JPS6365114A - 内燃機関の排気物除去フイルタ− - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内燃機関、特にディーゼルエンジンから排出
される炭素を主成分とする微粒子を燃焼させる機能を有
するディーゼルエンジンの排気物除去フィルターに関す
る。

〔従来の技術〕

ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる微粒子物は
、主として炭素であり、この排気微粒子物を効率良（除
去する技術が強く望まれている。

従来、これらの排気微粒子物を除去する方法としては、
次のような物がある。

セラミックフオームのような耐熱性フィルター材料によ
って排気微粒子を捕集し、フィルターが目詰まりすると
、エンジン回転数を上昇させるなどして排気温度を上げ
微粒子を燃焼し、フィルターを再生する方法や、捕集装
置を二つ設け、片方が目詰まりすれば排気ガスの流れを
他方に切り替え、同時に目詰まりを起こした方は、電熱
線で点火し、捕集された微粒子を焼却して、捕集装置を
再生する方法が提案されている。しかし、これらの方法
では、燃焼が不完全であったり、燃焼熱が大きい為に、
フィルターが溶融の為に破壊されたり、また、排圧が上
昇するなどの欠点があった。

このような欠点を改良するものとしては、例えば、特開
昭５７−１６３１１２には、セラミックフオームフィル
ター中に電極となる金属メツシュを設け、炭素粒子がフ
ィルター中に堆積すると、堆積炭素層を通してｉｉ１電
し、炭素を発熱させて燃焼させる方法が提案されている
。しかしこのような方法においても、炭素の堆積による
エンジン排圧の上昇は完全には解決されでいない。また
、従来のフオーム状セラミックス等では局部的な加熱に
より、セラミック自身・発熱体の寸法変化を吸収出来な
いので、亀裂を生じたり・破壊するなどの問題も完全に
は解決されていない。更に、フオーム状セラミックある
いはハニカムセラミックス等では、セラミック自身の加
熱に時間が掛かり、発熱体に大きなエネルギーを必要と
するという問題がある。

〔本発明が解決しようとする問題点〕

本発明の特別の目的は、前記従来技術の問題点を解決し
、優れた性能を有するディーゼルエンジンの排気微粒子
物の除去フィルターを提供するものである。更に詳しく
言えば、従来の除去フィルターは、炭素微粒子を捕集し
、ある程度堆積させた後に該炭素微粒子を燃焼させる為
に種々の問題が生じる訳であり、本発明は、このような
従来技術の欠点に鑑み、炭素微粒子の捕捉と同時に堆積
させずに、該炭素微粒子を燃焼できるディーゼルエンジ
ンの除去フィルターを提供するものである。

〔問題点を解決する手段〕

本発明は、繊維径が１μｍ〜３ｍｍであるセラミック繊
維構造体と発熱体が積層されて一体となった複合構造体
であることを特徴とする内燃機関の排気物、特にディー
ゼルエンジンの排気微粒子物除去フィルターである。

本発明で言うセラミック繊維構造体とは、その組成が、
ＢｅＯ，ＭｇＯ＋ＣａＯ，ＳｒＯ，ＢａＯ，５ｃｚＯｒ
、ＶｚＯｔ、ＬａｚＯ８゜ＣｅｔＯｓ、　Ｔｉ１ｔ　＋
　Ｚｒ０ｚ　＋　Ｈｆ０ｚ　、　Ｖ　２０５．　Ｎｂｚ
Ｏｓ　＋　ＴａｚＯｓ　＋　Ｃｒｚ（ｈ　＋ＳｉＯｘ、
　ＭｏＯ３＋　ＷＯｓ、　ＭｎＯ３＋　Ｆｅｔ０３．　
ＣｏＯ３，Ｎ　ｉＯ，Ｎ１ｚＯ：＋、　Ｃｕｂ。

ＺｎＯ，Ａｌ２Ｏ：ｌ、　Ｇａｚ０３＋　５ｎＯｚ＋　
Ｐ　ｂＯ，５ｂｔＯｘ、　Ｐ　ｔｏｚ、Ｔｈｏ、、　ｔ
ｌｏ：ｌ　。

Ｐｕｐｓ等の酸化物から選ばれる一種以上の成分、ある
いは、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化チタン等の窒
化物、炭化珪素等の炭化物等から選ばれる一種以上の成
分のいずれであっても良いし、また、酸化物・窒化物・
炭化物の内の二種以上の混合体からなるセラミック繊維
構造体で構成される構造体であっても良い。該セラミッ
ク繊維構造体のセラミック繊維の含量は概ね５０重量％
が望ましい。５０％未満においては、セラミック繊維構
造体としての特質が失われてしまう。

該セラミック繊維の直径は１μｍ〜３鰭である。

本発明においては、炭素微粒子の捕捉性能からは該セラ
ミック繊維の直径は細ければ細いほど捕集性能が向上す
るが、構造体の強度から見ると１μｍ以下の繊維直径で
は繊維自身の強度及び構造体の強度が排気ガス圧力・装
着後の振動などによって破壊されるなど問題となる。フ
ィルターへの炭素微粒子の堆積による圧力損失の増加は
、エンジンへの排気抵抗が大きくなり出力の低下が著し
くなる。逆に繊維直径が大きくなると圧力損失・強度は
向上するが、しかし、炭素微粒子の捕捉性能が低下する
。構造的に繊維直径が３鰭より太くなると本発明の目的
とする捕集性能よりも低下するので好ましくない。

該セラミック繊維は、短繊維状あるいは長繊維状のいず
れでも良い。該セラミック繊維構造体は、該セラミック
繊維が短繊維にあっては、短繊維不織布状、あるいは紙
状のものがあり、更に該セラミック短繊維が紡績糸の様
に糸状物となったものにあっては、セラミック繊維構造
体が織物構造を有するもの、編物構造を有するもののい
ずれでも良い。また、該セラミック繊維が長繊維状のも
のにあっても、該セラミック構造体は織物構造を有する
もの、編物構造を有するもの、パイルのような立体構造
を有するもの等があげられる。さらにこのようなセラミ
ック繊維構造体に、セラミック質材料を含浸し、焼成し
たものも用いることができる。また、炭素の燃焼に有効
な触媒等を担持させることもできる。

本発明に言う発熱体には、例えば、ニッケル／クロム合
金、ニッケル／クロム／鉄合金、鉄／クロム／アルミニ
ウム合金、二珪化モリブデン、炭化珪素、炭化タングス
テン、タングステン、白金等の線材が用いられるが、特
にこれらに限定されるものではな（、耐熱性が概ね８０
０℃以上ある発熱体であれば良い。更に本発明において
は、セラミック繊維自身が、発熱体の場合も包含するも
のであり、この場合、本発明のフィルターの全部又は一
部が該セラミック繊維によって構成される。

セラミック繊維自身が発熱体である例と、′−ては、従
来から知られている炭化珪素・４　珪化モリブデン・ラ
ンタンクロメート等の発熱体素材であれば良＜、ｉｎ−
素材あるいは複合化されていても良い。

本発明においては、セラミック繊維構造体は、発熱体と
積層されて一体となったものである。この場合、発熱体
は少なくとも一層以上、セラミック繊維構造体は、二層
以上を積層することが好ましい。積層の方法はセラミッ
ク繊維構造体の間にはさみ込むようにして、それぞれを
マウントに固定して一体化する方法、セラミック繊維構
造体の間に発熱体をはさみ、焼成することによって、セ
ラミック繊維構造体の間を結合し、発熱体をセラミック
繊維構造体中に固定して一体化する方法があり、特に後
者が好ましい。後者の場合、二層のセラミック構造体の
接合の為に、セラミックバインダー等を使用することが
できる。更にこのようにして一体化された複合体に、従
来から知られている方法で触媒を担持させることも可能
である。

本発明におけるセラミック繊維構造体と発熱体が一体と
なった複合体は、排気ガスの流通方向にたいして、発熱
体の存在する面がどのような状態にあっても差し支えな
いが、通常は、直角又は平行になるようにして用いられ
る。さらに、発熱体の一層目の配列方向と二層目の発熱
体の配列方向が交差する方向で有っても構わない。

本発明の内燃機関の排気物除去フィルターを用いるのに
際して、発熱体への通電方法について特に限定するもの
でないが、例えば、フィルターの適切な箇所に温度セン
サーを設置しておき、炭素等の燃焼に適した温度に保持
するよう、通電量を制御することもできる。

〔発明の効果〕

本発明によるディーゼルエンジンの排気物除去フィルタ
ーは、発熱体がセラミック繊維構造体と一体化しており
、しかもそれらが積層された構造となっている。発熱体
に電気を流すことによって、発熱体が発熱し、発熱体近
傍のセラミック迅維が極めて容易に加熱される。例えば
、フオーム状セラミンクあるいはハニカムセラミックス
等では、本発明のような繊維形態でないためにセラミッ
ク自身の加熱に時間が掛かり、発熱体に大きなエネルギ
ーを必要とする。更に、発熱体の発熱によって、本発明
※の繊維構造体であればセラミック自身・発熱体の寸法
変化を吸収することができるが、従来のフオーム状セラ
ミックス等では局部的な加熱により、セラミック自身・
発熱体の寸法変化を吸収出来ず、亀裂を生じたり・破壊
するなどの問題点がある。排気ガス中の炭素微粒子が、
この加熱されたセラミック繊維層に捕捉されると同時に
炭素は燃焼除去される。本発明では、フィルターが繊維
で構成されている為に炭素粒子との接触回数が従来のフ
オーム状セラミックスに比べ非常に多く燃焼が容易であ
る。このように、本発明のディーゼルエンジンの排気物
除去フィルターは従来のような炭素微粒子の堆積がなく
、従って排圧の上昇によるエンジン性能の低下がなく、
かつ堆積炭素微粒子の燃焼による局部的なフィルターの
溶融等によるフィルターの破損等の問題が完全に解決さ
れるものである。

更に本発明の排気物除去フィルターは、ディーゼルエン
ジンのみならず、ガソリンエンジン排気ガス中の炭素微
粒子・炭化水素の除去にも非常に効果があるものである
。

〔実施例〕

以下実施例によって説明する。

実施例１ シリカ・アルミナ系のセラミック繊維（繊維径１７μｍ
住友化学社製）を４０重量部秤量し、カッターで繊維長
を９１にした後、１０００重量部の水に分散させた。こ
れに酸化リチウム・マグネシア・シリカあるいは、アル
ミナ等を含む粒子成分８重量部を混入し、酢酸ビニルエ
マルジョン、ポリビニルアルコールを少量加えた後、澱
粉溶液を２００重量部加えることにより、凝集せしめ、
更に３００００重量部に希釈した。このようにして得ら
れるスラリーを長編抄紙機を用いて抄紙し、ペーパーシ
ートとした。（目付５０　ｇ　／　ｍ）　３ｇペーパー
シ一トを五枚重ね、これに、鉄／クロム／アルミニウム
合金発熱体′＃ｌＡ（繊維径０．６　ａｍカンタル・ガ
ブリウス社製）をｌＯ１間隔に並べてはさみこみ、巻き
とって円柱状とし、１２５０℃にて焼成した。（外径ｌ
Ｑｃｍ内径５ｃｍ長さ１０ｃｍ） 該フィルターをいすず自動車装のディーゼルエンジン（
１９５１ｃｃ）の排気ガス管に装着し、フィルタ一温度
を５５０℃になるように発熱体線を加熱し、７ＱＯｒｐ
ｍでエンジンを運転し、始動時と一時間運転時の圧力損
失及び排気ガスの色について検討した。

実施例２ シリカ・アルミナ系のセラミック繊維（繊維径１７μｍ
住友化学社製）を用いたセラミック繊維織物（目付２５
６ｇ／ｎ？）を３枚重ね、鉄／クロム／アルミニウム合
金発熱体線（繊維径１１−カンタル・ガブリウス社製）
を１５ｍＩＩ間隔に並べてはさみ込み巻きとって円柱状
とした。（外径１０Ｃ１１、内径５ｃ１ｍ、長さ１０ｃ
＋ｎ） 該フィルターを用いて実施例１と同様にして排気ガスを
通した。

実施例３ セラミック繊維構造体の繊維直径が、０．５μｍ・１、
ｕｍ−１０ｃｒｍｉ００　Ａ！ｍ・５００　ｕｍ−１ｍ
ｍ−３謙鴫・５庫喝になるレーヨン糸ヲモちいて、５Ｇ
Ｇの横編機でゴム編地を編成した。この編物を水で膨潤
させ、２．８　ｍｏｌ／ｌの塩化アルミニウム水溶液に
室温で５０時間浸漬し、編地を取り出して、遠心脱水機
で５分間脱水し、過剰の溶液を除去した。

ついで、この編地を室温より４００℃まで５０時間で熱
処理し、有機物を除去した。ついで８００℃で５時間熱
処理し、酸化アルミニウム繊維からなる編物繊維構造体
を得た。この編地を乳酸アルミニウムと二酸化珪素の混
合体（Ａｌｔｏｓ／５ｉ０２／乳酸として２６．５％／
１２％／２７％を含む）の１０重量％白濁水溶液（乳酸
アルミニウムは、水に溶解する・Ｓｉｎｇは、水に微分
散している。）に浸漬し、ろ紙で過剰の溶液を除去した
。この編地を乾燥し、４枚重ねて、これに、鉄／クロム
／アルミニウム合金発熱体線（繊維径１重−カンタル・
ガブリウス社製）を１５１ｍ間隔に並べてはさみ込み１
４００℃で５時間焼成した。得られたセラミック繊維と
発熱体線の複合体を重ねあわせるようにして、断面積７
５ｃａｌ、長さｌＱｃｍのフィルターを作成した。該フ
ィルターを実施例１と同様にして排気ガスを通した。

比較例１，２．３ 実施例１，２．３と同じ製法で、但し発熱体線を取り除
いたフィルターに、実施例で用いた発熱体線を同じ長さ
でフィルター前方に装着し、実施例１と同様にして実施
例と同じ電力を供給して、排気ガスを通した。

比較例４ １平方インチ当たり３０個の穴のあるセラミックフオー
ム（ブリジストン社製）を厚み５鰭・１０ｃｍ四方の大
きさに調整し、直径０．６龍の鉄／クロム／アルミニウ
ム合金発熱体線（繊維径０．６龍カンタル・ガブリウス
社製）を５鰭間隔で、セラミックフオームの面に接触し
て平行に並んだ状態でセラミックフオーム層間にはさみ
込み、セラミックフオーム四層と発熱体線層三層で形成
される微粒子除去フィルターを作成した。

該フィルターを実施例１と同様にして排気ガスを通した
。

第−表に実施例１〜３と比較例の結果を示した。

第−表から明らかなように、本発明の効果は、実施例の
フィルターが一時間後の圧力損失が増加しないのに比べ
、比較例では、非常に圧力損失の増加が、大きい。実施
例１〜３においては、排気ガス中の炭素微粒子は、はと
んど認められなかった。

比較例４は、圧力損失はそれほど増加しなかったが、フ
ィルター通過後の排気ガス中に多量の炭素微粒子が認め
られた。尚、実施例３としては、セラミック繊維直径が
１０μｍのものを用いた。

第二表に実施例３の結果を示した。繊維直径が０．５μ
ｍでは、繊維及び構造体としての強度が弱く、排気ガス
測定後の外観が測定前に比べ、一部亀裂を生じていたり
、破壊していたりした。また、繊維直径が５１−のもの
は、排気ガス中に多量に炭素微粒子を含んでいた。

第−表 第二表　実施例３

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 繊維径が１μｍ〜３ｍｍであるセラミック繊維構造体と
   発熱体が積層されて一体となった複合構造物であること
   を特徴とする内燃機関の排気物除去フィルター。