JPS59186622A - カ−ボン微粒子捕集用フイルタ部材 - 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、ディーゼル内燃機関用のカーボン微粒子捕集
用フィルタ部材に関するものであって、詳細には微粒子
の捕集効率がよく、圧力損失の低い高性能な微粒子捕集
装置に関する。

ディーゼル内燃機関より排出される排気ガス中に含まれ
る未然カーボン微粒子はガソリン機関等に比較すると１
００倍近くの量に達する。加えてディーゼル車は近年増
加の傾向にあることから、未然カーボン微粒子の低減の
ための早急な対策を講する必要が出て来ている。その１
つとして、三次元網目状骨格構造をもつセラミックスの
多孔質構造体よりなるフィルタ部材で未然カーボン微粒
子を捕集して排気ガスを浄化する方法が公知である。

上記フィルタ部材としては目の粗さが８メソシユ〜４０
メソシヱ（以下メソシュを＃で表わす）程度のものが製
作使用可能であり、目の粗さを自由に選択し、使用する
ことができる。しかし、一般に井８程度の目の粗いもの
を使用すれば、圧力損失は低いが、十分な捕集効率が得
られず、一方の目の細かいものを使用すれば十分な捕集
効率は得られるが、圧力損失は高くなってしまう。特に
ディーゼル機関排気微粒子捕集装置として使用する際に
は空間的に形状の制約も強いため、圧力損失が低く十分
な捕集効率をもつ微粒子捕集用セラミックス製フィルタ
部材は得られていない。

本発明は上記の欠点を改良するためになされたものであ
り、高捕集効率、低圧力損失を実現するものである。

圧力損失と微粒子の捕集効率とは一般に相反するもので
あり、圧力損失低下と捕集効率向上の両立は困難である
が、その達成のために、三次元網目構造をもつ種々の目
の粗さの多孔質セラミックスの圧力損失と捕集効率とを
詳細に調べた結果、目が細かく、厚さの薄いものの方が
、目が粗く、厚みのあるものより有効であることが判明
した。

以下にその理由を述べる。第３図に、多孔質セラミック
スの厚さと圧力損失の関係、第４図に多孔質セラミック
スの上端面からの距離とカーボン微粒子付着量との関係
を示した。実験条件は、第３図はエアーを１ｍ／ｍｉｎ
で流した結果であり、第４図は２．２７！デイーゼルＸ
”）ジ’）ヲ１０００　ｒ、ｐ、ｒＬｌで無負荷運転し
た結果である。なお、セラミックスは直径１２０ｍ、長
さ１５０ｍ１の円筒形のもの第３図から理解されるごと
く、それぞれの目の粗さの多孔質セラミ、クスにおいて
、圧力損失はセラミックスの厚さに比例することがわか
る。一方、第４図より、排気微粒子は多孔質セラミック
ス上端面付近で多く捕集されることがわかるが、＃２０
以上の目の細かい多孔質セラミックスについては特にこ
の傾向が大きく、下端面近くの部分は圧力損失を上げて
いるだけで微粒子捕集に有効に役立っていないと思われ
る。これらのことを考えると、＃２０以上の目が細かく
厚さが３０ｍｍ以下の薄い多孔質セラミックスを使用す
るーことが有効であることがわかる。

そこで本発明においては、目の細かい肉厚の薄い多孔質
セラミックスを折りたたんだようなものを排気微粒子捕
集フィルタ部材のセラミック体として使用したのである
。

即ち、本発明は目が細かく厚みの薄い多孔質セラミンク
体を波形形状に屈曲した構造とし、その屈曲壁の隣接す
る間に空隙を形成したのである。

従って、この全体の屈曲壁を横切る方向に排気ガスを流
すと、屈曲壁の上流側の上記空隙に流入し、次に三次元
網目状骨格構造をもつ屈曲壁を通過し、この際に排気中
の微粒子を捕集し、該屈曲壁をへたてて上記空隙と反対
側にある下流側の上記空隙を抜けて排出されるのである
。

本発明によるフィルタ部材の外形形状は、円柱状、楕円
柱状、多角柱状等の柱状形態が一般に用いられるが、そ
の他端面つまり屈曲壁の屈曲端面が曲面であっても良く
、外形は限定されない。また、屈曲壁を構成する三次元
網目状骨格間の空隙の断面形状も円、長方形等種々構成
できるが、むろんこれらの形状に限定されない。

以下本発明を具体的実施例に従って説明する。

第１図において、本発明に係る微粒子捕集装置Ａは内燃
機関特にディーゼル機関１の排気集合管２に接続される
。この装置Ａは排気集合管２に連通する排気ガス流入口
３ａ及び同流出口３ｂを持った金属製の容器３を具備し
、その内部に微粒子捕集用のフィルタ部材４と、このフ
ィルタ部材に嵌挿された電気ヒータ５とを有する。電気
ヒータ５はフィルタ部材４に捕集された微粒子を燃焼さ
せてフィルタ部材・を再生するためのもので、バッテリ
６による通電が制御回路７により制御される。

制御回路７には、フィルタ縫付４の圧力損失を測定する
差圧センサ８からの信号及び機関の回転数を検出する回
転数センサ９がらの信号が久方される。

機関１からの排気ガスは流入口３ａから捕集装置Ａの容
器３内に流入し、フィルタ部材４を通過して流出口３ｂ
より流出する。排気ガスがフィルタ部材４を通過する際
に、同排気ガス中の微粒子はフィルタ部材上に捕集され
、除去される。

微粒子の捕集が進んでフィルタ部材４の通電抵抗が増大
すると、差圧センサ８がそれに応じた信号を出ず。差圧
センサ８が検知するフィルタ部材の上流側、下流側の圧
力差は機関回転数に依存しても変化する。そこで制御回
路７は差圧センサ８からの信号と回転数センサ９からの
信号とから、フィルタ部材４の真の通気抵抗、すなわち
微粒子の捕集密度を求め、それが所定量に達すると、電
気ヒータ５への通電を開始する。これによりヒータ５は
赤熱し、微粒子（カーボンを主体とする）を燃焼し得る
温度まで温度上昇する。

この電気ヒータ５の赤熱化により、微粒子は加熱され、
燃焼する。燃焼は電気ヒータ５の挿着部分から始まり、
排気ガスの流れに沿って発熱した熱量が排気ガス下流側
へ伝達されるので、排気カス下流側へ効率良く燃焼が拡
大する。よって電気ヒータを上流側端面あるいは端面近
傍に挿着しておけば、燃焼を拡大し、捕集さねた微粒子
を除去することができる。

この微粒子の除去によりフィルタ部材４が再生され、通
気抵抗が低減するとヒータ５への通電は停止される。次
に、本発明の要部である上記フィルタ部材の具体的構成
を説明する。第２図（ａｌ、（ｂｌ、（Ｃ１、（ｄ）に
おいて、４０は複数の屈曲壁で、その互いは一体化して
あり、この屈曲壁４ｏは第２図（ｄ）に示すごとく三次
元網状骨格４０ａを有し、かつその骨格４０ａの間に排
気ガスが通る微小空隙４０ｂを有している。４１は上記
屈曲壁４０を収容した補強壁であり、その屈曲壁４０の
上、下端ならびに側方端を囲んでいる。この補強壁４１
と屈曲壁４０とは後述するように同一のセラミックス材
料で構成しである。

４２は上記複数の屈曲壁４０の隣接する間に形成した複
数の空隙であり、この複数の空隙４２の互いは屈曲壁４
０で隔離しである。

なお、５は前記電気ヒータであり、この電気ヒータ５は
上記屈曲壁４０の屈曲端面に形成した溝（図示なし）内
に嵌着しである。

上記構成において、排気ガスは屈曲壁４０が直列に並ぶ
方向と交叉する方向に流れる。この結果、排気ガスは上
流の空隙４２に流入した後、屈曲壁４０を通過し、下流
の空Ｐｉ４２に流出することになり、排気ガス中のカー
ボン微粒子は屈曲壁４゜で捕集されることになる。

次に本実施例によるセラミック体の製造方法を述べる。

まず、三次元網目状構造をもつ有機物発泡体（例えばウ
レタンフオーム）の板を第２図（ａｌ、（Ｃ）に示すよ
うに屈曲する。あるいは外形形状よりやや大きな直方体
から予め屈曲した形状に切り出すか、または成形型の射
出空間を屈曲状にして発泡形成しても勿論よい。次に、
上記の有機物発泡体の排気ガス流入上端面及び流出下端
を除く外周に同材質の有機物発泡体を接着あるいは巻き
つけ、目的とするセラミック体と外形、内部構造ともに
等しい有機物発泡体を作製する。ただし、後に述べるよ
うなセラミック化工程において、焼成時に収縮するため
、前記有機物発泡体はそれを見込んだ大きさと形状にし
てお（必要がある。また、有機物発泡体としてウレタン
フオームを用いる場合、ウレタンフオームは骨格間に薄
膜をもつため、公知の技術例えば特公昭４１−７５２、
特公昭３４−８１３７に見られるごと（、この薄膜を除
去しておくことが好ましい。本実施例においては、＃４
０程度の目の粗さをもつ無膜つレタンフメーノ・を用い
た。

次に、コージェライトを主成分とする粉末と水とポリビ
ニルアルコールとを混合撹拌したセラミックラリ−の中
に前記有機物発泡体を浸漬し、余分なスラリーを除いた
後、１００〜１２０℃で加熱乾燥させ、この浸漬、乾燥
を数回繰り返した。

その後１３００〜１４７０℃程度で約５一時間焼成した
。この様にして多孔質セラミックスを得た。

本実施例で作製したセラミック体は前記屈曲壁４０の面
積が１４００ｅｎ！、壁厚さが５ｆｌのものである。本
実施例による排気微粒子捕集装置を使用し、排気量２．
２ｊｌ！のディーゼルエンジンを用い、公知の１１モ一
ド走行条件でカーボン微粒子捕集試験を行った結果を表
１に示す。比較のため、上記実施例のセラミック体の外
形寸法と同一の寸法を有し、全体が均一の＃８の目の粗
さを有したセラミック体（比較側）を用いて行ったカー
ボン微粒子捕集試験の結果をあわせて示す。なお、この
比較側のセラミック体の周りには＃４ｏの補強壁を設け
である。圧力損失は空気を室温にて１ｒ＋？／ｍｉｎで
通過させた際の圧力損失で表わした。

以下余白 表　　１

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を用いた微粒子捕集装置を示す部分破断
面図、第２図（ａｌ〜（ｄ）は本発明の一実施例を示す
もので、第２図（ａｌは平面図、第２図（ｂｌは正面図
、第２図（Ｃ）は部分破断面斜視図、第２図（ｄ）は屈
曲壁の内部構造を示す図、第３図および第４図は本発明
の説明に供する特性図である。 ４０・・・屈曲壁、４０ａ・・・骨格、４０ｂ・・・空
隙、４２・・・空隙。 代理人弁理士　岡　部　　　隆

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）三次元網状骨格を有するとともに、その骨格間に
   微小空隙を有し、かつ波形形状に屈曲した肉薄の壁を有
   したセラミック体を備え、該セラミック体の前記屈曲壁
   の隣接間に空隙を形成し、前記セラミック体の屈曲壁が
   直列に並ぶ方向と交叉する方向に排気ガスを流すように
   したカーホン微粒子捕集用フィルタ部材。
2. （２）前記セラミック体の屈曲壁の厚さは３０龍以下、
   その前記骨格間の空隙の目の粗さは少なくとも２０メツ
   シユである特許請求の範囲第１項記載のカーボン微粒子
   捕集用フィルタ部材。