(57)【要約】【課題】排ガス浄化フィルタの上流端にパティキュレートが堆積する不具合を抑制することができる排ガス浄化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を浄化する排ガス浄化フィルタである。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を有し、基材２０のセル１０のうち排ガス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を閉塞してなる。基材２０の軸方向上流端から所定の領域である前端部領域２１の気孔率をＡ（％）、前端部領域２１以外の気孔率をＢ（％）とした場合、Ａ＜Ｂの関係にある。Ａ及びＢは、Ａ＜０．７７Ｂの関係にあることが好ましい。【選択図】図２
2006170121.tif 000002
【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、
上記基材の軸方向上流端から所定の領域である前端部領域の気孔率をＡ（％）、上記前端部領域以外の気孔率をＢ（％）とした場合、Ａ＜Ｂ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Ａ及び上記Ｂは、Ａ＜０．７７Ｂ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、上記前端部領域は、上記軸方向上流端から５０ｍｍ以下の領域であ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又は２において、上記前端部領域は、上記軸方向上流端から３０ｍｍ以下の領域であ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１項において、上記基材はコーディエライトよりなることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１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７】
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を製造する方法であって、
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てなる焼成済みの基材の軸方向上流端から所定の領域である前端部領域に、上記基材の気孔を埋める原料を含有した原料液を浸透させる浸透工程と、
上記原料液を浸透させた上記基材を焼成する再焼成工程とを行うことにより、
上記基材の上記前端部領域の気孔率をＡ（％）、上記前端部領域以外の気孔率をＢ（％）とした場合、Ａ＜Ｂの関係とすることを特徴とする排ガス浄化フィルタの製造方法。
【請求項８】
請求項７において、上記基材はコーディエライトよりなることを特徴とする排ガス浄化フィルタの製造方法。
【請求項９】
請求項８において、上記原料液は、コーディエライトとなる成分を含有してなるスラリーであることを特徴とする排ガス浄化フィルタの製造方法。
【請求項１０】
請求項８において、上記原料液は、シリカゲルを含有する水溶液であることを特徴とする排ガス浄化フィルタの製造方法。
【請求項１１】
請求項７〜９のいずれか１項において、上記基材を作製するに当たっては、焼成済み又は未焼成の上記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栓材を配設する栓材配設工程と、栓材を配した上記基材を焼成する焼成工程とを行うことを特徴とする排ガス浄化フィルタの製造方法。
【請求項１２】
請求項７〜９のいずれか１項において、上記基材を作製するに当たっては、栓材を配設することなく上記基材を焼成する焼成工程を行い、上記浸透工程及び上記再焼成工程とを行った後に、上記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栓材を配設する栓材配設工程と、栓材を配した上記基材を焼成する第３の焼成工程とを行うことを特徴とする排ガス浄化フィルタの製造方法。
【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】
ところで、上記排ガス浄化フィルタの上流端側には、排ガス中のパティキュレートが燃焼することなく堆積し、導入通路の開口部を閉塞又は狭くしてしまうという不具合が生じる場合がある。この原因は、次のように考えられる。即ち、上記排ガス浄化フィルタの基材には、通常触媒が担持される。この触媒の作用により、排ガスの温度が上昇するので、排ガス浄化フィルタの下流端に近づくほど排ガスの温度は高くなり、蓄積されたパティキュレートが燃焼しやすくなる。一方、排ガス浄化フィルタの上流端近傍の排ガスの温度は、未だ昇温されていない。そのため、上流端近傍の温度が燃焼に必要な温度まで上がらない場合がある。それ故に上流端近傍にパティキュレートが燃焼しきらずに堆積することがあると考えられる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−９６１１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、排ガス浄化フィルタの上流端にパティキュレートが堆積する不具合を抑制することができる排ガス浄化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】
【０００７】
第１の発明は、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、
上記基材の軸方向上流端から所定の領域である前端部領域の気孔率をＡ（％）、上記前端部領域以外の気孔率をＢ（％）とした場合、Ａ＜Ｂ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）。
【０００８】
本発明の排ガス浄化フィルタは、上記のごとく、上記前端部領域の気孔率をＡ（％）、上記前端部領域以外の気孔率をＢ（％）とした場合、Ａ＜Ｂの関係にある。これにより、従来よりも上流端側にパティキュレートが堆積することを抑制することができる。そして、上流端開口部が閉塞又は狭くなることによる圧損上昇等の不具合の発生を抑制することができるのである。
【０００９】
即ち、上記排ガス浄化フィルタの上記前端部領域の気孔率Ａが、それ以外の領域、つまり、上記前端部領域よりも下流側の気孔率Ｂよりも低い。これにより、上記前端部領域は、他の部分よりも密度が高く、熱容量も大きくなる。そのため、下流側においてパティキュレートの燃焼が起こり、その燃焼による熱が上記前端部領域に伝わった場合に、熱容量が増大した分従来よりも蓄熱効果が高い。それ故、その蓄熱効果が従来の欠点を補ってパティキュレートの燃焼率を高めることができ、上流端近傍にパティキュレートが堆積する不具合を抑制することができる。
【００１０】
第２の発明は、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を製造する方法であって、
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てなる焼成済みの基材の軸方向上流端から所定の領域である前端部領域に、上記基材の気孔を埋める原料を含有した原料液を浸透させる浸透工程と、
上記原料液を浸透させた上記基材を焼成する再焼成工程とを行うことにより、
上記基材の上記前端部領域の気孔率をＡ（％）、上記前端部領域以外の気孔率をＢ（％）とした場合、Ａ＜Ｂの関係とすることを特徴とする排ガス浄化フィルタの製造方法にある（請求項７）。
【００１１】
本発明の製造方法においては、上記焼成済みの基材に対して、少なくとも上記浸透工程と上記再焼成工程を施す。これにより、上記前端部領域の気孔率をＡ（％）、上記前端部領域以外の気孔率をＢ（％）とした場合、Ａ＜Ｂの関係を有する排ガス浄化フィルタを得ることができる。
【００１２】
即ち、上記浸透工程では、上記焼成済みの基材の前端部領域に、上記原料液を浸透させる。焼成済みの基材は、上記前端部領域も含めて多孔質となっているため、その気孔の中に上記原料液が浸透する。
次に、上記再焼成工程では、上記原料液を浸透させた基材を焼成する。これにより、基材の気孔に浸入している原料液中の原料が焼結し、気孔の少なくとも一部を埋める。
なお、これら浸透工程及び再焼成工程を行うことによる上記前端部領域の気孔率の減少の度合いは、上記原料液に含有させる原料の種類や濃度によって調整することが可能である。
【００１３】
このように、本発明の製造方法では、上記浸透工程と上記再焼成工程とを含むことにより、上記Ａ＜Ｂの関係を有する優れた排ガス浄化フィルタを得ることができる。得られた排ガス浄化フィルタは、上述したごとく、前端部領域の熱容量の増大による蓄熱効果の向上によって、パティキュレートの燃焼率を高めることができ、上流端にパティキュレートが堆積する不具合を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
第１の発明の排ガス浄化フィルタは、上記のごとく、上記基材の軸方向上流端から所定の領域である前端部領域の気孔率をＡ（％）、上記前端部領域以外の気孔率をＢ（％）とした場合、Ａ＜Ｂの関係にあるが、このＡ及びＢは、Ａ＜０．７７Ｂの関係にあることがさらに好ましい（請求項２）。これにより、前端部領域の気孔率低減効果（熱容量の増大効果）をより確実に発現させることができる。一方、Ａ≧０．７７Ｂの場合には、前端部領域の気孔率低減効果が顕著に現れにくいという問題がある。
【００１５】
また、上記前端部領域は、上記軸方向上流端から５０ｍｍ以下の領域であることが好ましい（請求項３）。即ち、上記前端部領域が軸方向上流端から５０ｍｍを超えるような長い範囲に及んだ場合には、基材全体の熱容量が増大しすぎ、基材全体における早期の昇温を望めなくなるという問題がある。
そのため、より好ましくは、上記前端部領域は、上記軸方向上流端から３０ｍｍ以下の領域がよい（請求項４）。
なお、上記前端部領域は、少なくとも上記軸方向上流端から１０ｍｍの範囲を含む範囲以上に設けることが好ましい。これ以上前端部領域が狭い場合には、その存在による効果があまり得られないという問題がある。
【００１６】
また、上記基材はコーディエライトよりなることが好ましい（請求項５）。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、ＳｉＣの場合よりもパティキュレート燃焼時の温度上昇を抑制する必要があるので、上記構成を採用して、パティキュレートの堆積を抑制することが非常に有効である。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。
【００１７】
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６）。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。
【００１８】
次に、上記第２の発明の製造方法においては、上記浸透工程として、様々な方法をとることができるが、最も好ましい方法としては、上記原料液中に上記基材の上記前端部領域を浸漬する方法（ディップ方法）がある。これにより、上記前端部領域全体を一度に上記原料液に接触させることができ、浸透状態を制御することが容易となる。また、浸透状態の管理を例えば浸漬時間で行うことができ、管理が容易である。
【００１９】
また、上記基材はコーディエライトよりなることが好ましい（請求項８）。上述したごとく、コーディエライトはＳｉＣに比べて耐熱性が低いので、本発明の製造方法を採用して上記構成の前端部領域を形成することが有効である。
【００２０】
また、上記原料液は、コーディエライトとなる成分を含有してなるスラリーであることが好ましい（請求項９）。この場合には、基材とその気孔を埋める成分とが同じになるので、これらの一体化が容易となる。具体的な原料としては、様々なものを適用できるが、例えば、タルク、シリカ、水酸化アルミニウム、アルミナ等の混合物、あるいはコーディエライトそのものの粉末等を用いることができる。
【００２１】
また、上記原料液は、シリカゲルを含有する水溶液であることも好ましい（請求項１０）。この場合には、基材の気孔中にシリカゲルが配設され、これにより、熱容量の増大を図ることができる。
【００２２】
また、上記基材を作製するに当たっては、焼成済み又は未焼成の上記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栓材を配設する栓材配設工程と、栓材を配した上記基材を焼成する焼成工程とを行うことができる（請求項１１）。即ち、予め栓材を配設した状態の基材を用いて上記浸透工程及び上記焼成工程を行うことができる。この場合、上記栓材配設工程を行う前の基材として、上記のごとく焼成済みのものを用いる方法と未焼成のものを用いる方法とがある。
【００２３】
また、上記基材を作製するに当たっては、栓材を配設することなく上記基材を焼成する焼成工程を行い、上記浸透工程及び上記再焼成工程とを行った後に、上記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栓材を配設する栓材配設工程と、栓材を配した上記基材を焼成する第３の焼成工程とを行うこともできる（請求項１２）。
【実施例】
【００２４】
（実施例１）
本発明の実施例に係る排ガス浄化フィルタ及びその製造方法につき、図１〜図３を用いて説明する。
本例の排ガス浄化フィルタ１は、図１、図２に示すごとく、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る。
【００２５】
上記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。
、該基材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を配して上記セル１０を閉塞してある。
そして、基材２０の軸方向上流端２０１から所定の領域である前端部領域２１の気孔率をＡ（％）、前端部領域２１以外の気孔率をＢ（％）とした場合、Ａ＜Ｂの関係にある。
以下、これを詳説する。
【００２６】
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、セルサイズ＃３００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。
【００２７】
また、図２に示すごとく、排ガス浄化フィルタ１は、軸方向上流端２０１からの距離Ｌが３０ｍｍの領域を上記前端部領域２１として有している。本例では、前端部領域２１の気孔率Ａが、それ以外の領域２２の気孔率Ｂよりも小さくなっている。なお、気孔率は、いわゆる水銀圧入式のポロシメータによって測定することができる。
また、上記基材２０の多孔質隔壁２の表面には、アルミナコーティング層（図示略）を介して酸化触媒としてのＰｔを担持させてある。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
次に、この焼成済みの基材２０に対して、浸透工程と再焼成工程とを施した。
【００３０】
まず、図３に示すごとく、基材２０の気孔を埋める原料を含有した原料液８を準備した。原料液８としては、コーディエライトとなる成分を含有してなるスラリーを用いた。具体的には、粒子径が約５μｍのコーディエライト粉末を水に混ぜたスラリーを用いた。そして、この原料液８に、基材２０の軸方向上流端２０１から所定の領域である前端部領域２１を浸漬し、この前端部領域２１に、上記原料液８を浸透させた。
次に、原料液８を浸透させた基材２０を焼成する再焼成工程を行った。この再焼成工程は、温度１４４５℃に５時間保持する条件で行った。
【００３１】
上記再焼成工程の後に、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を配設する栓材配設工程と、栓材３を配した基材２０を焼成する第３の焼成工程とを行った。
【００３２】
なお、上記栓材配設工程は、基材２０の１回目の焼成前、あるいは基材２０の１回目の焼成後であって上記浸透工程の前に変更することができる。そして、栓材配設工程の位置によっては、焼成工程の回数を減らすことも可能となる。
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、本例の排ガス浄化フィルタ１を得た。
【００３３】
得られた排ガス浄化フィルタ１は、上記のごとく、上記前端部領域２１の気孔率をＡ（％）、前端部領域２１以外の気孔率をＢ（％）とした場合、Ａ＜Ｂの関係にある。これにより、排ガス浄化フィルタ１の前端部領域２１は、他の部分よりも密度が高く、熱容量も大きくなる。そのため、下流側においてパティキュレートの燃焼が起こり、その燃焼による熱が前端部領域２１に伝わった場合に、熱容量が増大した分従来よりも蓄熱効果も高い。それ故、その蓄熱効果が従来の欠点を補ってパティキュレートの燃焼率を高めることができ、上流端近傍にパティキュレートが堆積する不具合を抑制することができる。
【００３４】
（実施例２）
本例は、実施例１における製造方法において、上記浸透工程において用いる原料液８を、シリカゲルを２０％含有する水溶液に変更した例である。
この場合にも実施例１とほぼ同様の作用効果が得られる。
【００３５】
（実施例３）
本例では、実施例１における排ガス浄化フィルタ１を基礎として、長さ３０ｍｍの前端部領域２１の気孔率Ａを変更し、その影響を見るテストを行った。
気孔率Ａの変更は、上記浸透工程における原料液８の濃度の変更、及び浸漬時間の変更等により調整した。なお、浸漬深さは３０ｍｍ一定とした。
【００３６】
得られた複数種類の排ガス浄化フィルタを用い、２０００ｃｃディーゼルエンジンの排ガスを一定条件下で浄化させ、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。なお、本例の排ガス浄化フィルタのサイズは、実施例１と同様に、直径１４４ｍｍ、長さ１５２ｍｍ、容積２．５Ｌである。
【００３７】
圧損の測定結果を図４に示す。
同図は、横軸に、前端部領域の気孔率Ａとその他の領域の気孔率の比であるＡ／Ｂを取り、縦軸に圧損（ｋＰａ）を取った。
同図から知られるごとく、Ａ／Ｂが小さいほど圧損が低減されることがわかる。特に、Ａ／Ｂが０．７７以下となると、急激に圧損が低減されることがわかる。
【００３８】
（実施例４）
本例では、実施例１における排ガス浄化フィルタ１を基礎として、前端部領域２１の気孔率Ａとその他の領域の気孔率Ｂの比Ａ／Ｂを０．６９一定とし、前端部領域２１の長さを変更し、その影響を見るテストを行った。
前端部領域２１の長さの変更は、上記浸透工程における原料液８に浸漬する深さを変更することによって行った。
得られた複数種類の排ガス浄化フィルタを用い、実施例３と同じ条件で圧損を測定した。
【００３９】
圧損の測定結果を図５に示す。
同図は、横軸に、前端部領域の長さ（ｍｍ）を取り、縦軸に圧損（ｋＰａ）を取った。
同図から知られるごとく、少なくとも前端部領域の長さが３０ｍｍの範囲内では、その長さが長くなるほど圧損が低減されることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【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、浸透工程を行っている状態（（ａ）浸漬前、（ｂ）浸漬中）を示す説明図。
【図４】実施例３における、Ａ／Ｂと圧損との関係を示す説明図。
【図５】実施例４における、前端部領域の長さと圧損との関係を示す説明図。
【符号の説明】
【００４１】
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
２１  前端部領域
３  栓材
【図１】
2006170121.tif 000003
【図２】
2006170121.tif 000004
【図３】
2006170121.tif 000005
【図４】
2006170121.tif 000006
【図５】
2006170121.tif 000007