(57)【要約】内燃機関からの排ガスの処理での使用に適した多孔質壁流本体（４００）は、本体のガス入口端部または入口面（２８）と本体のガス出口端部または出口面（３０）との間で本体の内部に沿って延びる複数の通路を有している。上記面の一方の１つの開口を貫通して上記通路の少なくとも１つの内部へと延びる中心に配置された長軸は、この長軸と交差する上記面の少なくとも１つの接線に対して垂直ではない。
2005519212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関からの排ガスの処理での使用に適した多孔質壁流本体であって、本体のガス入口端部または入口面と本体のガス出口端部または出口面との間で本体の内部に沿って延びる複数の通路を有し、前記面の一方の１つの開口を貫通して前記通路の少なくとも１つの内部へと延びる中心に配置された長軸が、この長軸と交差する前記面の少なくとも１つの接線に対して垂直ではない多孔質壁流本体。
【請求項２】
中心に配置された前記長軸と前記接線との間の鋭角が７０°以下である、請求項１に記載の多孔質壁流本体。
【請求項３】
前記鋭角が４５°〜２５°である、請求項２に記載の多孔質壁流本体。
【請求項４】
前記通路の最大長が１１０ｍｍである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の多孔質壁流本体。
【請求項５】
前記通路の最大長および前記本体の体積が、前記体積に対する前記最大長の比が少なくとも１：５０００ｍｍ−２となるように設定されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の多孔質壁流本体。
【請求項６】
前記体積に対する前記最大長の比が、１：５０００ｍｍ−２〜１：１２００００ｍｍ−２の範囲である、請求項５に記載の多孔質壁流本体。
【請求項７】
前記比が１：１００００ｍｍ−２〜１：６００００ｍｍ−２である、請求項６に記載の多孔質壁流本体。
【請求項８】
少なくとも５Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有している、請求項１〜７のいずれか一項に記載の多孔質壁流本体。
【請求項９】
前記ガス入口端部または入口面および前記ガス出口端部または出口面が平面であり、前記通路の全てがこれらの面に対して非垂直に配置されている、請求項１〜９のいずれか一項に記載の多孔質壁流本体。
【請求項１０】
前記入口面および前記出口面が平行であり、前記通路の全てが直線状の平行な閉塞された通路である、請求項９に記載の多孔質壁流本体。
【請求項１１】
前記通路の長さが１０ｍｍ〜１００ｍｍである、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の多孔質壁流本体。
【請求項１２】
前記通路の長さが２０ｍｍ〜８０ｍｍである、請求項１１に記載の多孔質壁流本体。
【請求項１３】
前記通路のうちの少なくとも幾つかが先細っている、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の多孔質壁流本体。
【請求項１４】
成形体である、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の多孔質壁流本体。
【請求項１５】
触媒コンバータのコアであって、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の多孔質壁流本体と、内燃機関が排気する燃焼ガス中の望ましくない汚染物質を変換するのに適した触媒とを備え、前記触媒が前記本体によって支持されているコア。
【請求項１６】
ディーゼル粒子制御のための触媒トラップ用のコアであって、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の多孔質壁流本体と、前記本体によって捕捉されるディーゼル粒子材料の燃焼を促進させるのに適した触媒とを備え、前記触媒が前記本体によって支持されているコア。
【請求項１７】
内燃機関からの排ガスを処理するための処理装置であって、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の多孔質壁流本体を含み、この本体が、排ガス吸気口または上流側部分と排ガス排気口または下流側部分とを有するハウジング内に配置されている処理装置。
【請求項１８】
前記本体の前記通路の方向が、前記排ガス吸気口または上流側部分を貫通する中心に配置された軸および／または前記排ガス排気口または下流側部分を貫通する中心に配置された軸に対して１８０°以下の角度を成している、請求項１７に記載の処理装置。
【請求項１９】
前記本体の前記通路の方向と、前記排ガス吸気口または上流側部分を貫通する中心に配置された軸および／または前記排ガス排気口または下流側部分を貫通する中心に配置された軸との間の角度が、９０°〜１７５°である、請求項１８に記載の処理装置。
【請求項２０】
ディーゼル粒子トラップである、請求項１７〜１９のいずれか一項に記載の処理装置。
【請求項２１】
処理装置の前記壁流本体が、この本体によって捕捉されるディーゼル粒子材料の燃焼を促進させるための触媒を支持している、請求項２０に記載の処理装置。
【請求項２２】
トラップとして機能できる他、触媒型であるか否かにかかわらず、ディーゼル粒子制御のため、内燃機関が排出する燃焼ガス中の望ましくないガス状汚染物質を変換するための触媒コンバータとして機能することができる、請求項２０に記載の処理装置。
【請求項２３】
直列に配置された少なくとも２つのコアを含み、１つのコアが、ガス状の汚染物質を変換するための触媒を含み、１つのコアが、随意的に、ディーゼル粒子材料を燃焼させるための触媒を含み、コアのうちの少なくとも１つが、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の前記壁流本体を備える、請求項２２に記載の処理装置。
【請求項２４】
コアのうちの少なくとも１つが、本体の一端から本体の他端へと延びる多数の開口した非制限的な通路を有する流通本体を備える、請求項２３に記載の処理装置。
【請求項２５】
内燃機関からの排ガスを処理するための処理装置であって、複数の通路を有する多孔質壁流本体を含み、前記通路が、前記本体のガス入口端部または入口面と本体のガス出口端部または出口面との間で本体の内部に沿って延び、前記本体が、排ガス吸気口または上流側部分と排ガス排気口または下流側部分とを有するハウジング内に配置され、前記本体の前記入口面または前記出口面の少なくとも一方がそれぞれ、排ガス吸気口または上流側部分と排ガス排気口または下流側部分とを貫通する中心に配置された軸に対して垂直ではなく、前記通路のうちの少なくとも幾つかが先細っている処理装置。
【請求項２６】
前記入口面および前記出口面が平行であり、これらの面が、吸気口および排気口または上流側部分および下流側部分を貫通する中心に配置された軸に対して１７５°以下の鈍角を成している、請求項２５に記載の処理装置。
【請求項２７】
前記ガス入口面にその開口端を有する前記通路が、前記ガス出口面にあるその閉端に向かって先細っており、前記ガス出口面にその開口端を有する前記通路が、前記ガス入口面にあるその閉端に向かって先細っている、請求項２５または２６に記載の処理装置。
【請求項２８】
前記多孔質壁流本体の前記ガス入口面および／または前記ガス出口面が、この面自体と直交する軸に沿ってハウジング上に投影されると、面自体の面積よりも大きいハウジングの内側の表面領域を覆い、これにより、前記ガス入口面および／または前記ガス出口面とハウジングとの間の放射熱交換を促進させる、請求項１７〜２７のいずれか一項に記載の処理装置。
【請求項２９】
前記多孔質壁流本体の前記ガス入口面および／または前記ガス出口面が、この面自体と直交する軸に沿ってハウジング上に投影されると、面自体の面積よりも大きいハウジングの内側の表面領域を覆い、これにより、前記ガス入口面および／または前記ガス出口面とハウジングとの間の放射熱交換を促進させ、前記本体の前記入口面または前記出口面の少なくとも一方がそれぞれ、排ガス吸気口または上流側部分と排ガス排気口または下流側部分とを貫通する中心に配置された軸に対して垂直ではない、請求項１７〜２４のいずれか一項に記載の処理装置。
【請求項３０】
実質的にここに記載され且つ図示された、請求項１に記載の多孔質壁流本体。
【請求項３１】
実質的にここに記載され且つ図示された、請求項１５に記載の触媒コンバータ用コア。
【請求項３２】
実質的にここに記載され且つ図示された請求項１６に記載のディーゼル粒子制御のための触媒トラップ用のコア。
【請求項３３】
実質的にここに記載され且つ図示された、請求項１７または２５に記載の処理装置。
【請求項３４】
実質的にここに記載された新規な多孔質壁流本体、新規なコア、新規な処理装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
この発明は、一般に、内燃機関からの排ガスの処理に関する。特に、本発明は、内燃機関からの排ガスの処理での使用に適した壁流本体、触媒コンバータまたは触媒トラップのためのコア、および、内燃機関からの排ガスを処理するための処理装置に関する。
【０００２】
本発明の一態様においては、内燃機関からの排ガスの処理での使用に適した多孔質壁流本体であって、上記本体は、本体のガス入口端部または入口面と本体のガス出口端部または出口面との間で本体の内部に沿って延びる複数の通路を有し、上記面の一方の１つの開口を貫通して上記通路の少なくとも１つの内部へと延びる中心に配置された長軸は、この中心長軸と交差する上記面の少なくとも１つの接線に対して垂直ではない多孔質壁流本体が提供される。
【０００３】
複数の通路の開口を貫通する中心に配置された長軸はそれぞれ、この中心長軸と交差する上記面の一方の少なくとも１つの接線と垂直ではないことが好ましい。本発明の一実施形態において、全ての通路の入口および出口を貫通する中心に配置された長軸は、この中心長軸と交差するガス入口面およびガス出口面のそれぞれの各接線と垂直ではない。
【０００４】
中心に配置された上記長軸と上記接線との間の鋭角が７０°以下であり、好ましくは４５°〜２５°であり、更に好ましくは約４０°〜約３０°であり、例えば３５°である。
【０００５】
上記通路の最大長は１１０ｍｍである。上記通路の最大長および上記本体の体積は、上記体積に対する上記最大長の比が少なくとも１：５０００ｍｍ−２となるように設定されている。
【０００６】
上記体積に対する上記最大長の比は、上限値と下限値とを有する範囲にあっても良い。下限値は、前述したように少なくとも１：５０００ｍｍ−２である。しかしながら、下限値は、約１：１００００ｍｍ−２または約１：２００００ｍｍ−２であっても良い。上限値は、約１：３００００ｍｍ−２または更に高い１：６００００ｍｍ−２、あるいは、１：１２００００ｍｍ−２であっても良い。
【０００７】
本体は、少なくとも１Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有していても良い。本体は、好ましくは少なくとも５Ｗ／ｍＫ、更に好ましくは少なくとも１０Ｗ／ｍＫ、最も好ましくは少なくとも２０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有している。
【０００８】
多孔質壁流本体において、各通路は、一般に、本体の少なくとも一端部または面で開口しており、通路の少なくとも幾つかは、本体の他端部または面よりも本体の一端部または面に近い位置で抑制体によって抑制されるとともに、本体の上記他端部または面で開口している。また、通路の少なくとも幾つかは、本体の上記一端部または面よりも本体の上記他端部または面に近い位置で抑制部によって抑制されるとともに、本体の上記一端部または面で開口している。通路の全てが直線状で且つ平行であることが好ましい。本体は、端部が開口した気孔を備えた多孔質内部を有している。通路の上記抑制部は、これらの抑制部から離れた本体の端部または面で抑制された通路の開口端に入るガス流が、通路と直交する方向に向かって流れ、本体の多孔質内部を通じて、すなわち、通路の壁を通じて、抑制部から離れた本体の反対側の端部または面に開口端を有する通路内に流れ、そこから本体の上記反対側の端部または面にある上記開口端を介して本体から出るのを促すように作用する。
【０００９】
上記抑制部は、通路に沿うガス流のために利用できる通路の断面積を減少することにより通路を単に絞るように作用することができ、あるいは、上記抑制部は、通路を閉塞して仕切ることによりガスが仕切られた通路から流出することを防止するように作用することができる。本体の多孔質内部に入ることなく本体の一端から他端へと通路に沿って流れる任意のガス流と比べて本体の多孔質内部を通じた所望の度合いの上記直交ガス流を促進させるように、本体の材料の気孔率、通路同士の間隔、通路の断面積とともに、抑制度合いが選択される。その上流側端部に開口端を有する全ての通路が閉塞されている場合、通路の開口端を介して本体内に入ったガスの全ては、ある局面で、本体の多孔質材料を垂直に貫通して流れるが、その上流側端部に開口端を有する通路の少なくとも幾つかが閉塞されておらず単に絞られているだけである場合あるいは全く抑制されていない場合には、ガスの一部は、本体の多孔質内部に全く入ることなく、そのような通路に沿って本体を通じて真直ぐに流れることができる。
【００１０】
したがって、様々な選択肢を利用できる。すなわち、閉塞されていない通路は、本体の一端部においてのみ開口していても良く、あるいは、両端で開口していても良い。一方、単に絞られているだけで閉塞されていない通路は、両端で開口していても良い。通路は、閉塞されただけの通路を含んでいても良く、あるいは、絞られただけの通路を含んでいても良く、または、閉塞された通路と絞られた通路とが混在していても良い。また、本体は、これら３タイプの通路の全てが存在するように、その両端で開口する抑制されていない幾つかの通路を有していても良い。通路の全てが同じ断面形状または同じ断面積を有している必要はない。また、そのような通路の面積は、その大きさや形状が全長にわたって一定である必要はない。したがって、幾つかの通路は、他の通路よりも狭くあるいは広くても良い。また、幾つかの通路が円形断面を有し、および／または、他の通路が正方形／長方形断面または星型断面を有していても良い。したがって、本発明においては、かなり自由度をもって、通路のサイズおよび形状、本体内における通路の位置、通路の数、通路同士の間隔を変えることができ、また、本体の気孔率を変えて、本体の一端から他端に向かう所望のガス流パターンを促進させることができることは言うまでもない。この場合、ガスの少なくとも一部は、本体の多孔質内部を貫通する。しかしながら、最も一般的な形状の通路は、単に閉塞されただけの直線状の平行な通路であると考えられる。
【００１１】
したがって、本発明の特定の実施形態において、通路のほぼ半分は、本体の一端部または面で開口し、本体の他端部または面へと延びるとともに、その本体の他端部または面において閉塞されていても良く、また、残りのほぼ半分の通路は、本体の上記他端部または面で開口し、本体の上記一端部または面まで実質的にずっと延びるとともに、その一端部または面において閉塞されていても良い。また、全ての通路が同じ断面形状を成し、通路は、両端部間または両端面間にある本体の任意の側の側面に隣接する部分を除き、本体の一端部または面で開口する各通路が本体の他端部または面で開口する通路によって取り囲まれ、本体の他端部または面で開口する各通路が本体の一端部または面で開口する通路によって取り囲まれ、本体の任意の側の側面に隣接する通路が部分的にのみ取り囲まれるように、配置される。通路のほぼ半分とは、通路の４９％〜５１％を意味する。なお、本体は、その断面が多角形でない場合、例えば円形や楕円形状の断面である場合には、１つの側面を有し、あるいは、その断面が多角形である場合などにおいては、複数の側面を有する。
【００１２】
ガス入口端部または面およびガス出口端部または面が平面であり、全ての通路が上記面に対して非垂直に配置されることが好ましい。しかしながら、段付き状、凸状、凹状に湾曲した面などの他の形状も本発明の範囲から排除されない。
【００１３】
通路の長さは、約４０ｍｍの下限値、または、約２０ｍｍの下限値、あるいは、約１０ｍｍの下限値を有する範囲であっても良い。範囲の上限値は、約６０ｍｍ、または、約８０ｍｍ、あるいは、１００ｍｍであっても良く、または、前述したように約１１０ｍｍであっても良く、例えば約４９ｍｍであっても良い。
【００１４】
本体の一端部または面は、約２５０００ｍｍ２、または、約１５０００ｍｍ２、あるいは、約５０００ｍｍ２の下限値を有する範囲内に入ることができる投影面積を有していても良い。範囲の上限値は、約３００００ｍｍ２、あるいは、約６００００ｍｍ２、または、約１２００００ｍｍ２であっても良い。本体の他端部または面は、本体の一端部または面と同じ投影面積を有していても良く、あるいは、異なる投影面積を有していても良い。
【００１５】
本発明の一実施形態において、本体は、側方から見て、直角ではない少なくとも１つの角部を規定する辺を有する平行四辺形の外形を有している。本発明のこの特定の実施形態において、本体は、上記面と平行な断面が矩形を成しており、その一端部または面および他端部および面の投影面積の外形が矩形を成している。無論、本体は、正方形、円形、楕円形、卵形であっても良く、あるいは、上記面と平行な幾つかの他の所望の断面すなわち通路と直交する幾つかの他の所望の断面が上記形状であっても良い。
【００１６】
通路は、下限値が約２ｍｍ２、あるいは、約１．５ｍｍ２、または、約１ｍｍ２の範囲の断面積を有していても良い。範囲の上限値は、約３ｍｍ２、あるいは、約１２ｍｍ２、または、約４８ｍｍ２であっても良い。
【００１７】
通路は、互いに等間隔であることが好ましいが、他の配置間隔も本発明の範囲から排除されない。隣り合う通路同士の間の間隔は、下限値が約０．３ｍｍ、または、約０．２ｍｍ、あるいは、約０．１ｍｍの範囲にあっても良い。範囲の上限値は、約１ｍｍ、または、約２ｍｍ、あるいは、約５ｍｍであっても良い。このような間隔は、隣り合う通路同士の間の多孔質本体材料の厚さ、すなわち、通路の壁厚の尺度を与える。通路の断面積および通路間隔は、一般に、約１セル／通路／１０ｍｍ２の下限値を有する範囲となる通路密度が得られるように選択される。下限値は、約１セル／通路／２５ｍｍ２、または、約１セル／通路／７０ｍｍ２であっても良い。範囲の上限値は、約１セル／通路／５ｍｍ２、または、約１セル／通路／３ｍｍ２、あるいは、約１セル／通路／２ｍｍ２であっても良い。
【００１８】
通路は、多角形または非多角形の断面を有していても良い。本発明の一実施形態において、通路は、断面が正方形または長方形を成しており、正方形格子配列で配置される。無論、代わりに、他の断面（例えば、細長、矩形、楕円、卵型、星型等）を持つ通路を使用することもできるが、一般には、前述したように、通路は、断面積および間隔／配列が同じである。
【００１９】
通路は、その全長にわたって一定の断面積を有していても良く、あるいは、通路の少なくとも幾つかが先細っていても構わない。本発明の一実施形態において、本体の一端部に開口端を有する通路は、本体の他端部にあるその閉端部に向かって先細っており、本体の他端部にその開口端を有する通路は、その全長にわたって一定の断面積を有する。あるいは、本発明の他の実施形態において、本体の一端部に開口端を有する通路は、本体の他端部にあるその閉端部に向かって先細っており、本体の他端部にその開口端を有する通路は、本体の一端部にあるその閉端部に向かって先細っている。したがって、以上から分かるように、正方形または長方形の通路の場合、一実施形態においては、通路の壁厚がその全長にわたって変化し、他の実施形態においては、壁厚が通路の全長にわたって一定であっても良い。
【００２０】
本体の全ての通路が閉塞され或いは仕切られている場合には、本体の気孔を詰まらせてしまう虞がある例えば灰や煤といった混入粒子等の固体が十分に無い流体の処理に適している。そのような粒子が予期される場合には、その開口端を介して流体を受け且つ本体内への流体入口路を形成する通路は、両端が開口するとともに、例えば先細りさせることにより、あるいは、やせ衰えた形状またはベンチュリ形状の抑制部を下流側端部に有することにより抑制され、それにより、下流側端部内に形成された粒子が邪魔されるべく下流側端部から出られるようにしても良い。無論、本体の下流側端部で開口するとともに本体からの出口路を形成し且つ本体の多孔質内部から流体を受ける通路は、必要に応じて、その上流側端部で閉塞され或いは仕切られていても良い。その入口通路が閉塞および仕切られておらず且つその出口通路がその上流側端部で閉塞されて仕切られている本体は、基本的に、粒子を自己清浄する以外に、灰や煤等の粒子を例えばディーゼル排ガスから分離するためにも使用され、粒子を含むガスは、入口通路の下流側端部から出て、出口通路から出る清浄なガスから分離されたままに維持され、これにより、当該ガスの少なくとも一部が清浄される。無論、入口通路が閉じられた本体は、ディーゼル粒子材料トラップ等としての使用に特に適している。
【００２１】
本体の材料は、互いに接続され且つ無視できる数少ない例外を除いて閉塞されておらず且つ互いに分離され且つ本体の表面の開口部で開口する開口気孔、毛細管、または、細管から成る開口多孔質内部を有している。本体は、下限値が約１０μｍ、あるいは、約５μｍ、または、約２μｍの範囲の平均的な気孔サイズを有していても良い。範囲の上限値は、約８０μｍ、または、約１００μｍ、あるいは、約２００μｍであっても良い。したがって、この場合、用語「気孔」および「多孔質」は、本体の表面で開口する開口部に限定されず、本体の内部で互いに接続する毛細管および細管を含むものである。また、開口多孔質内部は、気孔が閉塞され且つ互いに分離されている閉塞多孔質内部と対比されるべきものである。したがって、気孔の数、サイズ、間隔が選択されても良い。特に、本体の開口多孔質内部は、約４０μｍ〜約８０μｍの平均気孔サイズを有する気孔を備えていても良く、本体材料は、以下の方程式によって規定されるように、通路の体積部分を除き、約３０％〜約９０％、好ましくは約４０％〜約７５％、例えば約５０％の気孔率を有している。
気孔率＝１００×（Δｃ−Δｍ）／Δｃ
ここで、Δｃは、任意の通路または気孔を除く本体の材料の密度であり、
Δｍは、任意の通路を除くが気孔を含む本体全体のかさ密度である。
【００２２】
本体は、モノリスの形態を成していても良い。あるいは、本体は、互いに取り付けられて壁流本体を形成する複数の本体要素を備えていても良い。
【００２３】
必要に応じて、一組の通路、すなわち、多孔質本体の同じ端部または面に開口端を有する一組の通路は、多孔質本体全体における平均気孔サイズよりも小さい平均気孔サイズを有し且つ通路のライニングを成す膜を備えていても良い。そのような膜によれば、多孔質本体の濾過効率が非常に高くなり、多孔質本体がフィルタケーキ無しの清浄である場合であっても、煤粒子が多孔質本体を通過すること（いわゆる「吹出し」）を抑制できる。本発明のそのような実施形態においては、膜を除き、多孔質本体の平均気孔サイズを大きくすることにより、触媒コンバータ用のコアとして使用される場合、コアの濾過効率を低下させることなく、多孔質本体内での触媒再生の可能性を高めることができる。以上から分かるように、このような構成により、煤粒子は、多孔質本体を貫通することができるが、多孔質本体から出ることが妨げられる。膜は、比較的大きな気孔から始まって、煤が多孔質本体から出ないようにする十分に小さい気孔で終わる、通路間の壁の厚さに沿う多孔質本体の気孔サイズの勾配によって設置されても良い。あるいは、１つの大きな気孔サイズから直接に１つの小さな気孔サイズへと移行することも可能である。膜は、薄くても良く、その厚さが、０．０２ｍｍ〜５ｍｍ、好ましくは０．０５ｍｍ〜０．４ｍｍであっても良い。また、膜は、一般に、１μｍ〜５０μｍの範囲、好ましくは２μｍ〜１５μｍの範囲の平均気孔サイズを有している。膜は、適切な気孔サイズを有する別個の層を通路に対して固定することにより、あるいは、多孔質本体内の通路の近傍で気孔を実際に減らすことにより得られても良い。膜を通路に対して付加する好ましい方法は、膜を構成するための粒子または繊維を含むスラリーを製造し、使用中のガスが多孔質本体によって濾過される方向と反対の方向で上記スラリーを多孔質本体に通過させることである。
【００２４】
多孔質本体は、アルミニウム、銅、鉄、その合金、例えば真鍮、青銅、ジュラルミン、ステンレススチールから成るグループから選択される金属材料によって形成されていても良い。クロム、モリブデン、ニッケル、銀、チタン等の他の金属が多孔質本体で都合良く使用されても良く、あるいは、合金を組み合わせて多孔質本体を形成しても良い。また、マンガン、バナジウム、イットリウム、希土類金属、例えばセリウム、ランタン、ネオジム、貴金属、例えばプラチナ、パラジウム、ロジウム等の他の金属が使用されても良い。あるいは、多孔質本体は、ＳｉＣ、Ｂ４Ｃ、ＮａｘＷｏ３（ｘは０〜１、例えばｘは０．３〜０．９）、Ｍ２Ｂ、ＭＢ、ＭＢ２、Ｍ２Ｂ５、Ｍ２Ｃ、ＭＮ、Ｍ３Ｓｉ、Ｍ３Ｓｉ２、Ｍ５Ｓｉ３、ＭＳｉ２（Ｍは、ＭｏまたはＷ）から成るグループから選択される材料によって形成されても良い。多孔質本体は、セラミック本体であっても良い。一般に、多孔質本体は、粒子材料によって形成される。粒子材料は、約１μｍ〜約２５０μｍ、好ましくは約１０μｍ〜約１５０μｍ、一般的には約３０μｍ〜約１００μｍの粒径を有していても良い。本発明の一実施形態において、多孔質本体は、セラミック材料と、多孔質本体の熱伝導率を少なくとも５Ｗ／ｍＫまで高める添加物との混合物である。添加物は、前述した材料から選択されても良い。
【００２５】
本発明は、触媒コンバータ用のコアにまで及ぶ。このコアは、前述した多孔質壁流本体と、内燃機関が排出する燃焼ガス中の望ましくない汚染物質を変換するのに適した触媒とを備える。この場合、触媒は、本体によって支持される。
【００２６】
したがって、コアは、上記ガスの望ましくない成分を殆ど有害ではない形態に触媒変換することにより燃焼ガスを処理する触媒を有している。触媒は、本体の多孔質内部の気孔の表面上に支持されている。しかしながら、触媒の一部は、本体の内部に沿って延びる任意の通路の表面上に支持されていても良い。
【００２７】
適切な触媒濃度、すなわち、本体の単位体積当りの触媒の量または本体の単位体積当りの触媒的に活性な場所の数を決定して、有効な触媒変換を行なうため、平凡な実験が使用される。この目的のために一般に使用されるタイプのプラチナ／ロジウム（ｐｔ／Ｒｈ）触媒の場合、多かれ少なかれ、従来の触媒濃度が使用されても良い。
【００２８】
本発明は、更に、ディーゼル粒子制御のための触媒トラップ用のコアにまで及ぶ。このコアは、前述した多孔質壁流本体と、本体によって捕捉されるディーゼル粒子材料の燃焼を促進するのに適した触媒とを備える。この場合、触媒は、本体によって支持される。
【００２９】
したがって、コアは、約１５０℃〜５００℃、一般的には３５０℃〜４５０℃のディーゼル排気温度でのディーゼル粒子材料（一般に、吸収された炭化水素、硫酸塩、金属酸化物を支持する煤集合体の混合物）の触媒燃焼を可能にする触媒を含む。触媒は、本体の多孔質内部の気孔の表面上に支持される。しかしながら、触媒の一部は、本体の内部に沿って延びる任意の通路の表面上に支持されていても良い。
【００３０】
多孔質本体の気孔率が十分に高い場合には、ガスまたは煤が触媒と相互に作用する面積を増大させるため、多孔質本体は、通路内および本体の気孔内に表面増大コーティングを有していても良い。表面増大コーティングは、一部の物質が通路および気孔壁上に堆積するように触媒を含む溶液またはスラリーを多孔質本体に通して洗浄することによって堆積されるいわゆる「ウォッシュコート」の形態を成していても良い。
【００３１】
触媒は、Ｃｕ−Ｋ−Ｖ系の触媒であっても良い。これに代えて、あるいは、これに加えて、触媒は、バナジウム酸塩によって殆ど支配される酸化還元メカニズムによりディーゼル粒子材料の触媒燃焼に有利に働くバナジウム酸塩と塩化物との混合物に基づく触媒であっても良い。また、触媒は、ガス状の炭化水素および一酸化炭素の酸化に加えディーゼル排ガスの水溶性有機物質を酸化することによりディーゼル排ガスの全粒子含有量を一般に３０〜５０％まで下げることができるいわゆるディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）であっても良く、あるいは、これを含んでいても良い。ＤＯＣは、一般に、ガスと液状の有機物との接触を最大にする表面積が大きいアルミニウム酸化物または二酸化珪素等のキャリア上に分散されたプラチナまたはパラジウム、または、これらの両者から成る。
【００３２】
多孔質本体のための任意の特定の材料の選択は、多くの要因によって影響され得る。その要因としては、内燃機関が排出する燃焼ガス中の望ましくない汚染物質を変換し或いはディーゼル粒子材料を触媒燃焼させる触媒として機能する材料自体の能力および／またはそのような触媒と材料との適合性を挙げることができる。したがって、カーボン酸化触媒効果を有するため、銅合金または合金の組み合わせ、例えば真鍮や青銅の合金、更なる幾つかの金属酸化物、例えば酸化第１鉄、酸化マンガンが挙げられ、真鍮および青銅、または、一般に、銅合金が多孔質本体に適した材料であるかもしれない。結合剤等の別個の材料および多孔質本体が晒される環境に対する耐性に関して更に考慮することも、１または複数の材料の選択に影響を与え得る。無論、コストおよび高い熱伝導率は重要であり、本発明の多孔質壁流本体においては、金属アルミニウム、銅、鉄、スチールが重要な役割を果たし得ると考えられる。コストの観点からは、セラミック壁流本体が魅力的である。
【００３３】
また、本発明は、内燃機関からの排ガスを処理するための処理装置にまで及ぶ。この処理装置は、排ガス吸気口または上流側部分と排ガス排気口または下流側部分とを有するハウジング内に配置される前述した多孔質壁流本体を有している。
【００３４】
本体の通路の方向は、上記排ガス吸気口または上流側部分を貫通する中心に配置された軸および／または上記排ガス排気口または下流側部分を貫通する中心に配置された軸に対して１８０°以下の角度を成していても良く、例えば約９０°〜約１７５°の角度、一般的には、約１３５°〜約１７５°の角度をなしていても良い。
【００３５】
本発明の他の態様においては、内燃機関からの排ガスを処理するための処理装置であって、上記装置は、複数の通路を有する多孔質壁流本体を有し、上記通路は、上記本体のガス入口端部または入口面と本体のガス出口端部または出口面との間で本体の内部に沿って延び、上記本体は、排ガス吸気口または上流側部分と排ガス排気口または下流側部分とを有するハウジング内に配置され、上記本体の上記入口面または上記出口面の少なくとも一方はそれぞれ、排ガス吸気口または上流側部分と排ガス排気口または下流側部分とを貫通する中心に配置された軸に対して垂直ではなく、上記通路のうちの少なくとも幾つかが先細っている処理装置が提供される。
【００３６】
上記入口面および上記出口面が平行であっても良い。これらの面は、吸気口および排気口または上流側部分および下流側部分を貫通する中心に配置された軸に対して１７５°以下の鈍角を成していても良い。
【００３７】
上記ガス入口面にその開口端を有する上記通路は、上記ガス出口面にあるその閉端に向かって先細っていても良く、上記ガス出口面にその開口端を有する上記通路は、上記ガス入口面にあるその閉端に向かって先細っていても良い。
【００３８】
上記多孔質壁流本体の上記ガス入口面および／または上記ガス出口面は、この面自体と直交する軸に沿ってハウジング上に投影されると、面自体の面積よりも大きいハウジングの内側の表面領域を覆い、これにより、上記ガス入口面および／または上記ガス出口面とハウジングとの間の放射熱交換を促進させることが好ましい。
【００３９】
処理装置の特に有利な実施形態において、上記多孔質壁流本体の上記ガス入口面および／または上記ガス出口面は、この面自体と直交する軸に沿ってハウジング上に投影されると、面自体の面積よりも大きいハウジングの内側の表面領域を覆い、これにより、上記ガス入口面および／または上記ガス出口面とハウジングとの間の放射熱交換を促進させ、上記本体の上記入口面または上記出口面の少なくとも一方はそれぞれ、排ガス吸気口または上流側部分と排ガス排気口または下流側部分とを貫通する中心に配置された軸に対して垂直ではない。
【００４０】
一般に、ハウジングは、本体の周囲にほぼ気密状態で嵌合しており、それにより、極僅かな量の排ガスしか、ハウジングの吸気口または上流側部分を通じてハウジングの排気口または下流側部分へと本体の周囲で本体を貫通することなく流れることができない。すなわち、本体が金属ハウジング内に配置され、ハウジングが対向する端部を有し、各端部にはそれぞれ、排ガス吸気口または上流側部分および排ガス排気口または下流側部分を形成する開口が設けられ、本体は、吸気口または上流側部分に入る排ガスの少なくとも主要な部分をそれが排気口または下流側部分から出る前に本体の管路および気孔を介して本体の内部に通過させるように、ハウジング内に配置されていても良い。この場合、ハウジングは本体の周囲に密に嵌合し、それにより、本体の外面とハウジングの内面との間にほぼ気密なシールが形成されるとともに、吸気口または上流側部分に入る極僅かな量の排ガスだけしか、吸気口または上流側部分から排気口または下流側部分へと本体の内部を貫通することなく流れることができない。
【００４１】
本発明の一実施形態において、吸気口または上流側部分および排気口または下流側部分を貫通する中心に配置された軸同士は、平行である。すなわち、吸気口または上流側部分および排気口または下流側部分は、互いに離間する平行な面内にあり、本体の通路の方向は、吸気口または上流側部分を貫通する中心に配置された軸および排気口または下流側部分を貫通する中心に配置された軸に対して１８０°未満の角度を成している。上記角度は、約９０°〜約１７５°、一般的には約１３５°〜約１７５°、例えば約１５５°であっても良い。
【００４２】
処理装置は、ディーゼル粒子トラップであっても良い。
【００４３】
処理装置の壁流本体は、本体によって捕捉されるディーゼル粒子材料の燃焼を促進させるための触媒を支持していても良く、したがって、前述したコアの一部を形成していても良い。
【００４４】
トラップとして機能できる他、触媒型であるか否かにかかわらず、ディーゼル粒子制御のため、処理装置は、内燃機関が排出する燃焼ガス中の望ましくないガス状汚染物質を変換するための触媒コンバータとして機能することができても良い。
【００４５】
したがって、本体は、燃焼ガスの処理のための触媒、随意的にはディーゼル粒子材料を燃焼させるための触媒を支持していても良い。また、処理装置は、直列に配置された２つ（またはそれ以上）のコアを有し、１つのコアが、ガス状の汚染物質を変換するための触媒を有し、１つのコアが、随意的に、ディーゼル粒子材料を燃焼させるための触媒を有していても良い。一般に、ガス状の汚染物質を変換するための触媒を有するコアは、他のコアよりも上流側にある。このような配置構成により、上流側コア内で二酸化窒素を形成することができ、その後、二酸化炭素を生じさせるために、この二酸化窒素を、下流側コア内で捕捉された煤と約２５０℃を上回る温度で連続的に反応させるために使用することができる。したがって、処理装置は、いわゆる連続再生トラップ（ＣＲＴ）であっても良い。コアのうちの少なくとも１つは、前述されたコアである。コアのうちの１つ、一般にはガス状汚染物質の変換のための触媒を有するコアは、本体の一端から本体の他端へと延びる多数の開口した非制限的な通路を有する流通本体を備えたコアであっても良い。
【００４６】
本発明の多孔質壁流本体は、多くの周知のプロセスによって、例えば略単一サイズの粒子材料の押し出し成形等といった湿潤圧密（ｍｏｉｓｔ  ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ）によって形成することができるが、壁流本体または本体要素の更に好ましい形成形態は、液体および／または固体結合剤を使用する成形プロセスであると考えられる。適切な金型を用いた成形プロセスを使用することにより、その一端が閉塞された通路を有する本体を成形することができ、押し出し成形を用いた場合において必要となるような、事後において通路を閉塞するといったことを行なわないで済む。また、成形プロセスによれば、様々な断面積を有する通路、例えば先細りの通路を形成することができる。また、このようなことは、押し出し成形では行なうことができない。任意の適当な方法により、例えば、溶液から、あるいは、気相から、または、ゾル／ゲル法により行なうことができる触媒堆積は、本体の多孔質内部および本体の内部に沿って延びる通路の表面上の両方に触媒を堆積させるため、本体の焼結前または後において実行されても良い。
【００４７】
鋳造すなわち成形プロセスを使用せず、一時気孔形成剤、例えば、シリコン化合物、ポリプロピレン、または、ポリスチレン等の有機高分子材料といったプラスチック材料から成る球体または繊維等を使用して或いは使用することなく、良く知られたコールドコンパクト（ｃｏｌｄ  ｃｏｍｐａｃｔ）プロセスを用い、その後、焼結する、いわゆる無圧焼結方法を使用して、多孔質本体を形成しても良い。
【００４８】
多孔質本体の特定の粒子材料に応じて、材料同士が直接に結合しても良い。この場合、材料は、例えば圧力を加えることにより、または、熱、例えば電流によって形成される熱を加えることにより、あるいは、材料を単に加熱することにより結合され、これに代え、あるいは、これに加えて、結合剤によって互いに結合されても良い。エラストマー材料、熱可塑性材料、または、合成高分子材料、樹脂系結合剤等の多くの適した結合剤が当業者に知られている。また、多孔質本体内で材料同士が結合される場合、結合剤は、モリブデン、スズ等の金属、金属塩の還元によって形成される金属、例えば粒子金属材料の表面の化学処理によって形成される金属塩または金属酸化物であっても良い。また、これに代え、あるいは、これに加えて、結合剤は、粘土等のケイ酸塩、または、水酸化アルミニウムケイ酸塩、あるいは、他の金属ケイ酸塩化合物、例えケイ酸ポタジウムまたはケイ酸ナトリウムであっても良く、これは技術的に良く知られた結合剤である。更に考えられる結合剤は、特に多孔質本体がＳｉＣを含む場合、ケイ酸エステルである。
【００４９】
焼結プロセスにおいて粒子材料同士が結合される場合には、当該材料中における酸化物の形成を粒子金属または焼結される他の金属の表面で実質的に排除するため、水素雰囲気または真空下といった還元性雰囲気内で焼結プロセスが行なわれることが好ましい。また、粒子材料は、焼結プロセス前に、材料に対して熱が更に加えられても良いいわゆる静水圧プレス成形において圧力を材料に加えることにより、凝縮されても良い。
【００５０】
以下、添付図面を参照しながら、一例として、本発明を説明する。
【００５１】
図面の図１〜図５を参照すると、参照符号１０は、全体的に、内燃機関からの排ガスを処理するための本発明に係る処理装置を示している。装置１０は、大まかには、コア１２と、ハウジング１４とを有している。
【００５２】
ハウジング１４は、内燃機関の消音器に一般に使用されるタイプのスチールから成る。ハウジング１４は、フランジ状の排ガス排気口１８から離間されたフランジ状の排ガス吸気口１６を有している。また、ハウジング１４は、吸気口１６に通じる入口チャンバ２０と、排気口１８に通じる出口チャンバ２２とを備える。入口チャンバ２０および出口チャンバ２２は、コア１２によって分離されている。図面の図１および図３から明確に分かるように、入口チャンバ２０および出口チャンバ２２は、吸気口１６および排気口１８からそれぞれ離れているその端部領域が先細っている。
【００５３】
図２に示されるように処理装置１０を側方から見た時に、吸気口１６および排気口１８は、離間した垂直面内に配置されているが、同じ水平面内に配置されている。底面図においては、図面の図３に示されるように、吸気口１６および排気口１８は、一直線に並んでいない。しかしながら、処理装置１０は、任意の方向、例えば図面の図２に示されるような横方向、あるいは、垂直方向であっても、使用できることは言うまでもない。
【００５４】
コア１２は、矩形パネルまたはスラブの形態を成す多孔質壁流（ｗａｌｌ−ｆｌｏｗ）モノリス（コンクリートパネル）２４を備える。モノリス２４は、コージライトモノリス等の純粋なセラミックモノリスの熱伝導率を上回る熱伝導率（例えば、約２０Ｗ／ｍＫ）を示す材料または混合材料から成る。しかしながら、動作状態に応じて、純粋なセラミック材料をコア１２に使用しても良い。モノリス２４は、ハウジング１４内に気密状態でぴったりと嵌め付けられている。セラミックシールフェルト１５は、モノリス２４とハウジング１４との間のシールを形成している。
【００５５】
モノリス２４は、モノリス２４の入口端部または入口面２８からモノリス２４の出口端部または出口面３０へと延びる方向で、モノリスの内部に沿って延びる複数の通路２６を有している。
【００５６】
モノリス２４は、通路２６の方向で測定された約５０ｍｍの長さまたは厚さを有している。入口端部または入口面２８は、５２４２８ｍｍ２の実際の投影面積を入口端部２８に与える１０２ｍｍ×５１４ｍｍの寸法を有している。したがって、モノリス２４の体積に対するモノリス２４の長さまたは厚さの比は、約１：５２４２８ｍｍ−２である。
【００５７】
通路２６は、互いに平行に延びるとともに、入口端部または入口面または入口表面２８および出口端部または出口面または出口表面３０と垂直に延びている。通路２６は、互いに均等に離間されている。
【００５８】
図１の詳細を示す図６の拡大図において２６．１で表わされた通路２６の半分は、モノリス２４の出口端部または出口面３０で開口している。図６において２６．２で表わされた通路２６の残りの半分は、モノリス２４の入口端部または入口面２８で開口している。通路２６．１の上流側端部は、モノリス２４の多孔質端壁３２によって閉塞され或いは仕切られている。同様に、通路２６．２の下流側端部は、モノリス２４の多孔質端壁３４によって仕切られている。
【００５９】
通路２６は、断面が正方形を成しており、正方形格子配列で配置されている。図面の図７から明確に分かるように、通路２６．２は、下流側方向に先細っており、これに対し、通路２６．１は、下流側方向に広くなっている。隣り合う通路２６を区画する側壁３６は、その全長にわたって一定の厚さを有している。図面に示された実施形態において、この厚さは約０．４３ｍｍである。したがって、通路間隔および通路サイズを設定することにより、約１セル／通路／６．４５ｍｍ２の通路密度になる。
【００６０】
通路２６．１，２６．２は、その最も幅広い場所において、約４．４４５ｍｍ２の断面積を有している。通路２６，１，２６．２は、その最も狭い場所においては、約１．５４５ｍｍ２の断面積を有している。
【００６１】
通路２６．１，２６．２は、一般に、各通路２６．１が多かれ少なかれ四方を通路２６．２によって取り囲まれ且つ各通路２６．２が多かれ少なかれ四方を通路２６．１によって取り囲まれるように配置されているが、無論、このような結果は、シールフェルト１５によりハウジング１４に対してシールされるモノリス２４の外周面の近傍では完全に達成され得ない。
【００６２】
モノリス２４の多孔質内部は、顕微鏡でなければ見えない通路またはチャンネル（図示せず）の形態を成す互いに接続された開口する気孔によって占められている。この場合、気孔サイズは約２０μｍであり、モノリス２４は、全体として、約５０％の気孔率を有している。
【００６３】
本発明の一態様において、モノリス２４の通路２６の方向は、排ガス吸気口１６の中心を貫通して配置された軸３８に対して所定の角度を成すとともに、排ガス排気口１８の中心を貫通して配置された軸４０に対して所定の角度を成している（図面の図５参照）。このような配置により、処理装置１０を有利に小型化できるとともに、モノリス２４からその周囲への熱放射に関してかなりの利点を有する。
【００６４】
処理装置１０は触媒コンバータであっても良く、また、コア１２は、それ自体、モノリス２４の多孔質内部が開口する通路２６の多孔質面上およびモノリス２４の多孔質内部の実際の気孔内の両方に、通路２６の上記気孔内および上記多孔質面上に堆積されたプラチナ／ロジウム触媒によって形成される触媒部位を有している。触媒堆積は、触媒コンバータの意図する目的に適した触媒部位密度で、従来の方法により達成されても良い。そのような触媒コンバータは、ペトロールまたはガソリン誘導型の内燃機関の排ガスシステムでの使用に適しており、そのようなエンジンの排ガスの望ましくない成分を、望ましくない成分が殆ど無い形態に触媒変換する。
【００６５】
処理装置１０は、触媒コンバータではなく、ディーゼル粒子制御のための触媒トラップの形態を成していても良い。実際に、本発明は、ディーゼル粒子制御のための触媒トラップにおいて特定の用途を見出すことが期待される。したがって、コア１２は、約１５０℃〜５００℃の一般的なディーゼル排気温度でモノリスにより捕捉されるディーゼル粒子材料の燃焼を促進するのに適した触媒を含む。この場合も同様に、触媒は、モノリス２４の多孔質内部の気孔の面上およびモノリス２４の内部に沿って延びる通路２６の面上に支持される。
【００６６】
使用時、処理される内燃機関排ガスは、吸気口１６を通じて、装置１０のハウジング１４内に入る。このガスは、入口端部２８の通路２６．２の開口する上流側端面を介してコア１２内に入った後、通路２６と直交する方向に流れ、通路２６間の多孔質材料を通じて、コア１２の出口端部３０で開口する通路２６．１に入り、この通路２６．１から、ハウジング１４の出口チャンバ２２内へと出た後、排気口１８を介してハウジング１４から出る。排ガスとコア１２の材料との間で密な接触が行なわれることにより、排ガスと触媒部位との接触が促進され、排ガス中の望ましくない燃焼生成物から二酸化炭素および水等の更に望ましい燃焼生成物への効果的な触媒変換が促進される。処理装置１０が煤トラップである場合、コア１２はディーゼル粒子材料を捕捉し、このディーゼル粒子材料は、その後、煤トラップの動作温度で触媒燃焼される。
【００６７】
図面の図８を参照すると、本発明に係るモノリスの他の実施形態の通路２６が示されている。図７の通路２６．２とは異なり、図８の正方形の通路２６．２は、その全長にわたって一定の断面積を有している。しかしながら、図８の通路２６．１は、図７の通路２６．１と同様であり、その閉端部で小さい断面積を有し且つその開端部に向かって徐々に幅が広くなっている。図面の図８から分かるように、このような配置により、図８のモノリスの通路２６の側壁３６は、入口端部または入口面２８の近傍で厚さが厚く、出口端部または出口面３０に向かって徐々に薄くなっている。無論、このような配置は、必要に応じて逆になっていても良い。
【００６８】
図面の図９を参照すると、いわゆる連続再生トラップ（ＣＲＴ）の形態を成す本発明に係る装置が全体的に参照符号５０で示されている。トラップ５０は、処理装置１０に類似しており、同様の方法で動作する。また、特に明記しない限り、同一または類似する部品あるいは特徴を示すために、同じ参照符号が使用される。
【００６９】
トラップ５０と処理装置１０との間の主な違いは、トラップ５０が２つのコア１２．１，１２．２を有しているという点である。コア１２．１，１２．２は、処理装置１０のコア１２と同様である。しかしながら、コア１２．１は、ガス状の汚染物質の変換のための触媒を含む。コア１２．１内での粒子材料の捕捉を抑えるため、コア１２．１の通路は、絞られており、出口端部または出口面３０で完全に閉じられていない、および／または、コア１２．１のモノリス２４は、約４０μｍよりも大きい平均気孔サイズ、例えば約４０μｍ〜約５０μｍの平均気孔サイズを有しており、これにより、殆どのディーゼル粒子を捕捉することなく通過させることができるようになっている。また、コア１２．１のモノリス２４は、コア１２．２のモノリス２４よりも厚く、それぞれが約６０ｍｍおよび約４０ｍｍとなっている。コア１２．１，１２．２は、コア１２．１の出口端部または出口面３０がコア１２．２の入口端部または入口面２８から離間した状態で配置されている。そのため、ガス状の汚染物質の変換のための触媒を有するコア１２．１は、コア１２．２の上流側にある。このような配置により、上流側コア１２．１で二酸化窒素を形成することができる。このようにして上流側コア１２．１で形成された二酸化窒素は、下流側コア１２．２で捕捉された煤を燃焼するために使用できる。この燃焼を約２５０℃を上回る温度で連続的に行なって、コア１２．２内に二酸化炭素を形成することができる。
【００７０】
図面の図１０を参照すると、この場合も連続再生トラップの形態を成す本発明に係る処理装置が全体的に参照符号６０で示されている。トラップ６０は、トラップ５０と同様な方法で動作する。
【００７１】
トラップ６０は、触媒コンバータ７０に接続され且つディーゼル粒子制御のためのトラップの形態を成す処理装置１０を備える。触媒コンバータ７０は、流通セラミック本体７２を備える従来の触媒コンバータである。セラミック本体７２は、セラミック本体７２の一端からセラミック本体７２の他端へと延びる多数の開口した非制限的な通路を有している。本体７２を通じて延びる通路の内面上にはプラチナ触媒が存在しており、このプラチナ触媒は、使用時には、ディーゼル排ガス中の炭化水素および一酸化炭素を酸化するとともに、一酸化窒素を、トラップ１０のモノリス２４によって保持される煤を酸化するために使用される二酸化窒素へと酸化する。
【００７２】
前述したように、セラミック本体７２は、従来の触媒コンバータで使用される従来のセラミック本体であり、したがって、トラップ１０のモノリス２４の寸法とは全く異なる寸法を有する細長い円筒体である。本体７２は、吸気口７６と排気口７８を備えるハウジング７４内に収容される。
【００７３】
図面の図１１を参照すると、本発明の他の態様に係る多孔質壁流本体の実施形態が全体的に参照符号１００で示されている。多孔質壁流本体１００は、内燃機関からの排ガス温度での使用に適しており、図１の多孔質壁流モノリス２４に類似している。したがって、本体１００も、本体１００の入口端部または入口表面または入口面２８から出口端部または出口面または出口表面３０に向かって延在する方向でその内部に沿って延びる複数の通路２６を有している。通路２６は互いに平行に延びており、各通路２６は、約５０ｍｍの長さを有している。しかしながら、モノリス２４とは異なり、本体１００の通路２６は、平行な面２８，３０に対して垂直ではない。すなわち、通路２６の入口の中心を貫通して配置された長軸は、通路２６の上記中心長軸と交差する面２８の少なくとも１つの接線に対して垂直ではない。
【００７４】
モノリス２４の場合と同様に、２６．１で示される通路２６の半分は、本体１００の出口端部または出口面または出口表面３０で開口している。２６．２で示される通路２６の残りの半分は、本体１００の入口端部または入口面または入口表面２８で開口している。通路２６．１の上流側端部は、閉塞され或いは仕切られている。また、通路２６．２の下流側端部も同様に仕切られている。本体１００の通路２６は、断面が正方形を成しており、正方形格子配列で配置されている。通路２６．２は、下流側方向に先細っており、これに対し、通路２６．１は、下流側方向に広くなっている。
【００７５】
本体１００はセラミック本体である。しかしながら、内燃機関からの排ガスの処理に使用できる、本体１００等の多孔質壁流本体での使用に適した多くの他の材料が存在することは言うまでもない。
【００７６】
側方から見て、本体１００は、角部が直角でない平行四辺形の外形に対応する外形を有している。本体１００は、その幅よりもその長さが長くなっている。表面２８と端面１０２との間の角度αは約３５°である。したがって、３５°というこの角度は、通路２６の入口の中心を貫通して配置された長軸と、この中心長軸と交差するガス入口表面２８の接線との間の角度でもある。
【００７７】
多孔質壁流本体１００の体積は、モノリス２４の体積と同じである。また、本体１００の通路２６の数も、モノリス２４の通路２６の数と等しい。更に、通路２６の断面積、通路２６の壁厚は、本体１００とモノリス２４との間で同じである。しかしながら、本体１００の入口表面２８および出口表面３０は、モノリス２４の対応する表面よりも約６８％大きい。これは、熱放射の観点から有利である。
【００７８】
多孔質壁流本体１００は、特に、ディーゼル粒子制御のための触媒トラップのコアとしての使用に必ずしも適しているとは限らない。図１２は、ディーゼル粒子制御のための粒子トラップの形態を成す処理装置を示している。この処理装置は、コア１２として、多孔質壁流本体１００を有している。図１２において、ディーゼルトラップは、全体的に、参照符号２００で示されている。
【００７９】
トラップ２００は、図１の処理装置１０に類似している。したがって、同一または類似する部品あるいは特徴を示すために、同じ参照符号が使用されている。
【００８０】
しかしながら、トラップ２００と処理装置１０との間の明確な違いは、本体１００の通路２６の方向とフランジ状の排ガス吸気口１６の中心を貫通して配置された軸３８との間の角度βが、処理装置１０の場合よりも１８０°に近いという点である。図１２に示されたトラップ２００の場合、角度βは約１５５°である。角度βのこのような増大は、本体１００の通路２６の特定の方向付けの結果であり、通路２６を通じた入口圧および出口圧が処理装置１０の場合よりもトラップ２００の場合の方で低いという利点を有している。トラップ２００の更なる利点は、表面２８，３０の面積の増大により、表面２８，３０からの熱放射がモノリス２４のそれに比べて向上されるという点である。これにより、本体１００の耐熱衝撃性がモノリス２４に比べて向上すると考えられる。
【００８１】
図面の図１３を参照すると、参照符号３００は、ディーゼル粒子制御のための粒子トラップの更なる実施形態を示している。この粒子トラップ３００は、コア１２として、多孔質壁流本体１００を有している。トラップ３００はトラップ２００と類似しており、また、特に明記しない限り、同一または類似する部品あるいは特徴を示すために、同じ参照符号が使用される。
【００８２】
トラップ３００において、角度βは、トラップ２００の角度βよりも更に１８０°に近く、約１７５°である。しかしながら、図１３に示されるように、これは、コストの縮小によって達成され、したがって、トラップ３００はトラップ２００よりも大きい。
【００８３】
図面の図１４を参照すると、本発明に係る多孔質壁流本体の他の実施形態が全体的に参照符号４００で示されている。基本的に、壁流本体４００はモノリス２４と類似しており、同一または類似する部品あるいは特徴を示すために、同じ参照符号が使用される。
【００８４】
図面の図１４から分かるように、壁流本体４００は、基本的に、先端が切り取られた、すなわち、互いに平行な傾斜した入口面および出口面２８，３０を有する円筒状を成している。円筒状の本体４００の端部から見た外形の結果として、本体４００は、処理装置を形成するため、円筒状のハウジング内、例えば図１４に破線で示される所定長のパイプ内に収容可能である。したがって、入口面および出口面２８，３０は、ハウジングの上流側部分および下流側部分を貫通する中心に配置された軸に対して垂直ではなく、面２８，３０のそれぞれと直交する軸に沿ってハウジング上に投影されると、面２８，３０自体の面積よりも大きいハウジングの内側の湾曲した表面領域を覆う。これは、面２８，３０とハウジングとの間の放射熱交換を促進するために有益であると考えられる。処理装置は、破線で示されたパイプと同軸であっても良いがこのパイプよりも直径が小さいガス吸気口およびガス排気口を有していても良い。あるいは、本体４００に対して流入および流出するガス流の方向変化を最小限に抑えるため、ガス吸気口およびガス排気口は、破線で示されたパイプの中心長軸に対して所定の角度を成していても良い。
【００８５】
内燃機関からの燃焼ガスを処理するための処理装置、特に触媒型であるか否かにかかわらずそのような処理装置のコアは、煤トラップとして使用される場合、以下の４つの基本的な要件を満たさなければならない。
（１）粒子放出の法規を満たす適切な濾過効率
（２）燃料に関する不利益を最小限に抑え且つエンジンパワーを節約できる低い圧力低下
（３）煤再生中にフィルタの一体性を確保できる高い耐熱衝撃性または高い熱伝導率または放射能力
（４）コンパクトに組み込めるように単位体積当りの表面積が大きい
【００８６】
出願人は、図示のような本発明の多孔質壁流本体および本発明の処理装置がこれらの要件を非常に良く満たしていると考えている。しかしながら、図示された特定の実施形態は、他の実施形態よりもこれらの要件の幾つかに重点を置いている。特に、低い圧力低下および高い耐熱衝撃性の要件に関する限りにおいては、本発明のスラブ状の多孔質本体およびそれを組み込んだ処理装置は、出願人が把握している従来技術の装置、例えば平行な横断面を有する細長い円筒状の純粋なセラミック壁流モノリスを使用する処理装置よりも勝っている。図示のような本発明のスラブ状多孔質本体は、細長い円筒状の壁流モノリスと同じまたはそれよりも良好な総濾過領域を与えることができるが、多孔質本体の通路を通じた圧力低下では、それが実質的に減少される。当業者に良く知られているように、ディーゼル粒子材料の幾つかの成分は、再生または燃え尽きた後であっても、多孔質本体中に残るため、目詰まりが生じる。このことは、本発明のスラブ状多孔質本体に固有の低い圧力低下により、本発明のスラブ状多孔質本体においては、従来の多孔質本体の場合ほど問題にはならず、本発明の多孔質本体の煤トラップとしての寿命は、従来の多孔質本体に比べて延びると考えられる。また、本発明の多孔質本体の幾何学的構成によれば、比較的大きな排ガス入口面および出口面が形成され、多孔質本体のこれらの面は、多孔質本体内での局所的な温度上昇を更に抑制するための放射面としての機能を果たすことができる。このような利点は、これらの放射面が斜角であるにもかかわらず周囲と熱交換関係を成して処理装置の冷たい壁と対向する場合に大きくなる。したがって、図示の本発明の処理装置は、多孔質壁流本体の温度制御が関与している限り、特に重要な利点を示す。当業者であれば分かるように、触媒コンバータの触媒作用を効率的に行なうためには、内燃機関が始動された後、コンバータができる限り早く適切な温度（いわゆる着火温度）に達することが重要である。一般に、本発明の処理装置のハウジングは、壁流本体よりも十分に早く暖まる金属から成る。壁流本体は、多くの場合、セラミック材料から成ると考えられる。比較的大きな排ガス入口面および出口面を、ハウジングの対向壁およびこれら入口出口面に晒されるハウジングの一般的に大きな湾曲面領域に方向付けることにより、始動中、ハウジングは、多孔質壁流本体の放射加熱を促進するように作用する。これに対し、運転温度に達すると、特に壁流本体によって捕捉されたディーゼル粒子材料の燃焼を促進するために壁流本体が触媒を支持する処理装置の場合には、壁流本体からの熱を除去して触媒および壁流本体を保護することが重要である。これらの状態中、大きな排ガス入口面および出口面は、ハウジングの冷たい壁と対向するように有利に方向付けられる放射面としての機能を果たし、それにより、壁流本体から熱を除去する。図示の本発明の処理装置において、壁流本体との放射熱交換に関与するハウジングの表面積は、一般に、従来の装置のそれよりも大きく、湾曲しており、また、従来の装置と比べてうまく方向付けられている。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】内燃機関からの排ガスを処理するための本発明に係る処理装置の一実施形態における上から見た一部切り欠かれた斜視図である。
【図２】図１の装置の側面図を示している。
【図３】図１の装置の底面図を示している。
【図４】図１の装置の端面図を示している。
【図５】図１の装置の縦断面図（底部から見た）を示している。
【図６】図１の装置のコアの一部の拡大図を示している。
【図７】図６のコアの横断面図を示している。
【図８】本発明に係るコアの他の実施形態の横断面図を示している。
【図９】内燃機関の排ガスを処理するための本発明の他の実施形態に係る処理装置の縦断面図（底部から見た）を示している。
【図１０】内燃機関の排ガスを処理するための本発明の更なる実施形態に係る処理装置の縦断面図を示している。
【図１１】本発明に係る多孔質壁流本体の一実施形態の斜視図を示している。
【図１２】内燃機関からの排ガスを処理するための本発明の更に他の実施形態に係る処理装置の縦断面図を示している。
【図１３】内燃機関からの排ガスを処理するための本発明の更に他の実施形態に係る処理装置の縦断面図を示している。
【図１４】本発明に係る多孔質壁流本体の他の実施形態の斜視図を示している。
【図１】
2005519212.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年4月21日(2004.4.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関からの排ガスの処理での使用に適した多孔質壁流本体であって、当該本体のガス入口端部または入口面と当該本体のガス出口端部または出口面との間で当該本体の内部に沿って延びる複数の通路を有し、前記出口端部または前記出口面の１つの開口を貫通して前記通路の少なくとも１つの内部へと延びる中心に配置された長軸が、この長軸と交差する前記面の少なくとも１つの接線に対して垂直とはなっておらず、前記中心に配置された長軸と前記接線との間の鋭角が７０°以下である、多孔質壁流本体。
【請求項２】
前記鋭角が４５°〜２５°である、請求項１に記載の多孔質壁流本体。
【請求項３】
前記通路の最大長が１１０ｍｍである、請求項１または２に記載の多孔質壁流本体。
【請求項４】
前記通路の最大長および前記本体の体積が、前記体積に対する前記最大長の比が少なくとも１：５０００ｍｍ−２となるように設定されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の多孔質壁流本体。
【請求項５】
前記体積に対する前記最大長の比が、１：５０００ｍｍ−２〜１：１２００００ｍｍ−２の範囲である、請求項４に記載の多孔質壁流本体。
【請求項６】
前記比が１：１００００ｍｍ−２〜１：６００００ｍｍ−２である、請求項５に記載の多孔質壁流本体。
【請求項７】
少なくとも５Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有している、請求項１〜６のいずれか一項に記載の多孔質壁流本体。
【請求項８】
前記ガス入口端部または入口面および前記ガス出口端部または出口面が平面であり、前記通路の全てがこれらの面に対して非垂直に配置されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の多孔質壁流本体。
【請求項９】
前記入口面および前記出口面が平行であり、前記通路の全てが直線状の平行な閉塞された通路である、請求項８に記載の多孔質壁流本体。
【請求項１０】
前記通路の長さが１０ｍｍ〜１００ｍｍである、請求項１〜９のいずれか一項に記載の多孔質壁流本体。
【請求項１１】
前記通路の長さが２０ｍｍ〜８０ｍｍである、請求項１０に記載の多孔質壁流本体。
【請求項１２】
前記通路のうちの少なくとも幾つかが先細っている、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の多孔質壁流本体。
【請求項１３】
成形体である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の多孔質壁流本体。
【請求項１４】
触媒コンバータのコアであって、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の多孔質壁流本体と、内燃機関が排気する燃焼ガス中の望ましくない汚染物質を変換するのに適した触媒とを備え、前記触媒が前記本体によって支持されているコア。
【請求項１５】
ディーゼル粒子制御のための触媒トラップ用のコアであって、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の多孔質壁流本体と、前記本体によって捕捉されるディーゼル粒子材料の燃焼を促進させるのに適した触媒とを備え、前記触媒が前記本体によって支持されているコア。
【請求項１６】
内燃機関からの排ガスを処理するための処理装置であって、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の多孔質壁流本体を含み、この本体が、排ガス吸気口または上流側部分と排ガス排気口または下流側部分とを有するハウジング内に配置されている処理装置。
【請求項１７】
前記本体の前記通路の方向が、前記排ガス吸気口または上流側部分を貫通する中心に配置された軸および／または前記排ガス排気口または下流側部分を貫通する中心に配置された軸に対して１８０°以下の角度を成している、請求項１６に記載の処理装置。
【請求項１８】
前記本体の前記通路の方向と、前記排ガス吸気口または上流側部分を貫通する中心に配置された軸および／または前記排ガス排気口または下流側部分を貫通する中心に配置された軸との間の角度が、９０°〜１７５°である、請求項１７に記載の処理装置。
【請求項１９】
ディーゼル粒子トラップである、請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の処理装置。
【請求項２０】
処理装置の前記壁流本体が、この本体によって捕捉されるディーゼル粒子材料の燃焼を促進させるための触媒を支持している、請求項１９に記載の処理装置。
【請求項２１】
トラップとして機能できる他、触媒型であるか否かにかかわらず、ディーゼル粒子制御のため、内燃機関が排出する燃焼ガス中の望ましくないガス状汚染物質を変換するための触媒コンバータとして機能することができる、請求項１９に記載の処理装置。
【請求項２２】
直列に配置された少なくとも２つのコアを含み、１つのコアが、ガス状の汚染物質を変換するための触媒を含み、１つのコアが、随意的に、ディーゼル粒子材料を燃焼させるための触媒を含み、コアのうちの少なくとも１つが、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の前記壁流本体を備える、請求項２１に記載の処理装置。
【請求項２３】
コアのうちの少なくとも１つが、本体の一端から本体の他端へと延びる多数の端部が開口した非制限的な通路を有する流通本体を備える、請求項２２に記載の処理装置。
【請求項２４】
前記多孔質壁流本体の前記ガス入口面および／または前記ガス出口面が、この面自体と直交する軸に沿ってハウジング上に投影されると、面自体の面積よりも大きいハウジングの内側の表面領域を覆い、これにより、前記ガス入口面および／または前記ガス出口面とハウジングとの間の放射熱交換を促進させる、請求項１６〜２３のいずれか一項に記載の処理装置。
【請求項２５】
前記入口面または前記出口面の少なくとも一方が、それぞれ、排ガス吸気口もしくは上流側部分または排ガス排気口もしくは下流側部分を通って中心に配置された軸に対して非垂直となっている、請求項２４に記載の処理装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
この発明は、一般に、内燃機関からの排ガスの処理に関する。特に、本発明は、内燃機関からの排ガスの処理での使用に適した壁流本体（wall-flow body）、触媒コンバータまたは触媒トラップのためのコア、および、内燃機関からの排ガスを処理するための処理装置に関する。
【０００２】
欧州特許公開第０２２５４０２号明細書は、出口面に通路開口を有する壁流本体であって、その通路が出口面に対して非垂直となっているものを開示している。しかし、径方向に最も外側となる通路（出口面に対して最大の角度を持つもの）の中央に配置された長軸と、出口面との間の鋭角は、９０°よりも遙かに小さく、厳密には７０°よりも大きい。この配列の目的は、入口側の端部部分から壁流本体の出口側端部部分にかけて漸次、仕切り壁の厚さを増加させ、もって、排気ガスに含まれている微粒子が高収集効率で、そして局所的な閉塞を起こすことなく、均一に収集することにある。日本国特開平０４−３０１１３０号公報には、通路の方向に対して傾斜された領域を持ち且つ通路の方向に直角な中央領域を持つ出口面を有する壁流本体が開示されている。この特開平０４−３０１１３０号公報によれば、入口面の傾斜部分の目的は、入口面の傾斜領域から、フィルターが囲まれる加熱室への熱伝導を減少させることにある。また、これは、フィルタの径方向外側領域の温度を確実に高めることにより、フィルタの外側領域のフィルタ再生を改善し、外側領域の空気の流れを改善することも考えている。米国特許第５３３０７２８号明細書には、流れ流通本体が開示されており、この本体は、そこを通って延びる直線状の平行な通路に非垂直な入口面と出口面とを有している。この構成により、流れ流通本体はキャニスタ（缶）内に取り付けられることが可能となり、当該本体がコンバータの断面の対応的な増加を生ずることなく、増加前方エリア又は増加入口エリアを有することができ、また、直角流れチャンネルが、かかる触媒コンバータによる排気システムに起こる背圧時に、排気流れに対して流れ流通本体の直角の取り付けの影響を最小とすることができる。
【０００３】
本発明の一態様においては、内燃機関からの排ガスの処理での使用に適した多孔質壁流本体であって、上記本体は、本体のガス入口端部または入口面と本体のガス出口端部または出口面との間で本体の内部に沿って延びる複数の通路を有し、上記面の一方の１つの開口を貫通して上記通路の少なくとも１つの内部へと延びる中心に配置された長軸は、この中心長軸と交差する上記面の少なくとも１つの接線に対して垂直ではない多孔質壁流本体が提供される。
【０００４】
複数の通路の開口を貫通する中心に配置された長軸はそれぞれ、この中心長軸と交差する上記面の一方の少なくとも１つの接線と垂直ではないことが好ましい。本発明の一実施形態において、全ての通路の入口および出口を貫通する中心に配置された長軸は、この中心長軸と交差するガス入口面およびガス出口面のそれぞれの各接線と垂直ではない。
【０００５】
中心に配置された上記長軸と上記接線との間の鋭角が７０°以下であり、好ましくは４５°〜２５°であり、更に好ましくは約４０°〜約３０°であり、例えば３５°である。
【０００６】
上記通路の最大長は１１０ｍｍである。上記通路の最大長および上記本体の体積は、上記体積に対する上記最大長の比が少なくとも１：５０００ｍｍ−２となるように設定されている。
【０００７】
上記体積に対する上記最大長の比は、上限値と下限値とを有する範囲にあっても良い。下限値は、前述したように少なくとも１：５０００ｍｍ−２である。しかしながら、下限値は、約１：１００００ｍｍ−２または約１：２００００ｍｍ−２であっても良い。上限値は、約１：３００００ｍｍ−２または更に高い１：６００００ｍｍ−２、あるいは、１：１２００００ｍｍ−２であっても良い。
【０００８】
本体は、少なくとも１Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有していても良い。本体は、好ましくは少なくとも５Ｗ／ｍＫ、更に好ましくは少なくとも１０Ｗ／ｍＫ、最も好ましくは少なくとも２０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有している。
【０００９】
多孔質壁流本体において、各通路は、一般に、本体の少なくとも一端部または面で開口しており、通路の少なくとも幾つかは、本体の他端部または面よりも本体の一端部または面に近い位置で抑制体によって抑制されるとともに、本体の上記他端部または面で開口している。また、通路の少なくとも幾つかは、本体の上記一端部または面よりも本体の上記他端部または面に近い位置で抑制部によって抑制されるとともに、本体の上記一端部または面で開口している。通路の全てが直線状で且つ平行であることが好ましい。本体は、端部が開口した気孔を備えた多孔質内部を有している。通路の上記抑制部は、これらの抑制部から離れた本体の端部または面で抑制された通路の開口端に入るガス流が、通路と直交する方向に向かって流れ、本体の多孔質内部を通じて、すなわち、通路の壁を通じて、抑制部から離れた本体の反対側の端部または面に開口端を有する通路内に流れ、そこから本体の上記反対側の端部または面にある上記開口端を介して本体から出るのを促すように作用する。
【００１０】
上記抑制部は、通路に沿うガス流のために利用できる通路の断面積を減少することにより通路を単に絞るように作用することができ、あるいは、上記抑制部は、通路を閉塞して仕切ることによりガスが仕切られた通路から流出することを防止するように作用することができる。本体の多孔質内部に入ることなく本体の一端から他端へと通路に沿って流れる任意のガス流と比べて本体の多孔質内部を通じた所望の度合いの上記直交ガス流を促進させるように、本体の材料の気孔率、通路同士の間隔、通路の断面積とともに、抑制度合いが選択される。その上流側端部に開口端を有する全ての通路が閉塞されている場合、通路の開口端を介して本体内に入ったガスの全ては、ある局面で、本体の多孔質材料を垂直に貫通して流れるが、その上流側端部に開口端を有する通路の少なくとも幾つかが閉塞されておらず単に絞られているだけである場合あるいは全く抑制されていない場合には、ガスの一部は、本体の多孔質内部に全く入ることなく、そのような通路に沿って本体を通じて真直ぐに流れることができる。
【００１１】
通路の全てが同じ断面形状または同じ断面積を有している必要はない。また、そのような通路の面積は、その大きさや形状が全長にわたって一定である必要はない。したがって、幾つかの通路は、他の通路よりも狭くあるいは広くても良い。また、幾つかの通路が円形断面を有し、および／または、他の通路が正方形／長方形断面または星型断面を有していても良い。したがって、本発明においては、かなり自由度をもって、通路のサイズおよび形状、本体内における通路の位置、通路の数、通路同士の間隔を変えることができ、また、本体の気孔率を変えて、本体の一端から他端に向かう所望のガス流パターンを促進させることができることは言うまでもない。この場合、ガスの少なくとも一部は、本体の多孔質内部を貫通する。しかしながら、最も一般的な形状の通路は、単に閉塞されただけの直線状の平行な通路であると考えられる。
【００１２】
したがって、本発明の特定の実施形態において、通路のほぼ半分は、本体の一端部または面で開口し、本体の他端部または面へと延びるとともに、その本体の他端部または面において閉塞されていても良く、また、残りのほぼ半分の通路は、本体の上記他端部または面で開口し、本体の上記一端部または面まで実質的にずっと延びるとともに、その一端部または面において閉塞されていても良い。また、全ての通路が同じ断面形状を成し、通路は、両端部間または両端面間にある本体の任意の側の側面に隣接する部分を除き、本体の一端部または面で開口する各通路が本体の他端部または面で開口する通路によって取り囲まれ、本体の他端部または面で開口する各通路が本体の一端部または面で開口する通路によって取り囲まれ、本体の任意の側の側面に隣接する通路が部分的にのみ取り囲まれるように、配置される。通路のほぼ半分とは、通路の４９％〜５１％を意味する。なお、本体は、その断面が多角形でない場合、例えば円形や楕円形状の断面である場合には、１つの側面を有し、あるいは、その断面が多角形である場合などにおいては、複数の側面を有する。
【００１３】
ガス入口端部または面およびガス出口端部または面が平面であり、全ての通路が上記面に対して非垂直に配置されることが好ましい。しかしながら、段付き状、凸状、凹状に湾曲した面などの他の形状も本発明の範囲から排除されない。
【００１４】
通路の長さは、約４０ｍｍの下限値、または、約２０ｍｍの下限値、あるいは、約１０ｍｍの下限値を有する範囲であっても良い。範囲の上限値は、約６０ｍｍ、または、約８０ｍｍ、あるいは、１００ｍｍであっても良く、または、前述したように約１１０ｍｍであっても良く、例えば約４９ｍｍであっても良い。
【００１５】
本体の一端部または面は、約２５０００ｍｍ２、または、約１５０００ｍｍ２、あるいは、約５０００ｍｍ２の下限値を有する範囲内に入ることができる投影面積を有していても良い。範囲の上限値は、約３００００ｍｍ２、あるいは、約６００００ｍｍ２、または、約１２００００ｍｍ２であっても良い。本体の他端部または面は、本体の一端部または面と同じ投影面積を有していても良く、あるいは、異なる投影面積を有していても良い。
【００１６】
本発明の一実施形態において、本体は、側方から見て、直角ではない少なくとも１つの角部を規定する辺を有する平行四辺形の外形を有している。本発明のこの特定の実施形態において、本体は、上記面と平行な断面が矩形を成しており、その一端部または面および他端部および面の投影面積の外形が矩形を成している。無論、本体は、正方形、円形、楕円形、卵形であっても良く、あるいは、上記面と平行な幾つかの他の所望の断面すなわち通路と直交する幾つかの他の所望の断面が上記形状であっても良い。
【００１７】
通路は、下限値が約２ｍｍ２、あるいは、約１．５ｍｍ２、または、約１ｍｍ２の範囲の断面積を有していても良い。範囲の上限値は、約３ｍｍ２、あるいは、約１２ｍｍ２、または、約４８ｍｍ２であっても良い。
【００１８】
通路は、互いに等間隔であることが好ましいが、他の配置間隔も本発明の範囲から排除されない。隣り合う通路同士の間の間隔は、下限値が約０．３ｍｍ、または、約０．２ｍｍ、あるいは、約０．１ｍｍの範囲にあっても良い。範囲の上限値は、約１ｍｍ、または、約２ｍｍ、あるいは、約５ｍｍであっても良い。このような間隔は、隣り合う通路同士の間の多孔質本体材料の厚さ、すなわち、通路の壁厚の尺度を与える。通路の断面積および通路間隔は、一般に、約１セル／通路／１０ｍｍ２の下限値を有する範囲となる通路密度が得られるように選択される。下限値は、約１セル／通路／２５ｍｍ２、または、約１セル／通路／７０ｍｍ２であっても良い。範囲の上限値は、約１セル／通路／５ｍｍ２、または、約１セル／通路／３ｍｍ２、あるいは、約１セル／通路／２ｍｍ２であっても良い。
【００１９】
通路は、多角形または非多角形の断面を有していても良い。本発明の一実施形態において、通路は、断面が正方形または長方形を成しており、正方形格子配列で配置される。無論、代わりに、他の断面（例えば、細長、矩形、楕円、卵型、星型等）を持つ通路を使用することもできるが、一般には、前述したように、通路は、断面積および間隔／配列が同じである。
【００２０】
通路は、その全長にわたって一定の断面積を有していても良く、あるいは、通路の少なくとも幾つかが先細っていても構わない。本発明の一実施形態において、本体の一端部に開口端を有する通路は、本体の他端部にあるその閉端部に向かって先細っており、本体の他端部にその開口端を有する通路は、その全長にわたって一定の断面積を有する。あるいは、本発明の他の実施形態において、本体の一端部に開口端を有する通路は、本体の他端部にあるその閉端部に向かって先細っており、本体の他端部にその開口端を有する通路は、本体の一端部にあるその閉端部に向かって先細っている。したがって、以上から分かるように、正方形または長方形の通路の場合、一実施形態においては、通路の壁厚がその全長にわたって変化し、他の実施形態においては、壁厚が通路の全長にわたって一定であっても良い。
【００２１】
本体の全ての通路が閉塞され或いは仕切られている場合には、本体の気孔を詰まらせてしまう虞がある例えば灰や煤といった混入粒子等の固体が十分に無い流体の処理に適している。そのような粒子が予期される場合には、その開口端を介して流体を受け且つ本体内への流体入口路を形成する通路は、両端が開口するとともに、例えば先細りさせることにより、あるいは、やせ衰えた形状またはベンチュリ形状の抑制部を下流側端部に有することにより抑制され、それにより、下流側端部内に形成された粒子が邪魔されるべく下流側端部から出られるようにしても良い。無論、本体の下流側端部で開口するとともに本体からの出口路を形成し且つ本体の多孔質内部から流体を受ける通路は、必要に応じて、その上流側端部で閉塞され或いは仕切られていても良い。その入口通路が閉塞および仕切られておらず且つその出口通路がその上流側端部で閉塞されて仕切られている本体は、基本的に、粒子を自己清浄する以外に、灰や煤等の粒子を例えばディーゼル排ガスから分離するためにも使用され、粒子を含むガスは、入口通路の下流側端部から出て、出口通路から出る清浄なガスから分離されたままに維持され、これにより、当該ガスの少なくとも一部が清浄される。無論、入口通路が閉じられた本体は、ディーゼル粒子材料トラップ等としての使用に特に適している。
【００２２】
本体の材料は、互いに接続され且つ無視できる数少ない例外を除いて閉塞されておらず且つ互いに分離され且つ本体の表面の開口部で開口する開口気孔、毛細管、または、細管から成る開口多孔質内部を有している。本体は、下限値が約１０μｍ、あるいは、約５μｍ、または、約２μｍの範囲の平均的な気孔サイズを有していても良い。範囲の上限値は、約８０μｍ、または、約１００μｍ、あるいは、約２００μｍであっても良い。したがって、この場合、用語「気孔」および「多孔質」は、本体の表面で開口する開口部に限定されず、本体の内部で互いに接続する毛細管および細管を含むものである。また、開口多孔質内部は、気孔が閉塞され且つ互いに分離されている閉塞多孔質内部と対比されるべきものである。したがって、気孔の数、サイズ、間隔が選択されても良い。特に、本体の開口多孔質内部は、約４０μｍ〜約８０μｍの平均気孔サイズを有する気孔を備えていても良く、本体材料は、以下の方程式によって規定されるように、通路の体積部分を除き、約３０％〜約９０％、好ましくは約４０％〜約７５％、例えば約５０％の気孔率を有している。
気孔率＝１００×（Δｃ−Δｍ）／Δｃ
ここで、Δｃは、任意の通路または気孔を除く本体の材料の密度であり、
Δｍは、任意の通路を除くが気孔を含む本体全体のかさ密度である。
【００２３】
本体は、モノリスの形態を成していても良い。あるいは、本体は、互いに取り付けられて壁流本体を形成する複数の本体要素を備えていても良い。
【００２４】
必要に応じて、一組の通路、すなわち、多孔質本体の同じ端部または面に開口端を有する一組の通路は、多孔質本体全体における平均気孔サイズよりも小さい平均気孔サイズを有し且つ通路のライニングを成す膜を備えていても良い。そのような膜によれば、多孔質本体の濾過効率が非常に高くなり、多孔質本体がフィルタケーキ無しの清浄である場合であっても、煤粒子が多孔質本体を通過すること（いわゆる「吹出し」）を抑制できる。本発明のそのような実施形態においては、膜を除き、多孔質本体の平均気孔サイズを大きくすることにより、触媒コンバータ用のコアとして使用される場合、コアの濾過効率を低下させることなく、多孔質本体内での触媒再生の可能性を高めることができる。以上から分かるように、このような構成により、煤粒子は、多孔質本体を貫通することができるが、多孔質本体から出ることが妨げられる。膜は、比較的大きな気孔から始まって、煤が多孔質本体から出ないようにする十分に小さい気孔で終わる、通路間の壁の厚さに沿う多孔質本体の気孔サイズの勾配によって設置されても良い。あるいは、１つの大きな気孔サイズから直接に１つの小さな気孔サイズへと移行することも可能である。膜は、薄くても良く、その厚さが、０．０２ｍｍ〜５ｍｍ、好ましくは０．０５ｍｍ〜０．４ｍｍであっても良い。また、膜は、一般に、１μｍ〜５０μｍの範囲、好ましくは２μｍ〜１５μｍの範囲の平均気孔サイズを有している。膜は、適切な気孔サイズを有する別個の層を通路に対して固定することにより、あるいは、多孔質本体内の通路の近傍で気孔を実際に減らすことにより得られても良い。膜を通路に対して付加する好ましい方法は、膜を構成するための粒子または繊維を含むスラリーを製造し、使用中のガスが多孔質本体によって濾過される方向と反対の方向で上記スラリーを多孔質本体に通過させることである。
【００２５】
多孔質本体は、アルミニウム、銅、鉄、その合金、例えば真鍮、青銅、ジュラルミン、ステンレススチールから成るグループから選択される金属材料によって形成されていても良い。クロム、モリブデン、ニッケル、銀、チタン等の他の金属が多孔質本体で都合良く使用されても良く、あるいは、合金を組み合わせて多孔質本体を形成しても良い。また、マンガン、バナジウム、イットリウム、希土類金属、例えばセリウム、ランタン、ネオジム、貴金属、例えばプラチナ、パラジウム、ロジウム等の他の金属が使用されても良い。あるいは、多孔質本体は、ＳｉＣ、Ｂ４Ｃ、ＮａｘＷｏ３（ｘは０〜１、例えばｘは０．３〜０．９）、Ｍ２Ｂ、ＭＢ、ＭＢ２、Ｍ２Ｂ５、Ｍ２Ｃ、ＭＮ、Ｍ３Ｓｉ、Ｍ３Ｓｉ２、Ｍ５Ｓｉ３、ＭＳｉ２（Ｍは、ＭｏまたはＷ）から成るグループから選択される材料によって形成されても良い。多孔質本体は、セラミック本体であっても良い。一般に、多孔質本体は、粒子材料によって形成される。粒子材料は、約１μｍ〜約２５０μｍ、好ましくは約１０μｍ〜約１５０μｍ、一般的には約３０μｍ〜約１００μｍの粒径を有していても良い。本発明の一実施形態において、多孔質本体は、セラミック材料と、多孔質本体の熱伝導率を少なくとも５Ｗ／ｍＫまで高める添加物との混合物である。添加物は、前述した材料から選択されても良い。
【００２６】
本発明は、触媒コンバータ用のコアにまで及ぶ。このコアは、前述した多孔質壁流本体と、内燃機関が排出する燃焼ガス中の望ましくない汚染物質を変換するのに適した触媒とを備える。この場合、触媒は、本体によって支持される。
【００２７】
したがって、コアは、上記ガスの望ましくない成分を殆ど有害ではない形態に触媒変換することにより燃焼ガスを処理する触媒を有している。触媒は、本体の多孔質内部の気孔の表面上に支持されている。しかしながら、触媒の一部は、本体の内部に沿って延びる任意の通路の表面上に支持されていても良い。
【００２８】
適切な触媒濃度、すなわち、本体の単位体積当りの触媒の量または本体の単位体積当りの触媒的に活性な場所の数を決定して、有効な触媒変換を行なうため、平凡な実験が使用される。この目的のために一般に使用されるタイプのプラチナ／ロジウム（ｐｔ／Ｒｈ）触媒の場合、多かれ少なかれ、従来の触媒濃度が使用されても良い。
【００２９】
本発明は、更に、ディーゼル粒子制御のための触媒トラップ用のコアにまで及ぶ。このコアは、前述した多孔質壁流本体と、本体によって捕捉されるディーゼル粒子材料の燃焼を促進するのに適した触媒とを備える。この場合、触媒は、本体によって支持される。
【００３０】
したがって、コアは、約１５０℃〜５００℃、一般的には３５０℃〜４５０℃のディーゼル排気温度でのディーゼル粒子材料（一般に、吸収された炭化水素、硫酸塩、金属酸化物を支持する煤集合体の混合物）の触媒燃焼を可能にする触媒を含む。触媒は、本体の多孔質内部の気孔の表面上に支持される。しかしながら、触媒の一部は、本体の内部に沿って延びる任意の通路の表面上に支持されていても良い。
【００３１】
多孔質本体の気孔率が十分に高い場合には、ガスまたは煤が触媒と相互に作用する面積を増大させるため、多孔質本体は、通路内および本体の気孔内に表面増大コーティングを有していても良い。表面増大コーティングは、一部の物質が通路および気孔壁上に堆積するように触媒を含む溶液またはスラリーを多孔質本体に通して洗浄することによって堆積されるいわゆる「ウォッシュコート」の形態を成していても良い。
【００３２】
触媒は、Ｃｕ−Ｋ−Ｖ系の触媒であっても良い。これに代えて、あるいは、これに加えて、触媒は、バナジウム酸塩によって殆ど支配される酸化還元メカニズムによりディーゼル粒子材料の触媒燃焼に有利に働くバナジウム酸塩と塩化物との混合物に基づく触媒であっても良い。また、触媒は、ガス状の炭化水素および一酸化炭素の酸化に加えディーゼル排ガスの水溶性有機物質を酸化することによりディーゼル排ガスの全粒子含有量を一般に３０〜５０％まで下げることができるいわゆるディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）であっても良く、あるいは、これを含んでいても良い。ＤＯＣは、一般に、ガスと液状の有機物との接触を最大にする表面積が大きいアルミニウム酸化物または二酸化珪素等のキャリア上に分散されたプラチナまたはパラジウム、または、これらの両者から成る。
【００３３】
多孔質本体のための任意の特定の材料の選択は、多くの要因によって影響され得る。その要因としては、内燃機関が排出する燃焼ガス中の望ましくない汚染物質を変換し或いはディーゼル粒子材料を触媒燃焼させる触媒として機能する材料自体の能力および／またはそのような触媒と材料との適合性を挙げることができる。したがって、カーボン酸化触媒効果を有するため、銅合金または合金の組み合わせ、例えば真鍮や青銅の合金、更なる幾つかの金属酸化物、例えば酸化第１鉄、酸化マンガンが挙げられ、真鍮および青銅、または、一般に、銅合金が多孔質本体に適した材料であるかもしれない。結合剤等の別個の材料および多孔質本体が晒される環境に対する耐性に関して更に考慮することも、１または複数の材料の選択に影響を与え得る。無論、コストおよび高い熱伝導率は重要であり、本発明の多孔質壁流本体においては、金属アルミニウム、銅、鉄、スチールが重要な役割を果たし得ると考えられる。コストの観点からは、セラミック壁流本体が魅力的である。
【００３４】
また、本発明は、内燃機関からの排ガスを処理するための処理装置にまで及ぶ。この処理装置は、排ガス吸気口または上流側部分と排ガス排気口または下流側部分とを有するハウジング内に配置される前述した多孔質壁流本体を有している。
【００３５】
本体の通路の方向は、上記排ガス吸気口または上流側部分を貫通する中心に配置された軸および／または上記排ガス排気口または下流側部分を貫通する中心に配置された軸に対して１８０°以下の角度を成していても良く、例えば約９０°〜約１７５°の角度、一般的には、約１３５°〜約１７５°の角度をなしていても良い。
【００３６】
処理装置の特に有利な実施形態において、上記多孔質壁流本体の上記ガス入口面および／または上記ガス出口面は、この面自体と直交する軸に沿ってハウジング上に投影されると、面自体の面積よりも大きいハウジングの内側の表面領域を覆い、これにより、上記ガス入口面および／または上記ガス出口面とハウジングとの間の放射熱交換を促進させ、上記本体の上記入口面または上記出口面の少なくとも一方はそれぞれ、排ガス吸気口または上流側部分と排ガス排気口または下流側部分とを貫通する中心に配置された軸に対して垂直ではない。
【００３７】
一般に、ハウジングは、本体の周囲にほぼ気密状態で嵌合しており、それにより、極僅かな量の排ガスしか、ハウジングの吸気口または上流側部分を通じてハウジングの排気口または下流側部分へと本体の周囲で本体を貫通することなく流れることができない。すなわち、本体が金属ハウジング内に配置され、ハウジングが対向する端部を有し、各端部にはそれぞれ、排ガス吸気口または上流側部分および排ガス排気口または下流側部分を形成する開口が設けられ、本体は、吸気口または上流側部分に入る排ガスの少なくとも主要な部分をそれが排気口または下流側部分から出る前に本体の管路および気孔を介して本体の内部に通過させるように、ハウジング内に配置されていても良い。この場合、ハウジングは本体の周囲に密に嵌合し、それにより、本体の外面とハウジングの内面との間にほぼ気密なシールが形成されるとともに、吸気口または上流側部分に入る極僅かな量の排ガスだけしか、吸気口または上流側部分から排気口または下流側部分へと本体の内部を貫通することなく流れることができない。
【００３８】
本発明の一実施形態において、吸気口または上流側部分および排気口または下流側部分を貫通する中心に配置された軸同士は、平行である。すなわち、吸気口または上流側部分および排気口または下流側部分は、互いに離間する平行な面内にあり、本体の通路の方向は、吸気口または上流側部分を貫通する中心に配置された軸および排気口または下流側部分を貫通する中心に配置された軸に対して１８０°未満の角度を成している。上記角度は、約９０°〜約１７５°、一般的には約１３５°〜約１７５°、例えば約１５５°であっても良い。
【００３９】
処理装置は、ディーゼル粒子トラップであっても良い。
【００４０】
処理装置の壁流本体は、本体によって捕捉されるディーゼル粒子材料の燃焼を促進させるための触媒を支持していても良く、したがって、前述したコアの一部を形成していても良い。
【００４１】
トラップとして機能できる他、触媒型であるか否かにかかわらず、ディーゼル粒子制御のため、処理装置は、内燃機関が排出する燃焼ガス中の望ましくないガス状汚染物質を変換するための触媒コンバータとして機能することができても良い。
【００４２】
したがって、本体は、燃焼ガスの処理のための触媒、随意的にはディーゼル粒子材料を燃焼させるための触媒を支持していても良い。また、処理装置は、直列に配置された２つ（またはそれ以上）のコアを有し、１つのコアが、ガス状の汚染物質を変換するための触媒を有し、１つのコアが、随意的に、ディーゼル粒子材料を燃焼させるための触媒を有していても良い。一般に、ガス状の汚染物質を変換するための触媒を有するコアは、他のコアよりも上流側にある。このような配置構成により、上流側コア内で二酸化窒素を形成することができ、その後、二酸化炭素を生じさせるために、この二酸化窒素を、下流側コア内で捕捉された煤と約２５０℃を上回る温度で連続的に反応させるために使用することができる。したがって、処理装置は、いわゆる連続再生トラップ（ＣＲＴ）であっても良い。コアのうちの少なくとも１つは、前述されたコアである。コアのうちの１つ、一般にはガス状汚染物質の変換のための触媒を有するコアは、本体の一端から本体の他端へと延びる多数の開口した非制限的な通路を有する流通本体を備えたコアであっても良い。
【００４３】
本発明の多孔質壁流本体は、多くの周知のプロセスによって、例えば略単一サイズの粒子材料の押し出し成形等といった湿潤圧密（ｍｏｉｓｔ  ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ）によって形成することができるが、壁流本体または本体要素の更に好ましい形成形態は、液体および／または固体結合剤を使用する成形プロセスであると考えられる。適切な金型を用いた成形プロセスを使用することにより、その一端が閉塞された通路を有する本体を成形することができ、押し出し成形を用いた場合において必要となるような、事後において通路を閉塞するといったことを行なわないで済む。また、成形プロセスによれば、様々な断面積を有する通路、例えば先細りの通路を形成することができる。また、このようなことは、押し出し成形では行なうことができない。任意の適当な方法により、例えば、溶液から、あるいは、気相から、または、ゾル／ゲル法により行なうことができる触媒堆積は、本体の多孔質内部および本体の内部に沿って延びる通路の表面上の両方に触媒を堆積させるため、本体の焼結前または後において実行されても良い。
【００４４】
鋳造すなわち成形プロセスを使用せず、一時気孔形成剤、例えば、シリコン化合物、ポリプロピレン、または、ポリスチレン等の有機高分子材料といったプラスチック材料から成る球体または繊維等を使用して或いは使用することなく、良く知られたコールドコンパクト（ｃｏｌｄ  ｃｏｍｐａｃｔ）プロセスを用い、その後、焼結する、いわゆる無圧焼結方法を使用して、多孔質本体を形成しても良い。
【００４５】
多孔質本体の特定の粒子材料に応じて、材料同士が直接に結合しても良い。この場合、材料は、例えば圧力を加えることにより、または、熱、例えば電流によって形成される熱を加えることにより、あるいは、材料を単に加熱することにより結合され、これに代え、あるいは、これに加えて、結合剤によって互いに結合されても良い。エラストマー材料、熱可塑性材料、または、合成高分子材料、樹脂系結合剤等の多くの適した結合剤が当業者に知られている。また、多孔質本体内で材料同士が結合される場合、結合剤は、モリブデン、スズ等の金属、金属塩の還元によって形成される金属、例えば粒子金属材料の表面の化学処理によって形成される金属塩または金属酸化物であっても良い。また、これに代え、あるいは、これに加えて、結合剤は、粘土等のケイ酸塩、または、水酸化アルミニウムケイ酸塩、あるいは、他の金属ケイ酸塩化合物、例えケイ酸ポタジウムまたはケイ酸ナトリウムであっても良く、これは技術的に良く知られた結合剤である。更に考えられる結合剤は、特に多孔質本体がＳｉＣを含む場合、ケイ酸エステルである。
【００４６】
焼結プロセスにおいて粒子材料同士が結合される場合には、当該材料中における酸化物の形成を粒子金属または焼結される他の金属の表面で実質的に排除するため、水素雰囲気または真空下といった還元性雰囲気内で焼結プロセスが行なわれることが好ましい。また、粒子材料は、焼結プロセス前に、材料に対して熱が更に加えられても良いいわゆる静水圧プレス成形において圧力を材料に加えることにより、凝縮されても良い。
【００４７】
以下、添付図面を参照しながら、一例として、本発明を説明する。
【００４８】
図面の図１〜図５を参照すると、参照符号１０は、全体的に、内燃機関からの排ガスを処理するための処理装置を示している。装置１０は、大まかには、コア１２と、ハウジング１４とを有している。
【００４９】
ハウジング１４は、内燃機関の消音器に一般に使用されるタイプのスチールから成る。ハウジング１４は、フランジ状の排ガス排気口１８から離間されたフランジ状の排ガス吸気口１６を有している。また、ハウジング１４は、吸気口１６に通じる入口チャンバ２０と、排気口１８に通じる出口チャンバ２２とを備える。入口チャンバ２０および出口チャンバ２２は、コア１２によって分離されている。図面の図１および図３から明確に分かるように、入口チャンバ２０および出口チャンバ２２は、吸気口１６および排気口１８からそれぞれ離れているその端部領域が先細っている。
【００５０】
図２に示されるように処理装置１０を側方から見た時に、吸気口１６および排気口１８は、離間した垂直面内に配置されているが、同じ水平面内に配置されている。底面図においては、図面の図３に示されるように、吸気口１６および排気口１８は、一直線に並んでいない。しかしながら、処理装置１０は、任意の方向、例えば図面の図２に示されるような横方向、あるいは、垂直方向であっても、使用できることは言うまでもない。
【００５１】
コア１２は、矩形パネルまたはスラブの形態を成す多孔質壁流（ｗａｌｌ−ｆｌｏｗ）モノリス（コンクリートパネル）２４を備える。モノリス２４は、コージライトモノリス等の純粋なセラミックモノリスの熱伝導率を上回る熱伝導率（例えば、約２０Ｗ／ｍＫ）を示す材料または混合材料から成る。しかしながら、動作状態に応じて、純粋なセラミック材料をコア１２に使用しても良い。モノリス２４は、ハウジング１４内に気密状態でぴったりと嵌め付けられている。セラミックシールフェルト１５は、モノリス２４とハウジング１４との間のシールを形成している。
【００５２】
モノリス２４は、モノリス２４の入口端部または入口面２８からモノリス２４の出口端部または出口面３０へと延びる方向で、モノリスの内部に沿って延びる複数の通路２６を有している。
【００５３】
モノリス２４は、通路２６の方向で測定された約５０ｍｍの長さまたは厚さを有している。入口端部または入口面２８は、５２４２８ｍｍ２の実際の投影面積を入口端部２８に与える１０２ｍｍ×５１４ｍｍの寸法を有している。したがって、モノリス２４の体積に対するモノリス２４の長さまたは厚さの比は、約１：５２４２８ｍｍ−２である。
【００５４】
通路２６は、互いに平行に延びるとともに、入口端部または入口面または入口表面２８および出口端部または出口面または出口表面３０と垂直に延びている。通路２６は、互いに均等に離間されている。
【００５５】
図１の詳細を示す図６の拡大図において２６．１で表わされた通路２６の半分は、モノリス２４の出口端部または出口面３０で開口している。図６において２６．２で表わされた通路２６の残りの半分は、モノリス２４の入口端部または入口面２８で開口している。通路２６．１の上流側端部は、モノリス２４の多孔質端壁３２によって閉塞され或いは仕切られている。同様に、通路２６．２の下流側端部は、モノリス２４の多孔質端壁３４によって仕切られている。
【００５６】
通路２６は、断面が正方形を成しており、正方形格子配列で配置されている。図面の図７から明確に分かるように、通路２６．２は、下流側方向に先細っており、これに対し、通路２６．１は、下流側方向に広くなっている。隣り合う通路２６を区画する側壁３６は、その全長にわたって一定の厚さを有している。図面に示された実施形態において、この厚さは約０．４３ｍｍである。したがって、通路間隔および通路サイズを設定することにより、約１セル／通路／６．４５ｍｍ２の通路密度になる。
【００５７】
通路２６．１，２６．２は、その最も幅広い場所において、約４．４４５ｍｍ２の断面積を有している。通路２６，１，２６．２は、その最も狭い場所においては、約１．５４５ｍｍ２の断面積を有している。
【００５８】
通路２６．１，２６．２は、一般に、各通路２６．１が多かれ少なかれ四方を通路２６．２によって取り囲まれ且つ各通路２６．２が多かれ少なかれ四方を通路２６．１によって取り囲まれるように配置されているが、無論、このような結果は、シールフェルト１５によりハウジング１４に対してシールされるモノリス２４の外周面の近傍では完全に達成され得ない。
【００５９】
モノリス２４の多孔質内部は、顕微鏡でなければ見えない通路またはチャンネル（図示せず）の形態を成す互いに接続された開口する気孔によって占められている。この場合、気孔サイズは約２０μｍであり、モノリス２４は、全体として、約５０％の気孔率を有している。
【００６０】
モノリス２４の通路２６の方向は、排ガス吸気口１６の中心を貫通して配置された軸３８に対して所定の角度を成すとともに、排ガス排気口１８の中心を貫通して配置された軸４０に対して所定の角度を成している（図面の図５参照）。このような配置により、処理装置１０を有利に小型化できるとともに、モノリス２４からその周囲への熱放射に関してかなりの利点を有する。
【００６１】
処理装置１０は触媒コンバータであっても良く、また、コア１２は、それ自体、モノリス２４の多孔質内部が開口する通路２６の多孔質面上およびモノリス２４の多孔質内部の実際の気孔内の両方に、通路２６の上記気孔内および上記多孔質面上に堆積されたプラチナ／ロジウム触媒によって形成される触媒部位を有している。触媒堆積は、触媒コンバータの意図する目的に適した触媒部位密度で、従来の方法により達成されても良い。そのような触媒コンバータは、ペトロールまたはガソリン誘導型の内燃機関の排ガスシステムでの使用に適しており、そのようなエンジンの排ガスの望ましくない成分を、望ましくない成分が殆ど無い形態に触媒変換する。
【００６２】
処理装置１０は、触媒コンバータではなく、ディーゼル粒子制御のための触媒トラップの形態を成していても良い。したがって、コア１２は、約１５０℃〜５００℃の一般的なディーゼル排気温度でモノリスにより捕捉されるディーゼル粒子材料の燃焼を促進するのに適した触媒を含む。この場合も同様に、触媒は、モノリス２４の多孔質内部の気孔の面上およびモノリス２４の内部に沿って延びる通路２６の面上に支持される。
【００６３】
使用時、処理される内燃機関排ガスは、吸気口１６を通じて、装置１０のハウジング１４内に入る。このガスは、入口端部２８の通路２６．２の開口する上流側端面を介してコア１２内に入った後、通路２６と直交する方向に流れ、通路２６間の多孔質材料を通じて、コア１２の出口端部３０で開口する通路２６．１に入り、この通路２６．１から、ハウジング１４の出口チャンバ２２内へと出た後、排気口１８を介してハウジング１４から出る。排ガスとコア１２の材料との間で密な接触が行なわれることにより、排ガスと触媒部位との接触が促進され、排ガス中の望ましくない燃焼生成物から二酸化炭素および水等の更に望ましい燃焼生成物への効果的な触媒変換が促進される。処理装置１０が煤トラップである場合、コア１２はディーゼル粒子材料を捕捉し、このディーゼル粒子材料は、その後、煤トラップの動作温度で触媒燃焼される。
【００６４】
図面の図８を参照すると、モノリスの他の実施形態の通路２６が示されている。図７の通路２６．２とは異なり、図８の正方形の通路２６．２は、その全長にわたって一定の断面積を有している。しかしながら、図８の通路２６．１は、図７の通路２６．１と同様であり、その閉端部で小さい断面積を有し且つその開端部に向かって徐々に幅が広くなっている。図面の図８から分かるように、このような配置により、図８のモノリスの通路２６の側壁３６は、入口端部または入口面２８の近傍で厚さが厚く、出口端部または出口面３０に向かって徐々に薄くなっている。無論、このような配置は、必要に応じて逆になっていても良い。
【００６５】
図面の図９を参照すると、いわゆる連続再生トラップ（ＣＲＴ）の形態を成す装置が全体的に参照符号５０で示されている。トラップ５０は、処理装置１０に類似しており、同様の方法で動作する。また、特に明記しない限り、同一または類似する部品あるいは特徴を示すために、同じ参照符号が使用される。
【００６６】
トラップ５０と処理装置１０との間の主な違いは、トラップ５０が２つのコア１２．１，１２．２を有しているという点である。コア１２．１，１２．２は、処理装置１０のコア１２と同様である。しかしながら、コア１２．１は、ガス状の汚染物質の変換のための触媒を含む。コア１２．１内での粒子材料の捕捉を抑えるため、コア１２．１の通路は、絞られており、出口端部または出口面３０で完全に閉じられていない、および／または、コア１２．１のモノリス２４は、約４０μｍよりも大きい平均気孔サイズ、例えば約４０μｍ〜約５０μｍの平均気孔サイズを有しており、これにより、殆どのディーゼル粒子を捕捉することなく通過させることができるようになっている。また、コア１２．１のモノリス２４は、コア１２．２のモノリス２４よりも厚く、それぞれが約６０ｍｍおよび約４０ｍｍとなっている。コア１２．１，１２．２は、コア１２．１の出口端部または出口面３０がコア１２．２の入口端部または入口面２８から離間した状態で配置されている。そのため、ガス状の汚染物質の変換のための触媒を有するコア１２．１は、コア１２．２の上流側にある。このような配置により、上流側コア１２．１で二酸化窒素を形成することができる。このようにして上流側コア１２．１で形成された二酸化窒素は、下流側コア１２．２で捕捉された煤を燃焼するために使用できる。この燃焼を約２５０℃を上回る温度で連続的に行なって、コア１２．２内に二酸化炭素を形成することができる。
【００６７】
図面の図１０を参照すると、この場合も連続再生トラップの形態を成す処理装置が全体的に参照符号６０で示されている。トラップ６０は、トラップ５０と同様な方法で動作する。
【００６８】
トラップ６０は、触媒コンバータ７０に接続され且つディーゼル粒子制御のためのトラップの形態を成す処理装置１０を備える。触媒コンバータ７０は、流通セラミック本体７２を備える従来の触媒コンバータである。セラミック本体７２は、セラミック本体７２の一端からセラミック本体７２の他端へと延びる多数の開口した非制限的な通路を有している。本体７２を通じて延びる通路の内面上にはプラチナ触媒が存在しており、このプラチナ触媒は、使用時には、ディーゼル排ガス中の炭化水素および一酸化炭素を酸化するとともに、一酸化窒素を、トラップ１０のモノリス２４によって保持される煤を酸化するために使用される二酸化窒素へと酸化する。
【００６９】
前述したように、セラミック本体７２は、従来の触媒コンバータで使用される従来のセラミック本体であり、したがって、トラップ１０のモノリス２４の寸法とは全く異なる寸法を有する細長い円筒体である。本体７２は、吸気口７６と排気口７８を備えるハウジング７４内に収容される。
【００７０】
図面の図１１を参照すると、本発明に係る多孔質壁流本体の実施形態が全体的に参照符号１００で示されている。多孔質壁流本体１００は、内燃機関からの排ガス温度での使用に適しており、図１の多孔質壁流モノリス２４に類似している。したがって、本体１００も、本体１００の入口端部または入口表面または入口面２８から出口端部または出口面または出口表面３０に向かって延在する方向でその内部に沿って延びる複数の通路２６を有している。通路２６は互いに平行に延びており、各通路２６は、約５０ｍｍの長さを有している。しかしながら、モノリス２４とは異なり、本体１００の通路２６は、平行な面２８，３０に対して垂直ではない。すなわち、通路２６の入口の中心を貫通して配置された長軸は、通路２６の上記中心長軸と交差する面２８の少なくとも１つの接線に対して垂直ではない。
【００７１】
モノリス２４の場合と同様に、２６．１で示される通路２６の半分は、本体１００の出口端部または出口面または出口表面３０で開口している。２６．２で示される通路２６の残りの半分は、本体１００の入口端部または入口面または入口表面２８で開口している。通路２６．１の上流側端部は、閉塞され或いは仕切られている。また、通路２６．２の下流側端部も同様に仕切られている。本体１００の通路２６は、断面が正方形を成しており、正方形格子配列で配置されている。通路２６．２は、下流側方向に先細っており、これに対し、通路２６．１は、下流側方向に広くなっている。
【００７２】
本体１００はセラミック本体である。しかしながら、内燃機関からの排ガスの処理に使用できる、本体１００等の多孔質壁流本体での使用に適した多くの他の材料が存在することは言うまでもない。
【００７３】
側方から見て、本体１００は、角部が直角でない平行四辺形の外形に対応する外形を有している。本体１００は、その幅よりもその長さが長くなっている。表面２８と端面１０２との間の角度αは約３５°である。したがって、３５°というこの角度は、通路２６の入口の中心を貫通して配置された長軸と、この中心長軸と交差するガス入口表面２８の接線との間の角度でもある。
【００７４】
多孔質壁流本体１００の体積は、モノリス２４の体積と同じである。また、本体１００の通路２６の数も、モノリス２４の通路２６の数と等しい。更に、通路２６の断面積、通路２６の壁厚は、本体１００とモノリス２４との間で同じである。しかしながら、本体１００の入口表面２８および出口表面３０は、モノリス２４の対応する表面よりも約６８％大きい。これは、熱放射の観点から有利である。
【００７５】
多孔質壁流本体１００は、特に、ディーゼル粒子制御のための触媒トラップのコアとしての使用に必ずしも適しているとは限らない。図１２は、ディーゼル粒子制御のための粒子トラップの形態を成す処理装置を示している。この処理装置は、コア１２として、多孔質壁流本体１００を有している。図１２において、ディーゼルトラップは、全体的に、参照符号２００で示されている。
【００７６】
トラップ２００は、図１の処理装置１０に類似している。したがって、同一または類似する部品あるいは特徴を示すために、同じ参照符号が使用されている。
【００７７】
しかしながら、トラップ２００と処理装置１０との間の明確な違いは、本体１００の通路２６の方向とフランジ状の排ガス吸気口１６の中心を貫通して配置された軸３８との間の角度βが、処理装置１０の場合よりも１８０°に近いという点である。図１２に示されたトラップ２００の場合、角度βは約１５５°である。角度βのこのような増大は、本体１００の通路２６の特定の方向付けの結果であり、通路２６を通じた入口圧および出口圧が処理装置１０の場合よりもトラップ２００の場合の方で低いという利点を有している。トラップ２００の更なる利点は、表面２８，３０の面積の増大により、表面２８，３０からの熱放射がモノリス２４のそれに比べて向上されるという点である。これにより、本体１００の耐熱衝撃性がモノリス２４に比べて向上すると考えられる。
【００７８】
図面の図１３を参照すると、参照符号３００は、ディーゼル粒子制御のための本発明による粒子トラップの更なる実施形態を示している。この粒子トラップ３００は、コア１２として、多孔質壁流本体１００を有している。トラップ３００はトラップ２００と類似しており、また、特に明記しない限り、同一または類似する部品あるいは特徴を示すために、同じ参照符号が使用される。
【００７９】
トラップ３００において、角度βは、トラップ２００の角度βよりも更に１８０°に近く、約１７５°である。しかしながら、図１３に示されるように、これは、コストの縮小によって達成され、したがって、トラップ３００はトラップ２００よりも大きい。
【００８０】
図面の図１４を参照すると、本発明に係る多孔質壁流本体の他の実施形態が全体的に参照符号４００で示されている。基本的に、壁流本体４００はモノリス２４と類似しており、同一または類似する部品あるいは特徴を示すために、同じ参照符号が使用される。
【００８１】
図面の図１４から分かるように、壁流本体４００は、基本的に、先端が切り取られた、すなわち、互いに平行な傾斜した入口面および出口面２８，３０を有する円筒状を成している。円筒状の本体４００の端部から見た外形の結果として、本体４００は、処理装置を形成するため、円筒状のハウジング内、例えば図１４に破線で示される所定長のパイプ内に収容可能である。したがって、入口面および出口面２８，３０は、ハウジングの上流側部分および下流側部分を貫通する中心に配置された軸に対して垂直ではなく、面２８，３０のそれぞれと直交する軸に沿ってハウジング上に投影されると、面２８，３０自体の面積よりも大きいハウジングの内側の湾曲した表面領域を覆う。これは、面２８，３０とハウジングとの間の放射熱交換を促進するために有益であると考えられる。処理装置は、破線で示されたパイプと同軸であっても良いがこのパイプよりも直径が小さいガス吸気口およびガス排気口を有していても良い。あるいは、本体４００に対して流入および流出するガス流の方向変化を最小限に抑えるため、ガス吸気口およびガス排気口は、破線で示されたパイプの中心長軸に対して所定の角度を成していても良い。
【００８２】
内燃機関からの燃焼ガスを処理するための処理装置、特に触媒型であるか否かにかかわらずそのような処理装置のコアは、煤トラップとして使用される場合、以下の４つの基本的な要件を満たさなければならない。
（１）粒子放出の法規を満たす適切な濾過効率
（２）燃料に関する不利益を最小限に抑え且つエンジンパワーを節約できる低い圧力低下
（３）煤再生中にフィルタの一体性を確保できる高い耐熱衝撃性または高い熱伝導率または放射能力
（４）コンパクトに組み込めるように単位体積当りの表面積が大きい
【００８３】
本出願人は、図示のような本発明の多孔質壁流本体および本発明の処理装置がこれらの要件を非常に良く満たしていると考えている。しかしながら、図１１〜図１４に示された特定の実施形態は、他の実施形態よりもこれらの要件の幾つかに重点を置いている。特に、低い圧力低下および高い耐熱衝撃性の要件に関する限りにおいては、本発明のスラブ状の多孔質本体およびそれを組み込んだ処理装置は、出願人が把握している従来技術の装置、例えば平行な横断面を有する細長い円筒状の純粋なセラミック壁流モノリスを使用する処理装置よりも勝っている。また、本発明の多孔質本体の幾何学的構成によれば、比較的大きな排ガス入口面および出口面が形成され、多孔質本体のこれらの面は、多孔質本体内での局所的な温度上昇を更に抑制するための放射面としての機能を果たすことができる。このような利点は、これらの放射面が斜角であるにもかかわらず周囲と熱交換関係を成して処理装置の冷たい壁と対向する場合に大きくなる。したがって、図示の本発明の処理装置は、多孔質壁流本体の温度制御が関与している限り、特に重要な利点を示す。当業者であれば分かるように、触媒コンバータの触媒作用を効率的に行なうためには、内燃機関が始動された後、コンバータができる限り早く適切な温度（いわゆる着火温度）に達することが重要である。一般に、本発明の処理装置のハウジングは、壁流本体よりも十分に早く暖まる金属から成る。壁流本体は、多くの場合、セラミック材料から成ると考えられる。比較的大きな排ガス入口面および出口面を、ハウジングの対向壁およびこれら入口出口面に晒されるハウジングの一般的に大きな湾曲面領域に方向付けることにより、始動中、ハウジングは、多孔質壁流本体の放射加熱を促進するように作用する。これに対し、運転温度に達すると、特に壁流本体によって捕捉されたディーゼル粒子材料の燃焼を促進するために壁流本体が触媒を支持する処理装置の場合には、壁流本体からの熱を除去して触媒および壁流本体を保護することが重要である。これらの状態中、大きな排ガス入口面および出口面は、ハウジングの冷たい壁と対向するように有利に方向付けられる放射面としての機能を果たし、それにより、壁流本体から熱を除去する。図１４に示す本発明の処理装置において、壁流本体との放射熱交換に関与するハウジングの表面積は、一般に、従来の装置のそれよりも大きく、湾曲しており、また、従来の装置と比べてうまく方向付けられている。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】内燃機関からの排ガスを処理するための、特許請求の範囲に係る発明の部分を形成してない処理装置の一実施形態における上から見た一部切り欠かれた斜視図である。
【図２】図１の装置の側面図を示している。
【図３】図１の装置の底面図を示している。
【図４】図１の装置の端面図を示している。
【図５】図１の装置の縦断面図（底部から見た）を示している。
【図６】図１の装置のコアの一部の拡大図を示している。
【図７】図６のコアの横断面図を示している。
【図８】特許請求の範囲に係る発明の部分を形成しない、コアの他の実施形態の横断面図を示している。
【図９】内燃機関の排ガスを処理するための、、特許請求の範囲に係る発明の部分を形成してない処理装置の縦断面図（底部から見た）を示している。
【図１０】内燃機関の排ガスを処理するための、、特許請求の範囲に係る発明の部分を形成してない処理装置の縦断面図を示している。
【図１１】本発明に係る多孔質壁流本体の一実施形態の斜視図を示している。
【図１２】内燃機関からの排ガスを処理するための本発明の一実施形態に係る処理装置の縦断面図を示している。
【図１３】内燃機関からの排ガスを処理するための本発明の他の実施形態に係る処理装置の縦断面図を示している。
【図１４】本発明に係る多孔質壁流本体の他の実施形態の斜視図を示している。
【国際調査報告】
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