JPS6131370A - 多孔質セラミツク構造体 - Google Patents

多孔質セラミツク構造体

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JPS6131370A
JPS6131370A JP15383684A JP15383684A JPS6131370A JP S6131370 A JPS6131370 A JP S6131370A JP 15383684 A JP15383684 A JP 15383684A JP 15383684 A JP15383684 A JP 15383684A JP S6131370 A JPS6131370 A JP S6131370A
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JP
Japan
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protrusion
porous ceramic
hole
ceramic structure
protrusions
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JP15383684A
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English (en)
Inventor
均 吉田
幸久 竹内
康直 三浦
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Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
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Publication date
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  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
  • Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)
  • Porous Artificial Stone Or Porous Ceramic Products (AREA)

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、多孔質セラミック構造体に関づるもので、1
−どして内燃機関の排気ガス中に浮遊する微粒子を捕!
II!!Iる為に使用する多孔質セラミック構造体に関
するものである。
(従来の技術) 従来技術どしては例えば米国特許第4329162@が
ある。
ディーゼルエンジンから排出される微粒子を捕集づる場
合、三次元網目状の骨格構造をもつセラミック7号−ム
や、ハニカム構造をもった多孔質セラミックス等が適し
ていることが知られている。
特に、セラミック構造体の両端面より、負通しない穴を
互いに干渉しないように多数設けたハニカム構造のセラ
ミックフオームは、通気抵抗が小さく、微粒子の捕集効
率が高い多孔質セラミック構造体のひとつである。
ところで、一般に、内燃機関用微粒子捕集装置は第10
図のように構成されている。すなわち本第10図の如く
、微粒子捕集用@Aはディーゼル機関1の排気集合管2
に接続され、該排気集合管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4の排気ガス入口側端面に結合した電気ヒータ5と
を有する。電気ヒータ5はフィルタ部材4によって捕集
された微粒子を燃焼させてフィルタ部材4を再生するも
ので、バッテリ6による通電はi制御回路7により制御
される。制御は、フィルタ部材4の圧力損失、燃料消費
量、走行距離などを測定する各種センサからの入力信号
により行なわれる。
劃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か
ら流出する。排気ガスがフィルタ部材4を通過する際、
同排気ガス中のカーボン微粒子はフィルタ部材4によっ
て捕集され除去される。
フィルタ部材4としては例えば第11図に示すような構
成となっている。すなわち、三次元網目状骨格をもつ多
孔質セラミックス11よりなる多数の隔壁12によって
隔離された多数の中空孔13を有し、外形構造として筒
状のハニカム構造と4につでいる。尚、隔壁12の孔の
大きさは10μll〜5IIllllの範囲である。
フィルタ部材4は、第11図の矢印の如くに入口側通路
から流入づる排気ガス中のカーボン微粒子を、隔壁12
を構成するセラミック骨格に衝突させ、この衝突により
セラミック骨格表面にカーボン微粒子を付着、 111
積さUるといった衝突捕集のメカニズムにより捕集機能
を果している。ここにおいて、フィルタ部材4内のりべ
ての隔壁12において均一にカーボン微粒子が付着堆積
すること(よ、ある一定容積で効率良く捕集し、圧力損
失の上昇を最小限に留める上で重要である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかるに、上記従来のいわゆるハニカムフオーム型のヒ
ンミック構造体は、断面積が一定な中空孔を互いに平行
に配列した構造をとっていたため、第12図に示づよう
に微粒子の多くが中空孔の入口近傍及び出口近傍で捕集
されやすく、均一な捕集が行なわれないために捕集効率
が悪いという欠点があった。(尚、第12図中の付着率
と番よ、セラミックス100g中に捕集される微粒子ω
をいう) 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、上記従来の欠点を解消せんとするもので、軸
方向に穿設された一群の入口穴と、該軸方向に隔壁をへ
だてて前記一群の入口穴と隣接する一群の出口穴とを有
し、前記入口穴は前端が開口で後端が封止され、前記出
口穴は前端が封止で後端が開口されている多孔質セラミ
ック構造体において、 前記入口穴内には少なくとも1個の絞りが設+1られて
いる構造である。
ここにおいて、絞りとは、入口穴内に設けられ、該入口
穴の断面積よりも小なる断面積の與通孔を有する障壁部
をいう。該較りは入口穴の中心軸方向に1又は2以上設
けることができ、この設置に際しては入口穴の内周壁に
突起を形成することによって成すのが好ましい。突起は
相対向する状態で一対段番ノでもよいし、該一対の突起
と位相を賃にする他の一対の突起とから成る二対の突起
により−の絞りを+8成するようにしてもよい。また入
1’l穴の内周壁に第1の突起を形成し、該第1の突起
と1イl相差を右づるとともに入口穴の中心軸方向にり
゛れた位置に第2の突起を形成し、さらに該第2の突起
と位相差を有するとともに入口穴の中心@h向にずれた
位置に第3の突起を形成して、これら第1〜第3の突起
により一の絞りを機成するようにしてもよい。
人1.1穴の絞りの<fる部分以外の部分の断面形状、
及び出口穴の断面形状は、円形、矩形、多角形等のイ[
意の形状にづることができる。断面積は一定であっても
、また変化させてもよい。変化させる揚含番よ、人[I
穴は封止端に向かうに従い徐々に断面(へが減少し、出
口穴は間口端に向かうに従い徐々に断面$i’iが増加
りるようにするのが好ましい。
人[1穴と出口穴とを隔離している隔壁は多孔質であり
、その孔の大きさは20〜30μ稈度が好ましい。
ここで多孔!・1セラミツク侶造休は、前記のようなフ
オーム状セラミックでもよいが押出成形て・作製したハ
ニカム構造のセラミックでもよい。
以下、本発明をさらに具体的に説明すべく、実施例につ
いて詳説する。
〔第1実施例〕 第1図は本発明に係る多孔質セラミック構造体の一実施
例を示すもので、第11図のフィルタ部材4と同様なフ
ィルタ部材41として形成された場合を示してあり、例
えばコージェライトの如き多孔質セラミックスでつくら
れている。第1図(a )は縦断面図、第1図(b)は
第1図(a)の左側面図の左半分を示している。
本第1図の如く入口側に開口端を有する一部の入口穴2
2と出口側に間口端を4−iする一部の出[−J穴23
とが、互いに隔壁24によって分離された状態で形成さ
れている。入口穴22の出口側、及び出口穴23の入口
側は封止壁22a 、23aによってそれぞれ封止され
ている。入口穴22及び出口穴23の断面形状は円形で
、軸方向に向って断面積は一様である。ただし、入口穴
22にはその軸り向の3等分箇所に絞り25.26が設
りられ(いる。これらの絞り25.26は、入口穴22
の内周壁からリング状の突起27を突出Iしめることに
より設【Jである。尚、外周には補強用として円管状の
緻密なセラミック層が設番〕である。
次に、当該フィルタ部材41の製造方法について述べる
。当該フィルタ部材41と相似形状を有して三次元網目
構造を有する有機化合物発泡体にピンミックスラリ−を
含浸させ、前記有機化合物を燃焼してセラミックス体を
得る。づなわら、さらに詳細に説明づるど、先ず第3図
の如き三次元網目構造を有するポリウレタンフt−ム1
00を用意づる。このポリウレタンフォーム100はフ
ィル’j部1141の主体を成すものであって、第1図
と同様に一部のムロ穴122.出口穴123゜VA璧1
24を有づる。第4図のポリウレタンフォーム125は
、第1図の絞り25.26を形成させるためのもので外
径は前記入口穴122と同じ人ささてあり、内部に貫通
孔125aを有する円管状となっている。
前記ポリウレタンフt−ム100,125にセラミック
スラリ−を含浸させる。含浸に使用されるセラミックス
ラリ−の原料は、焼成によりコージェライト組成となる
Mgo、AI 203.SiO2を含む混合粉末あるい
は該混合粉末を加熱してコージェライト系セラミックス
にしこれを粉末化した合成コージェライト粉末、あるい
は両省の混合体にメチルセルロース、ポリビニルアルコ
ール等のバインダ、水を加えたものである。
スラリー含浸したポリウレタンフォーム100の各入口
穴122から、スラリ含浸した他方のポリウレタンフォ
ーム125を所定位置まで押入して、120℃で2時間
乾燥させる。該乾燥後に外周部のみにさらにスラリーを
付着さゼ同様に乾燥させて、1300〜1470℃で1
0時間酸化雰囲気炉で焼成しポリウレタンを除外するこ
とによりフィルタ部材41を得る。
第1図の入口穴22内に矢印方向から排気ガスが流入す
ると、該ガスの一部は絞り25によって乱され該絞り2
5の上流側に位置する隔B!24(三次元絹目構造とな
っている)を介して隣接する出口穴23に至る。また絞
り25を通過したガスの一部は他の絞り26によって乱
され、両絞り25.26間に位置する隔壁24を介して
出口穴23に至る。さらに、絞り26を通過したガスの
一部は該絞り26より下流側に位置する隔壁24を介し
て出口穴23に至る。そして出口穴23に到達したガス
は矢印方向に流出するものであるが、前記M[24を通
過する際にカーボン微粒子が捕集される。
次にフィルタ部材41を、排気ff12.2%ディーゼ
ルエンジンの排気部に装着してカーボン微粒子の捕集実
験を行なったので、その結果について説明する。エンジ
ン条件は2000rl)III(毎分回転数)X6kg
・m (負荷)である。
第5図はエンジンの運転時間に対する捕集効率を示した
もので、本図中にお【プる「比較量」は入口穴内に絞り
を有しない従来タイプのものである。
このように本発明品の捕集効率が上昇するのは、絞りを
入口穴に設けることによって乱流を生じさせ、特に該入
口穴の中心軸方向中央部付近での捕集効率が上昇し全体
とし゛ての捕集効率も上昇プることによる。
第6図は第1図の如き形状の絞りを有するフィルタ部材
41について、その絞りの数を変えた場合の3時間平均
捕集効率を示している。これにより絞りの数にほぼ比例
して捕集効率がよくなることがわかる。絞りの数が5個
以上になると増加傾向が鈍ってくるのは、微粒子の付着
分布状況がかなり改良されてきて飽和に達してきたため
と解される。尚、捕集効率とは、フィルタ部材に入る前
にサンプリングした微粒子mをMとし、フィルタ部材を
通過した後にサンプリングした微粒子をギとした場合の
、((M−N>/M) xi 00の値をいう。そして
3時間平均捕集効率とは、3時間の間に、20分毎に計
測した上記捕集効率の平均値をいう。
〔第2実施例〕 第7図は本発明の第2実施例を示す要部断面図で、フィ
ルタ部材42に設けた一部の人口穴32゜内に、相対向
する一対の突起33から成る較り34をmZj向に複数
個段番ノだ例である。本実施例にJ3ける突起33は、
第7図(b)の如く相対向する直線部33aを有する形
状となっている。
(第3実施例〕 第8図は本発明の第3実施例を示す要部断面図で、フィ
ルタ部材431C設けた一部の入口穴52内に、複数個
の絞り53を設【プた例である。該較り53は、相対向
する第1の一対の突起54と、該突え”J4と90°だ
け位(n差を有し、入口穴52の軸方向にずれた位置に
突設された第2の一対の突起55とから成る。
(第4実施例) 第9図は本発明の第4実施例を示づ要部断面図で、フィ
ルタ部材44に設けた一部の入口穴62内にンシ数個の
絞り63が設置ノられている。咳絞り63は、入口穴6
2の内周壁に突設した第1の突起64と、該011の突
起64と1200の位相差を右し、人1]穴62の中心
軸方向にずれた位置に¥設された第2の突起65と、該
第2の突起65と1206の位相差を有し、入口穴62
の中心軸方向にずれた位置に突設された第3の突起66
とから成っている。本実施例においては絞り63が上記
のような構成であるため入口穴62の入口端62aから
流入する排気ガスは螺旋状に流れ、隔壁67を介して、
図示してない出口穴に流出する。
尚、第2実施例、第3実施例、第4実施例に83ける絞
りの数をそれぞれ6個、3個、2個として、既述の第1
実施例と同じ条件でカーボン微粒子の捕集実験を行なっ
たところ、3時間平均捕集効率がそれぞれ52.4%、
55.8%、54.5%であった。
〔発明の効果〕
このように本発明は、一群の入口穴の各入口穴内に少な
くとも1個の絞りを設ける構成としたため、入1」穴内
に流入プるガス流体は各絞りの部分で撹乱され、カーボ
ン微粒子が隔壁の全長に渡って均一に捕集されるので捕
集効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例を示づものτ゛第1図(a
>Lよフィルタ部(イ41の縦断面図、第1図(b)i
;1.11図(a)のZE!Ql而図、第面図は第1図
のII  IT線矢祝断面図、第3図〜第4図は第1図
のフィルタ部材41の製造方法を示すしので第3図(a
)はポリウレタンフオーム100の平面図、第3図(b
)は第3図(a)の縦断面図、第4図(a)はポリウレ
タンフt−ム125の平面図、第4図(b)は第4図(
a )の縦断面図、第5図は捕集効率を示すグラフ図、
第6図は3時間平均捕集効率を示すグラフ図、第7図は
本発明の第2実施例を示りしので第7図(a )はフィ
ルタ部材/I2の要部断面図、第7図(1))は第7図
(if)の[−L線矢視断面図、第8図は本発明の第3
実施例を示すもので第8図(a)はフィルタ部(イ43
の要部断面図、第8図(b)は第8図(a)のE−F線
矢視断面図、第9図は第4実施例を示づもので第9図(
a )はフィルタ部材44の要部断面図、第9図(b)
は第9図(a )のGGI9矢視n面図、第10図は従
来の微粒子捕集状況を承り全体図、第11図は第10図
のフィルタ部材4を示す斜視図、第12図は従来のフィ
ルタ部材4の付着率を示すグラフ図である。 41.42,43.44・・・フィルタ部材22.32
,52.62・・・入口穴 23・・・出口穴 34.53.63・・・絞り 特許出願人   日本電装株式会?1 代哩人  弁理士  大川 宏 同   弁理士  膝谷 修 同   弁理士  丸山明大 鵡3仁な] 第2図 C55図 運 車へ B4  間(hr) R鰐り費父 (個) 第7(・」    第8扉j  第9契3a 第12図 入口頂−もの8− (cm)

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)軸方向に穿設された一群の入口穴と、該軸方向に
    隔壁をへだてて前記一群の入口穴と隣接する一群の出口
    穴とを有し、前記入口穴は前端が開口で後端が封止され
    、前記出口穴は前端が封止で後端が開口されている多孔
    質セラミック構造体において、 前記入口穴内には少なくとも1個の絞りが設けられてい
    ることを特徴とする多孔質セラミック構造体。
  2. (2)較りは内周壁に設けられた突起である特許請求の
    範囲第1項記載の多孔質セラミック構造体。
  3. (3)突起は相対向する状態で複数個突設されている特
    許請求の範囲第2項記載の多孔質セラミック構造体。
  4. (4)突起は内周壁に固定されたリング状突起である特
    許請求の範囲第2項記載の多孔質セラミック構造体。
  5. (5)突起は相対向する状態で突設された第1の一対の
    突起と、当該入口穴の軸方向にずれた位置に前記第1の
    一対の突起と位相差を有して相対向する状態で突設され
    た第2の一対の突起とから成る特許請求の範囲第2項記
    載の多孔質セラミック構造体。
  6. (6)突起は入口穴の内周壁に突設された第1の突起と
    、該第1の突起と位相差を有するとともに前記入口穴の
    中心軸方向にずれた位置に突設された第2の突起と、該
    第2の突起と位相差を有するとともに前記入口穴の中心
    軸方向にずれた位置に突設された第3の突起とから成る
    特許請求の範囲第2項記載の多孔質セラミック構造体。
  7. (7)セラミックは、連通孔を有する三次元網目構造の
    フォーム状セラミックである特許請求の範囲第1項記載
    の多孔質セラミック構造体。
JP15383684A 1984-07-24 1984-07-24 多孔質セラミツク構造体 Pending JPS6131370A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01304022A (ja) * 1988-05-31 1989-12-07 Ibiden Co Ltd ハニカム状フィルター
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