(57)【要約】【課題】圧損が低く、熱による破損を防止することができ、燃費に優れたディーゼル用排ガスフィルタを提供すること。【解決手段】ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレートを含む排ガス９を浄化する排ガス浄化フィルタ１である。排ガス浄化フィルタ１は、多孔質隔壁２を多角形格子状に配して軸方向に延びる多数のセル１０を形成した基材２０を有する。また、排ガス浄化フィルタ１は、セル１０のうち排ガス９を導入する導入通路１１となるセル１０の下流端と、多孔質隔壁２を通過した排ガス９を排出する排出通路１２となるセルの上流端には、栓材３を配してセル１０を閉塞してなる。排ガス浄化フィルタ１においては、基材２０の多孔質隔壁２の厚さをｔ（ｍｍ）、セルピッチをｐ（ｍｍ）とした場合、０．３５≦ｔ≦０．５１、１．６≦ｐ≦１．８、ｔ／ｐ2≧０．０３の関係にある。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレートを含む排ガスを浄化する排ガス浄化フィルタであって、
多孔質隔壁を多角形格子状に配して軸方向に延びる多数のセルを形成した基材を有し、該基材の上記セルのうち上記排ガスを導入する導入通路となるセルの下流端と、上記多孔質隔壁を通過した排ガスを排出する排出通路となるセルの上流端には、栓材を配して上記セルを閉塞してなり、
上記基材の上記多孔質隔壁の厚さをｔ（ｍｍ）、セルピッチをｐ（ｍｍ）とした場合、
０．３５≦ｔ≦０．５１、１．６≦ｐ≦１．８、ｔ／ｐ2≧０．０３の関係にあることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
【請求項２】
請求項１において、上記ｔ及び上記ｐは、ｔ／ｐ2≧０．１４の関係にあることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記排ガス浄化フィルタの上記基材は、コーディエライトからなることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において、上記基材には、酸化触媒または／およびＮＯｘ還元触媒が担持されていることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項において、上記基材は、該基材に生じた熱量が１秒間に軸方向に１ｍｍ伝わる速度であるエネルギー拡散速度が０．０１ｃａｌ／ｓ以上であることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンから排出される排ガス中のパティキュレートを捕集して排ガスの浄化を行なう排ガス浄化フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関から排出される排ガス中のパティキュレート（ＰＭ、Particulate Matter）を捕集して排ガスの浄化を行なう排ガス浄化フィルタがある。
該排ガス浄化フィルタは、内燃機関から排出されるパティキュレートを含む排ガスを導入する導入通路となるセルと、上記パティキュレートを捕集する多孔質隔壁と、上記パティキュレートが除去された後の排ガスを排出する排出通路となるセルを備えたハニカム状の基材を有するものである（特許文献１参照）。
【０００３】
また、上記導入通路となるセルの下流端と、排出通路となるセルの上流端とは栓部材によって閉塞されるのが一般的である。
そして、この基材を備えた排ガス浄化フィルタを用いて排ガスを浄化する際には、上記導入通路となるセルに浸入した排ガスが、上記多孔質隔壁を通過して隣のセルよりなる排出通路に移動する。このとき、上記排ガス中のパティキュレートが上記多孔質隔壁に捕集され、排ガスが浄化される。
上記排ガス浄化フィルタに捕集されたパティキュレートは、定期的に燃焼除去される。そして、これにより、上記多孔質隔壁の捕集機能は再生する。なお、燃焼除去方法としては、排ガス浄化フィルタの基材に担持させた触媒の作用を利用するもの、上流側で定期的に熱を発生させるもの、両者を併用するものなど様々な方法が提案されている。
【０００４】
このような排ガス浄化フィルタにおいては、捕集されたパティキュレートの量が多くなると、基材の細孔が塞がれて、背圧が増加してエンジンの出力を低下させてしまうおそれがある。これを回避するため、上記のごとく定期的に燃焼除去を行う必要があるが、燃焼回数を増やすと燃費が低下するおそれがある。
したがって、排ガス浄化フィルタとしては、圧損が小さくエンジンの背圧の増加を抑制することができると共に、一定時間あたりの燃焼回数を低減できるものが望まれている。
従来、圧損を低減できる排ガス浄化フィルタとしては、例えばセル壁厚、セルピッチ、セル壁で囲まれる断面積、セル壁間の内寸、及びフィルタ表面積を特定の範囲に選択した多孔質セラミックハニカム構造体が開発されている（特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、排ガス浄化フィルタの基材として例えばコーディエライト等からなる基材を用いる場合には、その耐熱性が低いため、捕集されたパティキュレートを多量に燃焼除去しようとすると基材の温度が過度に上昇し、基材が破損してしまうおそれがあった。また、破損を回避するためには、燃焼回数を増やして捕集されたパティキュレートをこまめに燃焼し、基材の温度上昇を抑制する必要があるが、燃焼回数を増やすと、上述のごとく燃費が低下するという弊害があった。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２３９３２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、圧損が低く、熱による破損を防止することができ、燃費に優れたディーゼル用排ガスフィルタを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレートを含む排ガスを浄化する排ガス浄化フィルタであって、
多孔質隔壁を多角形格子状に配して軸方向に延びる多数のセルを形成した基材を有し、該基材の上記セルのうち上記排ガスを導入する導入通路となるセルの下流端と、上記多孔質隔壁を通過した排ガスを排出する排出通路となるセルの上流端には、栓材を配して上記セルを閉塞してなり、
上記基材の上記多孔質隔壁の厚さをｔ（ｍｍ）、セルピッチをｐ（ｍｍ）とした場合、
０．３５≦ｔ≦０．５１、１．６≦ｐ≦１．８、ｔ／ｐ2≧０．０３の関係にあることを特徴とする排ガス浄化フィルタにある（請求項１）。
【０００９】
本発明の排ガス浄化フィルタにおいては、上記基材構成を有すると共に、上記多孔質隔壁の厚さｔ及びセルピッチｐが、０．３５≦ｔ≦０．５１、１．６≦ｐ≦１．８、ｔ／ｐ2≧０．０３という関係にある。
そのため、上記排ガス浄化フィルタにおいては、従来よりも圧損（圧力損失）を低くすることができる。それ故、パティキュレートの燃焼除去までに、より多くのパティキュレートを捕集させることができる。さらに、上記排ガス浄化フィルタにおいては、上記基材の熱伝導度が高くなり、熱容量が低くなる。そのため、熱放出速度を向上させることができる。その結果、パティキュレートを従来よりも多量に捕集させて燃焼除去しても、上記基材が熱を充分に放出できる。そのため、熱による基材の破損を抑制することができると共に、一定時間あたりの燃焼除去回数を従来よりも減らすことができるため燃費を向上させることができる。
【００１０】
このように、上記排ガス浄化フィルタにおいては、上記多孔質隔壁の厚さｔ及びセルピッチｐが、０．３５≦ｔ≦０．５１、１．６≦ｐ≦１．８、及びｔ／ｐ2≧０．０３という特定の関係を満足することにより、上記基材の圧損、熱伝導度及び熱容量のバランスをディーゼルエンジンの排ガス浄化フィルタに最適なものにすることができる。その結果、パティキュレートの燃焼除去までにより多くのパティキュレートを捕集させることができ、圧損を低くすることができる。そのため、燃費を向上させることができる。
【００１１】
以上のごとく、本発明によれば、圧損が低く、熱による破損を防止することができ、燃費に優れたディーゼル用排ガスフィルタを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、本発明の実施の形態について説明する。
上記排ガス浄化フィルタにおいては、上記基材の多孔質隔壁の厚さをｔ（ｍｍ）、セルピッチをｐ（ｍｍ）とした場合、０．３５≦ｔ≦０．５１、１．６≦ｐ≦１．８、ｔ／ｐ2≧０．０３の関係にある。
【００１３】
ｔが０．３５未満の場合には、圧損を低下させることができる反面、熱伝導度が低下して耐熱性が劣化するおそれがある。一方、ｔが０．５１を越える場合には、圧損が増大し易くなるおそれがある。
また、ｐが１．６未満の場合には、圧損が厚さｔに影響を受け易くなり、圧損を充分に低下させることが困難になるおそれがある。一方、ｐが１．８を越える場合には、上記基材の熱放出速度が小さくなり易く、上記パティキュレートの燃焼除去の際に、上記基材が破損し易くなるおそれがある。
ｔ／ｐ2が０．０３未満の場合には、上記基材の熱放出速度が小さくなり易く、上記パティキュレートの燃焼除去の際に、上記基材が破損し易くなるおそれがある。より好ましくは、上記ｔ及び上記ｐは、ｔ／ｐ2≧０．１４の関係にあることがよい（請求項２）。
【００１４】
また、上記排ガス浄化フィルタの上記基材は、コーディエライトからなることが好ましい（請求項３）。
この場合には、熱による破損を防止することができ、燃費に優れるという本発明の上記作用効果をより顕著に発揮することができる。
即ち、上記基材としては、現在のところＳｉＣを用いるのが主流であるが、これに比べてコーディエライトは耐熱性が低い。そのため、上記基材に捕集したパティキュレートを燃焼除去する際に基材の温度が過度に上昇し、基材が破損してしまうおそれがある。しかし、本発明の排ガス浄化フィルタにおいては、上述のごとく多孔質隔壁の厚さｔ（ｍｍ）及びセルピッチｐ（ｍｍ）が特定の関係を有している。そのため、熱放出速度が高く、基材の破損を抑制することができると共に、一定時間あたりの燃焼除去回数を従来よりも減らすことができるため燃費を向上させることができる。この効果は、排ガス浄化フィルタの基材として、比較的耐熱性が低いコーディエライトからなる基材を採用したときにより顕著なものになる。
また、コーディエライトを採用することによって、ＳｉＣの場合よりもコストを低くすることもできる。
【００１５】
また、上記基材には、酸化触媒または／およびＮＯｘ還元触媒が担持されていることが好ましい（請求項４）。
この場合には、パティキュレートを捕獲するだけでなく、担持した触媒の触媒作用によって排ガスの浄化も行うことができる。また、酸化触媒の存在によって、パティキュレートの燃焼を促進させることができる。
具体的な酸化触媒の成分としては、Ｐｔ、Ｐｄ等がある。また、ＮＯｘ（窒素酸化物）還元触媒の成分としては、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｂａ、Ｋ等がある。好ましくは、上記酸化触媒とＮＯｘ還元触媒の両方を上記基材に担持させるのがよい。
【００１６】
また、上記基材は、該基材に生じた熱量が１秒間に軸方向に１ｍｍ伝わる速度であるエネルギー拡散速度が０．０１ｃａｌ／ｓ以上であることが好ましい（請求項５）。
エネルギー拡散速度が０．０１ｃａｌ／ｓ未満の場合には、熱伝導性が低下するおそれがある。そのため、パティキュレートの燃焼除去の際に基材が破損するおそれがある。また、この起こりうる破損を抑制するために、一定時間あたりの燃焼除去回数を増やすと、燃費が低下するおそれがある。
【実施例】
【００１７】
（実施例１）
次に、本発明の排ガス浄化フィルタの実施例につき、図１〜図３を用いて説明する。
本例においては、隔壁の厚みｔ及びセルピッチｐを変えて複数の排ガス浄化フィルタを作製し、これらの圧損及びエネルギー伝達速度を比較検討する。
図１及び図２に示すごとく、本例の排ガス浄化フィルタは、ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレートを含む排ガス９を浄化する排ガス浄化フィルタ１である。
【００１８】
排ガス浄化フィルタ１は、同図に示すごとく、多孔質隔壁２を多角形格子状に配して軸方向に延びる多数のセル１０を形成した基材２０を有している。また、基材２０のセル１０のうち排ガス９を導入する導入通路１１となるセル１０の下流端と、多孔質隔壁２を通過した排ガス９を排出する排出通路１２となるセル１０の上流端には、栓材３を配してセル１０を閉塞してある。
以下、これを詳説する。
【００１９】
図１、図２に示すごとく、本例の排ガス浄化フィルタ１の基材２０は、四角形状のセル１０を多数有し、外形が円筒形状を呈するハニカム構造体であり、コーディエライトより構成されている。具体的サイズとしては、直径１４４ｍｍ、長さ１５２ｍｍを採用した。そして、多数のセル１０のうち、隣り合うセルが交互に導入通路１１および排出通路１２となるように、導入通路１１の下流端と排出通路１２の上流端にそれぞれ栓材３を配してある。両端面から見ると、それぞれ、いわゆる市松模様状に栓材３が配された状態となる。
【００２０】
次に、上記排ガス浄化フィルタ１の製造方法について説明する。
まず、基材２０の原料を押出成形してハニカム成形体を作製する。原料としては、化学組成が重量比にて最終的にＳｉＯ2：４５〜５５％、Ａｌ2Ｏ3：３３〜４２％、ＭｇＯ：１２〜１８％よりなるコーディエライトとなるように調整したものを用いた。具体的には、タルク、溶融シリカ、水酸化アルミニウムを含むセラミック原料に、有機可燃物としての発泡剤及びカーボンと水とを加えて混練したものを用いた。
【００２１】
押出成形は、四角形格子状のスリット溝を有する金型を用いて行った。そして押出成形したハニカム成形体を所望長さに切断し、乾燥・焼成することにより、栓のしていない基材２０を得た。
【００２２】
次に、本例では、上記基材２０の上記セル１０のうち、排ガス９を導入する導入通路１１となるセル１０の下流端と、多孔質隔壁２を通過した排ガス９を排出する排出通路１２となるセル１０の上流端に栓材３を配設した。その後、栓材３を配した基材２０を焼成した。このようにして、多孔質壁の厚さｔ＝０．２０３ｍｍ、セルピッチｐ＝２．５４ｍｍの基材２０を得た。その後、基材２０に、アルミナを介して酸化触媒を担持させることにより、排ガス浄化フィルタ１を得た。
なお、本例においては、上記１回目の焼成の後に栓材を配設しているが、栓材の配設は、基材２０の１回目の焼成前に変更することができる。この場合には、焼成の回数を減らすことも可能となる。
【００２３】
また、本例においては、さらに多孔質壁の厚さｔ及びセルピッチｐが異なる複数の排ガス浄化フィルタを作製した。これらの排ガス浄化フィルタは、金型を変更して所望の多孔質隔壁の厚さ及びセルピッチに調整した点を除いては、上述の排ガス浄化フィルタ（ｔ＝０．２０３ｍｍ、ｐ＝２．５４ｍｍ）の製造方法と同様にして作製した。そして、これらの多孔質壁及びセルピッチの異なる複数の排ガス浄化フィルタについて、以下のようにして圧損、２０Ｒ−１３熱容量、及びエネルギー拡散速度を測定した。
なお、２０Ｒ−１３熱容量とは、フィルタ容積２．０Ｌ、端面方向のフィルタ面積１３０ｃｍ2のフィルタ重量のことである。
【００２４】
「圧損比」
まず、基準となる排ガス浄化フィルタ（多孔質壁の厚さｔ＝０．２７ｍｍ、セルピッチ３００メッシュ（ｐ＝１．４６ｍｍに相当）のもの）の圧損を測定した。
即ち、この排ガス浄化フィルタを用いて、２０００ｃｃディーゼルエンジンの排ガスを一定条件下で浄化し、このときの排ガス浄化フィルタの上流と下流の差圧を測定して圧損を求めた。エンジン回転数は１８５０ｒｐｍ、エンジントルク５０Ｎｍ、排ガス流量３５０ｍ3／ｈ、堆積させるスス（パティキュレート）は１０ｇ／Ｌの条件とした。
次いで、その他の排ガス浄化フィルタについても同様にして圧損を測定し、上述の基準となる排ガス浄化フィルタに対する比を算出した。
【００２５】
「２０Ｒ−１３熱容量」
フィルタ容積２．０Ｌ、端面方向のフィルタ面積１３０ｃｍ2を用意して、その重量を測定した。
【００２６】
上記圧損比及び２０Ｒ−１３熱容量の結果を図３に示す。
図３においては、左側の縦軸は基準となる排ガス浄化フィルタの圧損に対する各排ガス浄化フィルタの圧損比を示す。また、右側の縦軸は、各排ガス浄化フィルタのセルピッチ（メッシュ）を示す。横軸は、２０Ｒ−１３熱容量（ｇ）を示す。また、多孔質隔壁の厚みをプロットする点の種類を変えて示す。
【００２７】
「エネルギー拡散速度」
エネルギー拡散速度（ｃａｌ／ｓ）は、排ガス浄化フィルタに発生した熱量が１秒間にどれだけ分散するかを示す指標のことである。
その測定にあたっては、まず、各排ガス浄化フィルタの熱伝導度（Ｗ／ｍＫ）を測定し、これを単位換算してエネルギー拡散速度（ｃａｌ／ｓ）を算出できる。その結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】
2006205060.tif 000003
【００２９】
図３より知られるごとく、圧損及び熱容量を小さくするためには、多孔質隔壁の厚さｔを小さくし、セルピッチｐを大きくすることが有効であることがわかる。
また、表１より知られるごとく、エネルギー拡散速度（熱伝導度）を向上させるためには、多孔質隔壁厚さｔを大きくし、セルピッチが小さいことが効果的であることがわかる。
【００３０】
さらに具体的には、多孔質隔壁の厚さｔについては、ｔを小さくすると圧力損失及び熱容量を低減できるが、エネルギー拡散速度が低下してしまうことがわかる。逆に、ｔを大きくするとエネルギー拡散速度を向上させることができるが、圧力損失及び熱容量が大きくなってしまう。また、セルピッチｐについては、ｐを小さくするとエネルギー拡散速度を向上できるが、圧力損失及び熱容量が大きくなってしまうことがわかる。逆に、ｐを大きくすると圧力損失及び熱容量を低減できるが、エネルギー拡散速度が低下してしまう。
【００３１】
このように、多孔質隔壁厚さｔ及びセルピッチｐは、いずれも圧力損失、熱容量及びエネルギー拡散速度に影響を及ぼす。ところが、圧力損失又はエネルギー拡散速度のいずれか一方を向上させるように多孔質隔壁厚さｔとセルピッチｐとを設定すると、他方が悪くなる傾向にある。
そこで、図３及び表１より知られるごとくｔ及びｐと圧力損失、熱容量及びエネルギー拡散速度との関係を考えると、多孔質隔壁厚さｔとセルピッチｐとが、０．３５≦ｔ≦０．５１、１．６≦ｐ≦１．８、ｔ／ｐ2≧０．０３という関係を満足するとき、圧力損失、熱容量及びエネルギー拡散速度をディーゼルエンジンの排ガス浄化フィルタとして充分に優れたレベルまで向上できることがわかった。
【００３２】
以上のごとく、多孔質隔壁厚さｔとセルピッチｐとが、０．３５≦ｔ≦０．５１、１．６≦ｐ≦１．８、ｔ／ｐ2≧０．０３という関係を満足する排ガス浄化フィルタ１は、従来よりも圧損（圧力損失）を低くすることができる。そのため、パティキュレートの燃焼除去までに、より多くのパティキュレートを捕集させることができる。また、基材の熱伝導度が高くなり熱容量が低くなるため、エネルギー拡散速度を向上させることができる。その結果、パティキュレートを従来よりも多量に捕集させて燃焼除去しても、基材２０が熱を充分に放出することができるため、熱による基材２０の破損を抑制することができると共に、一定時間あたりの燃焼除去回数を従来よりも減らすことができるため、燃費を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施例１における、排ガス浄化フィルタを端面から見た説明図。
【図２】実施例１における、排ガス浄化フィルタの断面図（図１のＸ−Ｘ線矢視断面。
【図３】実施例１における、多孔質隔壁の厚さｔ及びセルピッチｐと、圧損及び熱容量との関係を示す説明図。
【符号の説明】
【００３４】
１  排ガス浄化フィルタ
１０  セル
１１  導入通路
１２  排出通路
２  多孔質隔壁
２０  基材
３  栓材
【図１】
2006205060.tif 000004
【図２】
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【図３】
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