０ミクロンの間の開孔容積および平均孔直径を有する
Ｉ）　Ｐ　Ｆ薄壁開孔を構成の装部としている。］−記
範囲内の開孔ｋｍする薄い壁により形成されたフィルタ
幻１、許容し得る圧力低ド特性、フィルタリンク効率、
レベルを備えて＋　９８０−１．９８　］年代に提案さ
れた大型排気肘テイーゼルエンジンに対する１９８５年
の米連邦政府粒子放出量規格に適合すると思われ、米国
特許第４，２７６．０７１号明細書に記載の開孔を備え
た薄い壁による同様寸法の１）　１’　Ｆの性能に比較
１−で有効動作時間を延長させるものと思われる。前述
の出願中に示されているように提案された］９８５年低
排気量車輛用ディーゼルセルジン微粒子放出量要求（す
なわち０２グラム／マイル）に適合する多孔薄壁の範囲
ケ定め、全ての排気量の改良されたティーセルエノジン
（１９８２年）の大多数におけると同様、現在の設剖（
］９９８１年の低排気量ティーセルエンジンに用いてよ
り長いフィルタ動作時間とコンパクトなフィルタサイズ
を与えるような範囲を定めるのが望ましい。

この発明は、前述した定義によって用いられる通常の駆
動ザイクルでの約０．４５グラム／マイルあるいはこれ
を下回る平均値の低排気量ディーゼルエンジンの放出微
粒子のために用いるハニカム構造のディーセル微粒子フ
ィルタ全提供するものである。

フィルタは、内部で相互に結合された所定容積の開孔金
偏えた多数の薄い、相互に結合された壁からなｐ、この
薄い壁は排気カスの通過を充分許容する平均直径の前記
開孔を備え、微粒子の大部分はこの薄い壁によって抑制
されるようにしている。この薄い壁は、少なく共−個の
注入端面と少なく共−個の排出端面を備え、この注入端
面の少なく共一つからフィルタを各々貫通する多数の中
空セルを備えている。各注入グループのセル（・ま、排
出端面に接続して閉鎖され、フィルタ内への汚染排気カ
スの進入全可能にするように少なく共一つの注入端面に
おいて開放されている。

排出グループのセルの各々は、注入端面の少なく共一つ
と接続して閉鎖され、フィルタを通過する排気カスの出
口となるような排出端面の少なく共一つにおいて開放さ
れている。

フィルタは、エンジンからの排気ガスを移送する排気ガ
ス導出／ステム中に内蔵され、その際注入端面ばエンジ
ンによって生じた微粒子汚染排気ガスの上流に位置し、
排出端面は外気と接続する側の排気ガスの下流に位置す
る。この発明によれば、薄い壁内の開孔の容積およびこ
の開孔全構成する孔の平均直径は、第５図のＡ−Ｂ−Ｃ
−Ｄ点を結んだ境界線によって定められる領域内にある
。開孔は、従来周知の水銀注入多孔重訂によって上記値
を定められる。

この発明の一つの重要な特徴によれば、薄い壁は、約０
．７６　ａｍの厚さを越えず、耐熱衝撃性全考慮すると
約０．３０　ａｍであることが好捷しく、捷だフィルタ
サイズをコンパクトとじ、圧力低■と効率という点から
もこの値が好ましい。薄い壁の全ては、はぼ均一な厚さ
を不（〜でいることが好丑しい またフィルタは、両側に一つの注入端面と一つの排出端
面金偏える一方向流タイブであることか好襲しく、その
際注入セルおよび排出セルは、二つの端面で長手方向に
かつフィルタを貫通して並列して位置している。

この発明のさらに他の特徴によれば、セルの横断方向の
密度は、少なく共約・１セル／　ｃｔＩであり、コンパ
クトな構造内でのフィルタ表面積を最大にするためには
約１５５〜３］セル／　ｃｒ！の間にあることが好捷し
い。

この発明の他の特徴によれば、バッチ混合が、薄い壁の
７トリツクスとプラグ全キンセイセギハニカムで製造す
るために用いられる一以下、添イ」の図面に示す実施例
に基づいてこの発明の詳細な説明する。

第１図は、小排気量のディーゼルエンジン１２を搭載し
た車輛８の／ヤー／］　Ｏｆ示している。エンジン１２
ば、４気筒であるが、８気筒のものあるいは１１気筒以
下であってもヨイ。エンジン１２は、米連邦施行規則９
９８６．０８２−８．８６．０８２−９および８６．］
（月等に用いられている用語［通常の駆動ザイクルＪで
約０４５グラム／マイルを越えない平均値を有する微粒
子全放出する。このエンジンは、小さな排気量（約３０
リツターを下回る）の現在（１９８］年うの設計の−っ
であることができあるいはこれと同等あるいは大きな排
気量の新規な（］９８２年あるいはより新しい）エンジ
ンであってもよい。排気マニフォールド］４が、エンノ
ンの気筒により発生される排気ガス全収集するためにエ
ンジン１２に取り・１」けられ、またパイプ１６．１７
および１８゜テイーセル微粒子フィルタハウジングある
いは容器２０ならびにマフラ２２からなる車輛の排気ソ
ステムに接続される３Ｖ型エノジノの如く気筒の二つの
バンクがエンジ／１２に設けられるときには、第２のマ
ニフォールド（図示せず）と排気パイプ２４（仮想線）
が、第２列の気筒により生じた排気カスをＩ）　Ｊ”　
Ｆハウジング２０　ＶＣ移送するだめに設けられよう。

排気パイプ２４と１６は、Ｙ形接合を接続点において形
成する。あるいは　フィルタ金偏えたハウジンク２０ば
、パイプ１６および２４の各々に取り伺けられ、一対の
工／ジン気筒列から排気ガス全フィルタリンクする。

ハウジング２０は、前述の特許および特許出願に記載の
如〈従来周知のやり方で取り付けられる。

第２図は、ハウジング２０の構造とこれに、　　　　　
内蔵された一力向流タイブのディーゼル微粒子フィルタ
３０の構成全示すものである。ハウジング２０は、米国
特許第３，４４１，３８１号に記載の如く触媒コ／ハー
タハニヵム体に用いられる従来のハウジングと同様Ｖ（
構成される。

ハウジング２０は、二つのほぼ同一のフィルタ保持ノニ
ル２６と２６°からなり、使用中にハウジング２０を組
立状態に保持し、フィルタ：３０の再生あるい一交換を
行なうために分解Ｔ＝Ｊ能とするために上述のノニル全
機構的に一体に固定する゛クランプ２７　、２７”！ｚ
有Ｌしいる。／エル２６は、上流排気パイプ１６に接続
され（仮想線）、他のノニル２６°は、Ｔ−流排気パイ
ブ１７（仮想線）に接続され、溶接、ろう伺けあるいは
クランプ（図示せず）の如き適当な手段によって固定さ
れている。

Ｉ７型断面の内部の環状取り付は部拐２８と２８゜が、
それぞれシェル２６と２６“に固定され、フィルタ３０
の面３４と：３６に対して突出しく両方の間に７−リン
グ手段を配置することが好寸しい）、フィルタ３０全ハ
ウシツク２゜内の正しい一定の軸方向位置に保持してい
る。

機械的に衝撃と振動に対してフィルタを緩衝するために
、フィルタ３０とノニル２６　ｉ２６’間の環状空間を
充填するように金属メツ／ユ、耐熱ファイバ等の如きラ
ンピングあるいハマント２９がフィルタ３ｏの周囲に配
置されることが望ましい。フィルタ３０の熱損失全最小
にするために、マット２９には、カラスあるいはミイ・
ラルウール２９°の如き絶縁物質層が含まれている。７
第３図においてフィルタ３０は、その外被１２ケ部分的
に切除した斜視図で示されている・フィルタ３０は、第
２図の矢印４８（第２ン１）で示されるフィルタ上流の
エンジン１２からの排気カスと接続する注入端面３４と
、第２図の矢印５２で示される外気へ排出されるように
流れるフィルタ３０の下流へ向かう排気ガスに接続する
排出端面３６を定めるマトリックスを形成する多数の相
互に結合された薄い壁３２と、前記端面３４と３６の間
でフィルタ３０のほぼ長手方向であってかつ互いに並列
してフィルタ３０を貫通する多数の中空通Ｍあるいは；
３８と４０からなる。フィルタ３０ｉｄまた、端面３４
と３６の間に位置し、薄い壁のマドｌ）ソクスと互いに
結合されかつ薄い壁３２の周囲に連続して配置された滑
らかな外壁あるいは外被４２を備えている。注入セル３
８のグループは、注入端面３４において開放され、排出
端面３６において閉鎖されている。排出セル４０のグル
ープは、排出端面において開放され、注入端面３４月近
で閉鎖されている。セル３８と４０ｉｌ−１，、それぞ
れ端面３４と３６とにおいてプラグ４４と４６によって
閉鎖されているが、他の手段によって端面３４と３６に
おいであるいはその旬近でシールされ、遮蔽されあるい
はその他で閉鎖されてもよい。セルの各々は、二つの端
面３４と３６の一方、好ましくは唯一の端面で閉鎖され
ることが好ましく、これにより各々注入セル３８あるい
は排出セル４０’ｆｆ構成する。セルは、両端面で閉じ
られてもよいが、これによってフィルタリング能力が落
ちかつ有効フィルタ動作寿命が短かぐなる。いかなるセ
ルも全長にわたって開放されていることは好ましくなく
、これによって排気ガス中の汚染物はフィルタ３０を抑
制されるこ吉なく通過してしまうことになる。

排出セル４０の注入端面３４におけるプラグ４６は、明
瞭に示すため陰影線により示されている。第３図から明
らか々如く、セル３８と４０は、共に薄い壁３２に接続
し分割してチェッカーボー　１・状にプラグを挿入され
ている。第３図においてフィルタ３０の注入端面３４に
みえる排出セル４０のプラグ４６のパターンは、排出端
面３６（図示せず）において注入セル３８のプラグ４４
とパターン全反転するものであることは明らかである。

フィルタ３０の作用は、第２図において部分的に示され
ている。汚染流体４８は、パイプ１６（および必要あれ
ばパイプ２４）全弁してマニフォールド】４からハウジ
ング２０およびフィルタ３０の注入端面３４へ導ひかれ
、注入セル３８に入る。注入セル３８は、排出端面３６
＋１近で閉鎖されているので、セル３８内の汚染流体は
、矢印５０で示す如く、積極的に薄い壁３２の相互に結
合された多数の開孔全通って注入セル３８の各々に接続
する排出土ル４０内に入る。このようにしてフィルタリ
ングされた流体５２は、排出セル４０を通ってフィルタ
３０から、さらにハウジング２０からパイプ１７へ流れ
て、他の排気システムから外気へ排出される。薄い壁３
２は捷だ、薄い壁の長い距離（図示せず）にわたって流
体を通過させる充分に相互結合された開孔全有している
。

第４図は、フィルタの第２の実施例を示し、一方向流タ
イプのディーゼル微粒子フィルタ６０は、その両側に注
入端面６４と排出端面６６を有する多数の相互に結合さ
れた薄い多孔壁６２と、両面６４と６６の間でフィルタ
６０のほぼ長手方向に位置しかつ互いに並列してフィル
タ６０を貫通する多数の中空セル６８と７０とからなる
。また、連続的な外壁あるいは外被７２が、両端面６４
と６６の間であって薄い壁６２周囲に設けられている。

プラグ７４は、その注入端面６４付近でフィルタ６０の
排出セルフ０の端面全閉鎖し、プラグ７６は排出端面６
６＋１近で注入セル６８の端面を閉鎖する。排出端面６
６におけるプラグパターンは、第４図において注入端面
６４におけるパター７ヲ反転させたものである。

第１の実施例においてフィルタ：３（）は、はぼ同数の
注入セル：３８と排出セル４０を設けたが、第５図のフ
ィルタ６０は、注入セル６８は排出セルフ０の３倍あり
、薄い壁６２の露出面を注入セル優位にして非対称に配
置されている。注入セル優先の薄い壁の面の非対称配置
は、大きなイニシアルフィルタ圧力低下を生じさせるが
、蓄積された微粒子により背圧増加速度が小さくなり、
はぼ同様に構成されたフィルタに比してフィルタリング
能カケ大きくし、有効動作時間を長くする。（同一出願
人の昭和５８年２月２８日伺特許願（１）、米国特許出
願第３５０．９９５号参照）薄い壁３２と６２のマトリ
ックスは、必要な相互結合した開放された多孔金偏える
適当な材料によって構成される。これらの拐料は、粉末
金属、ガラス、セラミック（通常は結晶）、樹脂あるい
は有機ポリマ、紙あるいは織物（充填物の有無にかかわ
らず）等、例えば、カラス−セラミック混合体およびサ
ーメットの如き組合せを含む。薄い壁３２と６２は、グ
ラ人す゛ソ′Ｚ辰に成型可能でありかつ焼結可能に微細
に分割された粒子および（あるいは）短繊維から製造さ
れることが好１しく、これらは焼結するように加熱され
た多孔の焼結物質全形成し、特に従来のセラミックに加
えて、ガラス−セラミック、サーメットおよび他のセラ
ミック全ベースとした混合物を含む粉末金属、ガラスお
よびセラミックベース相料が用いられる。使用可能なハ
ツチ混合物の準備に用いられる揮発性の可塑剤および（
あるいは）バイ７ダに加えて、適当な一時的あるいは可
燃性の添加物が、成型可能で焼結可能な混合体内に分散
され、加熱後、焼結された薄い壁３２内にほぼ均一に分
布しかつランダムに互いに結合された開放された多孔を
形成す　２３− る。必要な多数の開孔は、米国特許第３，９５０，１７
５号明細書に記載の如く原材料の選定によって薄い壁３
２と６２内に設けることができる。

２４− （注）ａ：ＡＰｓ（ｌ−１：、ゝト均粒子サイズ（ミク
ロ／）ｂ二粒子すイズ（重量％）　；　１．４　＋１２
０メンンユ、２１１％−１２０１−１４０メツシユ、６
３９％−１４０＋２００ メツシユ、１３．６−２００メツシユ （米国規格　フルイ）（−イーは、指示されたスクリー
ン７通過し彦い、− は、通過する） Ｃ：斗−１５０メツシユ（米国規格　フルイ）、約９０
のＡＰＳｙ生じきせる のに用いられるスクリーンされた部 分 ｄ：指示きれた値から±８％の範囲内で変化する開孔乞
生じさせる個々のバ ンチ混合 米国特許第３，８８５，９７７号および同第、ｉ、ｔｏ
ｏ、０２８号明細書に記載されたタイプのキンセイセキ
セラミックの製造のための４つのノくツチ混合の実例は
、自動車の排気システムの熱的、化学的および物理的環
境に対して安定性からり耐久性がある。またこれにょシ
必要な薄い壁の多孔率が衣Ｉに示されている。混合体は
、優ＣＶｌ性が下降して順序で配列されている。４つの
混合体のおよその相対効率が、種々の壁厚に対して衣Ｉ
Ｔに示されている。混合体１は、容易に入手できるグレ
ードのタルクを用いているので製造に最も適しているが
、＋１５０でスクリーンされたタルクは、非常な消耗娶
生じさせる。最初のテストは、混合体１のフィルタが、
少々く共０．３０朋の壁厚構造で混合体２と比較して低
いイニシアル圧カ低下を有することを示した。

フィルタは、選択された薄い壁の材料に適した技術で製
造されるが、ｆｆ［の４つのバッチ混合体組成を含む相
互に結合された薄い壁３２．６２の７トリツクスは、米
国特許第３．７９０，６５４号、同第３，９１９，３８
４号、同第４１ＪＯ８，０３３号、および同第４’、３
６４，８８８号明細書に記載のやり万で押し出しにまり
外被４２．７２と一体に構成されることが好ましい。押
し田し成型の後、衣Ｉのバッチ混合材料は、以下の工程
ｌ／Ｃ従って乾燥きれ焼成される。

盃−差 ５０’Ｃ→　２００℃　　３時間で ２０００Ｇ　　→　３５０°Ｃ７時間で３５００Ｇ　　
→　５００℃　　３時間で５０００Ｃ→　６００’Ｃ１
０時間で ６００　Ｔ）　　→　１４００°Ｃ２９時間でソーク １４００’Ｃ８時間 冷　　却 炉の速度で（約１２時間で２００″′Ｃまで）加熱速度
は、はぼリニヤであるべきである。

衣Ｉのバッチ混合体によシ構成される焼Ｈ，物質の壁は
、ｆｆ１Ｋ示すようなほぼ均一に分布しかつランダムに
相互に結合した孔について容積多孔率と平均孔直径を有
している。衣■の混合体１〜４．Ｕ、４６．３％のＫａ
ｏｌｉｎ　ｃｌａｙ（好ましくＩＤ、２５．１４％のＧ
ｅｏｒｇｉａｋａｏｌ　１ｎＨｉｃｌｒｊｔｅ　ＭＰお
よび２］、、１６％のＧｅｏ　ｒ　ｇ　ｉ　ａ−１＜ａ
ｏ　ｌ　ｉ　ｎＱｌｏｍａｘ　ＬＬ　）、４０．２％メ
ルクおよび１３５％のアルミナ（好ましくはＡｌｃｏａ
　Ａ−２）からなるセラミック原材料（１００重量％）
の基本混合体に特に大きさ乞定めたグラファイト粒子の
種々の量（２０〜３０重量％）？添加したものをベース
としている。ＷＩの混合体４は特願昭５６−１０４９４
３　号の衣■の試料１−　Ｊ　−Ｋと同じく不適当であ
るとされた。

衣■の混合体１〜３は、上記の出願のものよシ２０ミク
ロン粒径の大きいタルクと共に少なくとも２５重量％の
ブラフアイトラ含んでいる。このより大きなグラファイ
ト比率（１００％のセラミック原材料に対して２５％以
上）と特に組み合わされるＰＩ中のタルクの大きい平均
粒子サイズは、この発明にとって望ましい低目の効率を
生じる。バッチ混合体の多孔率特性の変化は、基本混合
体に加えられるグラファイトの比率と組成と、基本混合
体中のメルクに大きく左右される。

表　　　　　１１ 註）同一の混合体の個々のバッチ間の値の変動ハ、±７
５％０、これよりも大きな変動は、製造手順の誤りある
いは使用原材料の不適性による。

薄い壁３２．６２は、約０．０５　ｍｍ以上の厚さ？も
つようにｆｆｌのバッチ混合体から製造できるが、約０
．７６朋以下の厚さが重重しくかつ約０．３０　ｍｍの
厚さが好ましく、これによって構造的な一体性が最大と
なり、構成されたフィルタの熱衝撃に対する影響度か最
小となる。これは、薄い壁の厚さによって定まるもので
ろる。セルの横断方向の密度は、約３９〜６２セル／ｄ
であることが重重しい。

混合体１に対しては、約３１セル／７が性能上好丑しい
（過度にセルのサイズを小さくすることなくフィルタサ
イズを最小に保ち、約６０％の効率と低い圧力低下？生
じさせる。）が、約１５５セル／ｄに近い密度が、現在
の技術での製造乞容易とするためにより好ましい。

第５図は、開孔の容積（縦軸）と平均孔直径（横軸）の
組み合せで示されるＤＰＦ薄壁の多孔率のグラフである
。バンチ混合体１〜４（衣ＩＩ　）の多孔率が１〜４で
それぞれ示されている。

この発明によれば、多孔率（開孔容積と平均孔直径の組
み合せ）は、点Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄを結んだ線により囲まれ
た領域内にあって、最適の薄い壁の厚さく約Ｑ、３０ｖ
＋ｍ）において望ましい効率（７０％を下回る）乞与え
る薄い壁を与える。

構成されたＤＰＦの有効動作時間は、薄い壁の多孔率と
厚さの他に、使用されるティーゼ−３ル　− ルエンジンの動作特性（微粒子発生速度および耐えうる
最大排気ガス背圧）および容積、アスペクト比（長さと
端面直径の比）、注入セルと排出セルのサイズ、形状、
配置など乞含むＤＰＦの物理的特性などの種々の因子の
影響を受ける。領域Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄは、以下の座標値を
有する。

座標値 Ａ　　　　　６０　　　　　　　２０ Ｂ　　　　　３０　　　　　　　３０ Ｃ３０５５ Ｄ　　　　　４５　　　　　　　５５ 点ＡとＤを結ぶ直線は、望ましい薄い壁の厚さにおいて
適切なフィルタ強度を与える開孔の容積の上限乞示すも
のである。点ＢとＣ７結ぶ直線は、フィルタの許容でき
る圧力低下を与える開孔の容積（３０％）の最小値を示
すものである。点ＣとＤを結ぶ直線は、現在の製造技術
に基づいた平均孔直径（５５ミ　３２− クロン）の上限であり、前記技術では特にタルク製造技
術が含まれる。点Ａ、！：Ｂを結ぶ直線は、望ましい薄
い壁の厚さにおいて約７０％以丁の効率を与える開孔の
容積と平均孔直径の組み合せを示すものである。

セル３８　、４０　、６８および７０の端部は、フィル
タ３０と６０に期待される稼動状態に応じて適当な材質
および（あるいは）薄い壁３２．６２の材質に適合する
や夕方を用いて閉鎖される。これには、薄い壁の材質お
よび（あるいは）ディーゼルエンジンの排気カスと有害
な反応を起さないこと、薄い壁との良好な結合、所定の
流速をもつガス流に対する適当な寿命、熱膨張に対する
同様の係数を含む。％に、プラグ４４　、４６　、７４
および７６は、所定のセル端部に流し込み可能なあるい
は成型可能なプラグ材料を充填し、キュアし、乾燥しあ
るいは焼成してこの材料を剛体閉鎖物に変形させて、薄
い壁３２あるいは６２に機械的および（あるいは）化学
的に接続し、セル端部を完全にカバーし充填することに
よって構成される。前述したプラグ材料をハニカム構造
に充填する方法および装置は、米国特許出願第２８３，
７３２号（ヨーロッパ特許出願第８２．３０３　、７２
４号、特願昭５７−１２３７４４号、同第２８３，７３
３号（ヨーロッパ特許出願８２．３０３．７２３号、特
願昭５７−１２３７４６号）、同第２８３　、７３４号
、同第２８３　、７３５号（１９８１年７月１５日出＃
４）および同第２９５，６］０号（ヨーロッパ特許出願
第８２゜、３０３，６６１号）１５．２９５；６１１号
（１９８１年８月２４日出ｋ）に記載されている。プラ
グ４４．　、４６　、７４および７６あるいは他の閉鎖
手段は、多孔あるいは無多孔であってよいが、前者の場
合は、多孔率（開孔容積と平均直径）は、少な（共望ま
しくない量の固体微粒子がプラク゛を通過するかあるい
は周囲を通過することを妨げ、従ってフィルタ３０ある
いは６０を通過しないのに充分なものでなければならな
い。

表Ｉのバッチ混合体から構成されたキノセィ＋キ体のた
めのプラグは、ンオーミノグセラミックセメントで適鋤
なセル端部に配置構成されることが好ましい。セメント
は、焼成されると第一次のキノセイセキ結晶に膨張し反
応する。米国特許出願第２８３　、７３２号（特願昭５
７−１２３７４４号）あるいは同第２８３，７４３号に
示すように、バンチされたテープあるいはエラスティッ
クマスクが、セル端部へのフォーミンクセメントの充填
に用いられることが好ましい。

米国特許第４，２７６．０７１号および特願昭５６−１
０４９４３号に記載されている如く、セル３８゜４０．
６８および７０の横断面は、はぼ均一な大きさの四角で
あることが好ましいが、他の形状のセルを用（・でもよ
い。他の形状あるいは大きさのセルが用いられるときは
、薄い壁３２と６２は、好ましくは約６０°を下回らな
い角度で交叉するように設計されるべきであり、これは
小さな角度をもつコーナーへの微粒子の不均一な集積を
防ぐためであり、端面３４　、３６　、６４および６６
に接続するセル端部の適切な閉鎖作用を助けるためであ
る。

また薄い壁の交叉部分（セルコーナー）を曲面にしてフ
ィルタの機械的強度を高めることが望ましい。また、他
の目的で必要であるならば、フィルタは、セルの大きさ
あるいは形状とは異なる複数の横断方向のセクタ（環状
あるいはウェッジ状）を有するようにすることもできる
。種々のセルの横断形状のパターンが、フィルタの端面
を横切っであるいはその横断セクタを横切って繰り返し
配置されるようにすることもできる。

この発明は、一方向流タイプのフィルタについて記述さ
れたが、米国特許第４，２７６．０７１号に記載されて
いる如きクロス流タイプのフィルタが、約０．４５グラ
ム／マイル以下の微粒子放出量を有する低排気量ディー
ゼルエンジンに用いるために第５図のＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ領
域内にある多孔率を有する薄い壁で構成されるようにし
てもよい。このようなフィルタば、一つあるいは二つの
注入面と排出面をそれぞれ備え、さらに注入面からフィ
ルタを貫通する互いにほぼ平行な注入セルのグループと
排出面からフィルタを貫通し互いにほぼ平行な排出セル
のグループを備える。注入セルの各々は、少な（共一つ
の注入面で開孔しかつ排出面の各々で閉じられている。

排出セルは、同様に少なく共一つの排出面で開孔しかつ
注入面付近で閉じられている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、低排気量のディーゼルエンジンを搭載した車
輌とこの発明によるフィルタの概略説明図、 第２図は、第１図の車輌の排気システム内に取し付けら
れたフィルタハウジングの第１図の２−２線に活ってみ
た断面図であってこの発明による一方向流ハニカム構造
のディーゼル微粒子フィルタの縦断断面図、 第３図は、第２図のフィルタの斜視図、第４図は、この
発明によるフィルタの第２の実施例の斜視図および第５
図は、この発明によるフィルタの薄い壁の多孔率（開孔
の容積と平均孔直径）であって、領域Ａ　−ｒ３−ｃ−
り内にそれらが位置することを示すグラフである。 １２・・ティーセルエンジン　　■４・・・マニフォー
ルド１６．１７，１８．２４・・・パイプ　２０　ハウ
ジング３０．６０・・・微粒子フィルタ　３２・・・薄
　　い　　壁３４．６４・・注入端面３６，６６・排出
端面３８．６８・注　入　セ　ル　４０．７０・・・注
　入　セ　ル４．４，４６，７４．７６・・・プラグ３
９− 一≦Ｕ！６１ 一≦Ｕ勾、２ ｂ ｍ−１うす６４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （］）　　通常の駆動速度で約０４５クラム／マイル全
   下回る量のディーゼルエンジン放ｔｆ［粒子量を排出す
   る低排気滑車輛に用いられ、エノンン排気ガス全エンジ
   ンから外気へ排出するだめのパイプと、排気ガス流路中
   のパイプ内に配置される固体微粒子フィルタと全備えた
   排気７ステムにおいて、前記フィルタ上流において排気
   ガスと接続する少なく共一つの注入端面と前記フィルタ
   下流において排気ガスと接続する少なく共一つの排出端
   面とを形成し、少なく共一つの前記注入端面からフィル
   タを貫通する多数のセル金偏える多数の相互に結合され
   た薄い壁を有し、その際この薄い壁は流体の通過全可能
   としかついかなる方向へもの微粒子の完全な通過の少な
   く共大部分？抑制するような開孔容積と平均孔直径の内
   部で接続された多孔を有し、前記注入端面の少なく共一
   つあるいはそれ以−ヒにおいてのみ開孔している前記セ
   ルの注入グループと、前記排出端面の少なく共一つある
   いはそれ以上においてのみ開孔しかつ前記注入端面の各
   々の付近で閉じられている前記セルの排出グループとか
   らなり、さらに前記薄い壁の開孔容積と平均孔直径は、
   所要のフィルタ特性を与える領域内にある多孔率を有す
   る排気フィルタ。 ＜２）　　前記薄い壁の厚さが、約０．７６　ａｍ以下
   であるような特許請求の範囲第１項記載のフィルタ。 （３）前記セルの横断方向の密度が、少なく共約３９セ
   ル／　ｃｔＡであるような特許請求の範囲第１項記載の
   フィルタ。 （４）　　前記薄い壁の厚さが、約０３０關〜０７６ａ
   ｍの間のほぼ均一な値を有する特許請求の範囲第２項記
   載のフィルタ。 （５）　　前記セルの横断方向の密度が、約１５５〜３
   Ｊセル／　ｏｉの間にある特ｒ［−請求の範１７ｆｆ第
   ４項記載のフィルタ。 （６）　　前記薄い壁か、セラミックをベースとした材
   料で構成されている特許請求の範囲第５項記載のフィル
   タ。 （７）　　前記薄い壁か、１００重量パーセントのカオ
   リン粘子、タルクおよびアルミナと、少なく共追加の２
   ５重量パーセントのグラファイトからなり、その際タル
   クは約３０ミクロンを越える平均粒子サイズを有するよ
   うなバッチ混合体により構成される特許請求の範囲第６
   項記載のフィルタ。 （８）　　多数の前記セルが、フィルタの両側の前記両
   端面間においてほぼ長手方向であって互いに平行に配置
   されている特許請求の範囲第１項あるいは第５、項記載
   のフィルタ。 （９）多数の前記セルの横断断面の形状が、はぼ均一な
   サイズの四角である特許請求の範囲第８項記載のフィル
   タ。 （１０）前記注入セルの各々が前記排出セルのグループ
   のみと共に薄い壁を分割し、前記排出セルの各々が前記
   注入セルのグループのみとＪ寵い壁全分割するような特
   許請求の範囲第９項記載のフィルタ。 （１１）多数の前記セルの１／２〜３／４が柱入グルー
   プに属［７、残りの全であるいはほぼ全てのセルが排出
   セルに属する特許請求の範囲第９項記載のフィルタ・