(57)【要約】  施栓されていない一部の貫通チャンネルと施栓されている、一部のチャンネルとを備えた部分的壁流通式フィルタが開示されている。望ましい濾過効率と背圧との組合せが、ｔｗａｌｌ≦３０５μｍ、ＭＰＤ≦２０μｍ、％Ｐ≧５０％、かつＣＤ≧２５０ｃｐｓｉ（３７．５セル／ｃｍ２）の組合せによって提供され、ここで、ｔｗａｌｌは多孔質の壁の厚さ、ＭＰＤは上記多孔質の壁の平均気孔径、％Ｐは上記多孔質の壁の総気孔率、そしてＣＤは上記チャンネルのセル密度である。一つの実施の形態において、上記施栓されているチャンネルは、フィルタの入口端の付近において施栓されている一部のチャンネルと、フィルタの出口端の付近において施栓されている一部のチャンネルとを含む。上記部分的壁流通式フィルタを備えたシステムおよび方法も記載されている。
2011522694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のチャンネルを形成する複数の多孔質の壁を備えた部分的壁流通式フィルタであって、
前記複数のチャンネルのうちの一部は施栓されているチャンネルであり、かつ一部は施栓されていない貫通チャンネルであり、
ｔｗａｌｌが前記多孔質の壁の厚さ、ＭＰＤが前記多孔質の壁の平均気孔径、％Ｐが前記多孔質の壁の総気孔率、そしてＣＤが前記チャンネルのセル密度であるとき、前記多孔質の壁がさらに、
ｔｗａｌｌ≦３０５μｍ、
ＭＰＤ≦２０μｍ、
％Ｐ≧５０％、かつ
ＣＤ≧２５０ｃｐｓｉ（３７．５セル／ｃｍ２）
であることを特徴とする部分的壁流通式フィルタ。
【請求項２】
前記施栓されているチャンネルは、前記フィルタの入口端の付近において施栓されている一部のチャンネルと、前記フィルタの出口端の付近において施栓されている一部のチャンネルとを含むことを特徴とする、請求項１記載の部分的壁流通式フィルタ。
【請求項３】
前記入口端の付近において施栓されているチャンネルの数が、前記出口端の付近において施栓されているチャンネルの数よりも少ないことを特徴とする、請求項２記載の部分的壁流通式フィルタ。
【請求項４】
前記出口端の付近において施栓されているチャンネルの数が、前記入口端の付近において施栓されているチャンネルの数よりも少ないことを特徴とする、請求項２記載の部分的壁流通式フィルタ。
【請求項５】
４０％≧ＦＥ≧７０％であることを特徴とする、請求項１記載の部分的壁流通式フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本願は、２００８年５月２９日付けで提出された米国仮特許出願第６１／０５７,０７９号に優先権を主張した出願である。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、概して排気ガスの濾過に使用される壁流通式フィルタに関し、特に、一部のチャンネルには栓が施され、一部のチャンネルには栓が施されていない壁流通式フィルタに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
ディーゼル排気系は、例えばディーゼル排気からの煤等の微粒子を取り除くためのディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）を備えることができる。最も広く用いられているのは壁流通式フィルタである。一般的な壁流通式フィルタは、複数の交差する多孔質の壁によって形成された縦方向のほぼ平行な複数のセルチャンネルを有するセラミック・ハニカム体を備えている。上記セルチャンネルは、一般に施栓用セラミックセメントを用いて栓が施されて、上記ハニカム体の両端面において栓の市松模様を形成している。このフィルタのセルチャンネル群は、一般に上記ハニカム体の入口側端においては施栓されていない、「入口チャンネル」と呼ばれる一部のチャンネルを有する。同様に、上記セルチャンネル群は、上記ハニカム基体の出口側端において栓の市松模様を形成する、「出口チャンネル」と呼ばれる残りのチャンネルを有する。使用時には、煤微粒子が混入されている排気ガスが（施栓されていない）入口チャンネルに流入し、多孔質の壁を通り抜けて（すなわち流通して）出口チャンネル内に入り、そして（施栓されていない）出口チャンネルを通って外部へ流出し、その際に多孔質の壁が、排気中の混入されていた微粒子の一部を捕捉する。従来の壁流通式フィルタの構成においては、チャンネルは一つおきの端部において交互に施栓されている。この従来型の構成においては、排気ガスは入口端に開口しているチャンネルに流入する。これらの入口チャンネルは出口端において施栓されており、排気ガスは多孔質の壁の通り抜けを強いられて、出口端においては開口しているが入口端においては施栓されている隣接する出口チャンネルに入り、フィルタから流出する。微粒子物質の濾過は、排気ガスが多孔質の壁の通り抜けを強いられているときに達成される。この従来型の壁流通式フィルタを用いると、９０％を超える濾過効率が実現されて来た。
【０００４】
従来型の壁流通式フィルタでは、閉塞されるのを防止しかつこのフィルタ全体に亘る圧力低下を所定の限界以下の適当な値に保つために清掃が行なわれる。フィルタ全体に亘る圧力低下が増大すると、もし制御されなければ、エンジン出力の低下の原因となる背圧の増大を招く。フィルタを清掃するための知られている一つの方法は、フィルタに捕捉されている煤を熱再生（以下「再生」と呼ぶ）によって取り除くことである。この再生には「受動的」または「能動的」または両者の組合せがある。「受動的」再生においては、一旦安定状態の条件が満たされると、フィルタに流入する排気の温度が、壁流通式フィルタ内に捕捉されている煤自体が連続的に燃焼し始める程十分に高い。「能動的」再生においては、フィルタの温度が比較的低く、フィルタ内に捕捉されている煤の燃焼を生じさせるレベルまで排気（およびフィルタ）の温度を高めるための付加的エネルギーを必要とする位置にフィルタがある。一般に、上記付加的エネルギーの入力は、フィルタの上流に配置されたディーゼル酸化触媒と組み合わせて排気中に燃料を後注入することによって提供される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
「能動的」再生に基づくディーゼル排気系が業界標準となって来ており、その理由は、「能動的」再生がより低い排気温度において望ましく動作しかつエンジンの種々のデューティサイクルの下で再生を実行することによって適切な煤除去を確実にするからである。その一方で、「能動的」再生は経済的な不利益を伴う。さらに従来型のフィルタは、比較的高い背圧を示す。したがって、フィルタが比較的低い背圧を示している状態で、動作中に再生を実施する機会がより少なくて済む排気系およびフィルタが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一つの広範な態様において、一部の施栓されているチャンネルと、一部の施栓されていない貫通チャンネルとを備えた部分的壁流通式フィルタがここに開示されている。この部分的壁流通式フィルタは、複数のチャンネルを形成する複数の多孔質の壁を備え、この場合、一部のチャンネルは施栓されているチャンネルであり、かつ一部のチャンネルは施栓されていない貫通チャンネルであり、上記多孔質の壁はさらに、ｔｗａｌｌ≦３０５μｍ、ＭＰＤ≦２０μｍ、％Ｐ≧５０％、かつＣＤ≧２５０ｃｐｓｉ（３７．５セル／ｃｍ２）であり、ここで、ｔｗａｌｌは多孔質の壁の厚さ、ＭＰＤは多孔質の壁の平均気孔径、％Ｐは多孔質の壁の総気孔率、そしてＣＤはチャンネルのセル密度（１平方インチ当たりのセル数）である。
【０００７】
いくつかの壁流通式フィルタの実施の形態において、フィルタは一部の施栓されていないチャンネルと一部の施栓されているチャンネルを備え、その場合、これらの施栓されているチャンネルは、入口端付近で施栓されている一部のチャンネルと、部分的壁流通式フィルタの出口端付近で施栓されている一部のチャンネルとを含む。
【０００８】
別の態様によれば、排気系を作動させる方法が提供され、この方法は、複数のチャンネルを形成する複数の多孔質の壁を有する部分的壁流通式フィルタを提供することを含み、その場合、一部のチャンネルは施栓されているチャンネルであり、かつ一部のチャンネルは施栓されていない貫通チャンネルであり、上記多孔質の壁はさらに、ｔｗａｌｌ≦３０５μｍ、ＭＰＤ≦２０μｍ、％Ｐ≧５０％、かつＣＤ≧２５０ｃｐｓｉ（３７．５セル／ｃｍ２）であり、ここで、ｔｗａｌｌは多孔質の壁の厚さ、ＭＰＤは多孔質の壁の平均気孔径、％Ｐは多孔質の壁の総気孔率、そしてＣＤはチャンネルのセル密度である。
【０００９】
その他の特徴および効果は、下記の説明および添付の請求項から明らかであろう。
【００１０】
下記に説明されている添付図面は、代表的な複数の実施の形態を示し、かつそれらは本発明の適用範囲を限定するものと考えてはならない。図面は必ずしも等倍ではなく明快性および簡潔性のために、図面の特徴および視る方向によっては尺度が誇大化されたり概略化されたりして示されている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の代表的な実施の形態によるディーゼル排気系の概略図である。
【図２】図２Ａおよび図２Ｂは、図１Ａ、図１Ｂの排気系に使用される部分的壁流通式フィルタの斜視図である。
【図３−１】図３は、本発明の代表的な実施の形態による部分的壁流通式フィルタの別の実施例である。
【図３−２】図３Ａおよび図３Ｂは、本発明の代表的な実施の形態による部分的壁流通式フィルタに採用される施栓パターンの実施例である。
【図３−３】図３Ｃおよび図３Ｄは、本発明の代表的な実施の形態による部分的壁流通式フィルタに採用される施栓パターンの実施例である。
【図４−１】図４Ａは、図２Ａ、図２Ｂの部分的壁流通式フィルタの両端に施された部分的施栓パターンを示す図である。
【図４−２】図４Ｂおよび図４Ｃは、部分的壁流通式フィルタの両端に施された別の部分的施栓パターンを示す図である。
【図５】本発明の代表的な実施の形態による部分的壁流通式フィルタの両端に施された別の部分的施栓パターンを示す図である。
【図６】本発明の代表的な実施の形態による部分的壁流通式フィルタの両端に施された別の部分的施栓パターンを示す図である。
【図７】本発明の代表的な実施の形態による部分的壁流通式フィルタの種々の構造に関する特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
添付図面には、いくつかの実施の形態が示されている。これらの実施の形態の説明中には、これらの実施の形態を理解するために、種々の具体的な詳細が述べられている。しかしながら、これらの具体的な詳細の一部または全部が必要でないことは当業者には明らかであろう。その他の点では、本実施の形態を不必要に不明瞭にしないために、良く知られている特徴および／または工程は詳細に説明されていない。さらに、共通のまたは類似の要素には同一の参照番号が用いられている。
【００１３】
図１Ａは、ディーゼルエンジン１０７の排気マニフォルド１０５から排気を排出させるための、ディーゼル排気系等の排気系１００を示す。図示のように、この排気系１００は、入口端１０１および出口端１０３を有する排気ライン１０２を備えている。上記入口端１０１は、排気マニフォルド１０５を介してディーゼルエンジン１０７に結合されている。上記入口端１０１は、如何なる適当な形態であってもよい連結手段１０４を備えている。例えば、この連結手段１０４は、排気マニフォルド１０５の連結部１０９上の類似のフランジに結合可能なフランジとすることができる。上記排気ライン１０２はほぼ直線状のものとして示されているが、実際には、直線および曲線部分および／または径の異なる部分を含む如何なるその他の輪郭をも採ることができる。
【００１４】
この排気系１００は、排気ライン１０２の入口端１０１に近接して配置された、ここで説明されている部分的壁流通式フィルタ等の第１微粒子フィルタ１０６を備えている。この第１微粒子フィルタは、エンジン１０７に対しても、勿論排気マニフォルド１０５に対しても「密接結合された」位置にあるのがよい。この「密接結合された」位置においては、上記第１微粒子フィルタ１０６が、より高温の流入排気温度を利用して、下流側の（第２）フィルタに比較して、捕捉されている煤の「受動的」再生の度合いが実質的に大きい効果を得る。ここで用いられている「密接結合された」という用語は、排気ラインに沿って測ったときに、排気流内のエンジン１０７に近接した、特にエンジンの燃焼室に近接した位置にフィルタがあることを意味する。例えば、「密接結合された」とは、排気ラインに沿って測ったときに、動作サイクルの少なくとも一部分において温度が２５０℃を超えるように、エンジン１０７に近接しているとも考えられる。動作時間の少なくとも５０％において。第１フィルタの入口温度（Ｔ１）が２００℃を超えていることが好ましい。図１Ａに示された実施の形態においては、ターボチャージャ１１１が排気ライン１０２に配置されており、熱いガスが直接的に第１フィルタ１０６に影響を与えるように、第１微粒子フィルタ１０６がターボチャージャ１１１の上流に配置されている。別の実施の形態においては、第１フィルタ１０６がターボチャージャ１１１の即下流に配置されている（図１Ｂを参照されたい）。上記密接結合された位置においては、第１フィルタ１０６が、動作サイクルの１０％よりも多い、または２０％よりも多い量の２５０℃以上の温度に曝される。これらの条件が実質的な量の「受動的」再生を促進する。いくつかの実施の形態においては、フィルタの望ましくない損傷を避けるために、入口温度Ｔ１が４００℃を超えないことが好ましい。
【００１５】
この排気系１００はさらに、第１微粒子フィルタ１０６から間隔（ｄ）をおいて、第２微粒子フィルタ１０８を排気ライン１０２に備えている。図１Ａ、図１Ｂに示されている実施の形態においては、第２微粒子フィルタ１０８はターボチャージャ１１１の下流に配置される。所望の濾過要件および背圧要件を満足させるために、第２微粒子フィルタ１０８の下流に追加の微粒子フィルタが配置されていてもよい。第２微粒子フィルタ１０８の上流に、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）１１４が配置されていてもよく、このＤＯＣ１１４は、当業者に周知のように、一酸化炭素、炭化水素、および微粒子の可溶性有機留分を酸化させるための触媒分子等の、排気を浄化するための公知の活性触媒分子を含んでいる。もし備えるならば、ＤＯＣ１１４は第１フィルタ１０６と第２フィルタ１０８との間に配置される。この排気系１００はさらに、微粒子フィルタ内に所望の排気流分布を得るため、および／または排気ライン１０２の重量を軽減するための一助として。微粒子フィルタ１０６，１０８の入口端および出口端に収縮円錐および拡散円錐１１０，１１２等の手段を備えていてもよい。
【００１６】
ディーゼルエンジンの動作時等のエンジンの通常の動作時に、エンジン１０７および排気マニフォルド１０５からの排気は、図１Ａに矢印１１６によって示されているように、第１微粒子フィルタ１０６、ターボチャージャ１１１（存在する場合）、酸化触媒１１４（存在する場合）および第２微粒子フィルタ１０８を順に通過する。排気中の微粒子は、第１および第２微粒子フィルタ１０６，１０８を通過する際にそれらの微粒子フィルの内部に捕捉される。特に、煤の一部は第１フィルタ内に捕捉されるが、残りの煤の一部は第２フィルタ内に捕捉される。上記エンジンの動作状態およびエンジン１０７に対する第１フィルタ１０６の位置は、この第１フィルタ１０６における入口温度Ｔ１が、第１フィルタ１０６内に捕捉されている煤自体に燃焼を開始させるのに、すなわち「受動的」再生を促すのに十分であるように設定されるのがよい。これとは反対に、第２フィルタ１０８は、その入口温度Ｔ２が第１フィルタ１０６の入口温度Ｔ１に比較して低くなるように第１フィルタ１０６から距離（ｄ）だけ離れている。特に、この距離（ｄ）は一般に、二つの入口温度の比（Ｔ１／Ｔ２）が１．１以上、さらには１．１５以上となるように離れている。フィルタ間の距離は、温度差（Ｔ１−Ｔ２）が２０℃以上となるように、さらには差が２５℃以上となるように離れているのが好ましい。
【００１７】
いくつかの実施の形態によれば、第１微粒子フィルタ１０６は、部分的壁流通式フィルタであるのがよい。ここで部分的壁流通式フィルタとは、一部のチャンネルが施栓され、一部のチャンネルが全く施栓されていない貫通チャンネルであるチャンネルを形成する多孔質の壁を有する微粒子フィルタと定義される。このような部分的壁流通式フィルタは一般に、全てのチャンネルが施栓されている（例えば一端または他端において）従来型のフィルタと比較して圧力低下が比較的少ない。
【００１８】
一つの実施の形態において、第１微粒子フィルタ１０６は、排気マニフォルド１０５とターボチャージャ１１１との間、またはターボチャージャ１１１の即下流の排気マニフォルド１０５近傍の空間内に収まるように十分に小さいのがよい。第２微粒子フィルタ１０８は、濾過に必要な条件を満足させるために余分な容積を必要とするために、第１微粒子フィルタ１０６を収容するのに必要な物理的空間（容積）は、第２微粒子フィルタ１０８を収容する空間（容積）よりも比較的小さくてもよい。一つの実施例において、第２微粒子フィルタ１０８は、例えば従来型の壁流通式フィルタでよい。しかしながら、「近接結合された」位置にあるフィルタに関するサイズおよび圧力低下の必要条件から、従来型の壁流通式フィルタは第１微粒子フィルタ１０６として用いるのには適さない。特に、第１フィルタは圧力低下が少ないことが望ましい。圧力低下が少ないことの必要条件から、第１微粒子フィルタ１０６は、第２微粒子フィルタ１０８に比較して濾過効率が低い。一例として、第１微粒子フィルタ１０６は約８０％未満の初期濾過効率（ＦＥ＠０ｇ／Ｌ）を有する。しかしながら、いくつかの実施の形態によれば、初期濾過効率ＦＥ＠０ｇ／Ｌ≧２０％が得られ、またはＦＥ＠０ｇ／Ｌ≧３０％、ＦＥ＠０ｇ／Ｌ≧４０％、さらにはＦＥ＠０ｇ／Ｌ≧５０％。さえも得られる。
【００１９】
さらなる実施の形態は、上述のような排気系に用いるために卓越した特性を有する部分的壁流通式フィルタを備えている。この部分的壁流通式フィルタは、排気系中の排気処理用部品のみとして排気系中で利用することが可能なことを認識すべきである。例えば、排気系は、触媒作用を備えたまたは備えない１個の壁流通式フィルタのみを備えることができる。随意的に、部分的壁流通式フィルタは、他の従来型の排気処理用部品と組み合わせて、かつこの部分的壁流通式フィルタが排気系中の唯一のフィルタとして用いることができる。例えば、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）またはＮＯｘ処理用部品を部分的壁流通式フィルタと組み合わせて用いることができる。この部分的壁流通式フィルタは、例えばＤＯＣ部品の後に配置されていてもよい。前述のように、一酸化炭素、炭化水素、および／または酸化窒素を処理するため等の触媒、ディーゼル酸化触媒またはＮＯｘ触媒等の触媒が部分的壁流通式フィルタの壁に施されていてもよい。白金、ロジウムおよびパラジウム等の貴金属が上記壁に担持されていてもよい。銅、チタニア、バナジウム、ゼオライトおよびペロブスカイト触媒等の非貴金属が担持されていてもよい。
【００２０】
ここで部分的壁流通式フィルタ２００についてさらに詳細に説明すると、第１の実施の形態が図２Ａおよび図２Ｂに示されており、以下図２Ａおよび図２Ｂを参照して説明する。この部分的壁流通式フィルタ２００は、施栓されている複数のチャンネルと施栓されていない複数のチャンネルとの組合せを展示しているためにそのように呼ばれている。施栓されていないチャンネルにおいては、排気流はほぼ真っ直ぐに、すなわち壁を通り抜けずに流れる。いくつかの実施の形態によれば、この部分的壁流通式フィルタ２００は、チャンネル２１０ａ，２１０ｂおよび２１０ｃを形成する複数の多孔質の壁２０８を有する多孔質のハニカム体２０２を備え、この場合、一部のチャンネルは施栓されているチャンネルであり、残りのチャンネルは施栓されていない貫通チャンネルである。この実施の形態においては、施栓されているチャンネル（２１０ｂ，２１０ｃ）は、フィルタ２００の入口端２０４の付近において、すなわち入口端またはその近傍において施栓されている一部のチャンネル２１０ｂと、フィルタ２００の出口端２０６の付近において、すなわち出口端またはその近傍において施栓されている他のチャンネルとを含む。栓２１２は、一部のチャンネル２１０の例えば一方の端面に設けられているが、残りのチャンネルは開口状態（施栓されていない）のままになっている。このことは、全てのセルチャンネルの一端が施栓されている（一端または他端において）従来型の壁流通式フィルタとの相違点である。いくつかの実施の形態においては、両端２０４，２０６において開口し、かつそれらの全長に亘って栓が施されていない貫通チャンネルは、施栓されているチャンネル２１０の間に一つ置きに配置され、またはその逆に配置されている。随意的に、栓は両端から間隔をおいた位置に施されていてもよい。
【００２１】
いくつかの実施の形態においては、入口端よりも比較的多い栓が出口端の近くに設けられている。この構造および４５％を超える多孔率を備えた実施の形態は、煤を貯める機能と同様に、圧力低下が比較的少ない。図８は、チャンネルの２５％に対し栓が入口端の付近に配置され、かつチャンネルの２５％に対し栓が出口端の付近に配置され、６０％を超える気孔率を有する部分的壁流通式フィルタが、ゼロから２ｇ／Ｌまでの煤負荷量に対して０．５ｋＰａ未満の圧力低下を呈することを示す。６０％を超える高い気孔率および約５０％の後栓（出口端またはその近傍において）を備えた部分的壁流通式フィルタもまた、煤を貯める機能につれて比較的少ない圧力低下の変化を示す。いくつかの実施の形態においては、出口端における栓と比較して大きなパーセンテージの栓が入口端の近傍に設けられている。
【００２２】
施栓されていない貫通チャンネルが２１０ａで表示され、端部２０４に栓を備えたチャンネルが２１０ｂで表示され、かつ端部２０６に栓を備えたチャンネルが２１０ｃで表示されている部分的壁流通式フィルタの実施の形態が、図２Ａおよび図２Ｂに示されている。
【００２３】
部分的壁流通式フィルタ３００の第２の実施の形態が図３に示されており、以下図３を参照して説明する。この実施の形態においては、フィルタ３００は、交差して複数のチャンネルを画成しかつ形成する複数の多孔質の壁３０８を有する多孔質ハニカム体３０２を備えている。これらのチャンネルは、施栓されていない一部のチャンネル（施栓されていないチャンネル３１０ａ）と、施栓されている一部のチャンネル（施栓されているチャンネル３１０ｂ）とを備えている。この実施の形態においては、栓３１２は全てフィルタ３００の入口端３０４に設けられている。この実施の形態においては、約５０％のチャンネルが施栓され、残りが貫通チャンネルを形成している。
【００２４】
部分的壁流通式フィルタのさらなる実施の形態によれば、良好な初期濾過効率（ＦＥ＠０ｇ／Ｌ）と比較的低い背圧との組合せが達成される。実施の形態によれば、単独に、または組み合わせて設けられたときに、壁流通式フィルタ２００，３００における下記の特徴が望ましいフィルタ特性を生むことが本発明者等によって発見されている。例えば、総気孔率（％Ｐ）が％Ｐ≧５０％または％Ｐ≧６０％のときでさえ、高いディープベッド濾過効率を得ることが可能である。したがって、比較的低い背圧と良好なディープベッド濾過効率とを同時に得られる。壁の厚さ（Ｔｗａｌｌ）を増大させると、濾過効率にはごく僅かの効果があっても圧力低下には大きく影響することが発明者等によって発見されている。したがって、多孔質の壁２０８，３０８の横断厚さＴｗａｌｌは、背圧にごく僅かに影響を与えるが、Ｔｗａｌｌ≦３０５μｍ、Ｔｗａｌｌ≦２５４μｍ、さらにはＴｗａｌｌ≦２０３μｍがよい。また、平均気孔径（ＭＰＤ）を増大させると、背圧が僅かに低下するのみであるが、ディープベッド濾過効率が増大する。したがって、多孔質の壁２０８，３０８は、ＭＰＤ≦２０μｍまたはＭＰＤ≦１５μｍ、いくつかの実施の形態においては１２μｍ≦ＭＰＤ≦３０μｍの平均気孔径（ＭＰＤ）を有する気孔を備えているのがよい。さらに、より高いセル密度（ＣＤ）によって、背圧の僅かな増大を伴うのみでディープベッド濾過効率が大きく増大する。したがって、部分的壁流通式フィルタ（２００，３００等の）は、ＣＤ≧２５０ｃｓｐｉ（ＣＤ≧３７．５セル／ｃｍ２）、またはＣＤ≧３００ｃｓｐｉ（ＣＤ≧４５セル／ｃｍ２）であるセル密度を有する。
【００２５】
上記部分的壁流通式フィルタ２００，３００は、例えばほぼ円柱状の多孔質ハニカム体２０２，３０２を備えている。このハニカム体２０２の横断面は、円形、卵形、楕円形、正方形、またはその他の所望の形状を有することができる。ハニカム体２０２，３０２は、入口端２０４，３０４、出口端２０６，３０６、および両端部間に延びる複数の多孔質の内部壁２０８，３０８を有する。上記チャンネルは正方形の断面形状を有するが、例えば三角形、円形、八角形、長方形、六角形、またはそれらの組合せ等の他の形状を有するものでもよい。ハニカム体２０２，３０２は、コージェライト、チタン酸アルミニウム、または炭化珪素等の多孔質セラミック材料、または特に相互連結された開口気孔の比率をコントロール可能なセラミックに類似した材料から作製されるのが好ましい。
【００２６】
一方の側のみに栓を備えている部分的壁流通式フィルタ３００は、壁の一部を通る排気通路によって部分的濾過が行なわれるが、排気流の一部は真っ直ぐにフィルタを通過する（すなわち、壁を通り抜けずに）。栓がフィルタ３００の入口端３０４の近傍に配置されている場合には、排気は施栓されていない貫通チャンネル３１０ａ内に流入し、これらの施栓されていない貫通チャンネルと隣接する施栓されているチャンネルとの間の圧力差により、一部の排気が強制的に壁を通らされて、施栓されているチャンネルの出口端３０６を通って外に出る。この場合は、施栓されていない貫通チャンネルの壁上に煤が堆積される。フィルタの出口端３０６の近傍に栓３１２が配置されている場合には（図３におけるフィルタとは方法が逆である）、施栓されているチャンネルと施栓されていない貫通チャンネルとの間の圧力差により、排気は施栓されているチャンネルから施栓されていないチャンネルに移動し、煤は施栓されているチャンネル内に堆積されることになる。
【００２７】
施栓されているチャンネル施栓されていない貫通チャンネルとの組合せを備えた％Ｐ≧５０％および％Ｐ≧６０％であるフィルタは、第１フィルタ内での煤捕捉性を高めかつ低い圧力低下を示すので、第１フィルタとして特に有効である。
【００２８】
ここに記載されている部分的壁流通式フィルタにおいては、このフィルタを排気が通過するときに、多孔質の壁上に煤が堆積する。この煤の堆積は、壁の透過性を低下させ、かつ施栓されていない貫通チャンネル２１０ａに隣接するチャンネルに流れる排気流を減少させる。したがって、煤が堆積されるのにつれて、部分的壁流通式フィルタの煤捕捉能力が低下する。濾過効率が低下したフィルタの一つの利点は、このフィルタに関する最大煤負荷量を設定することができ、部分的壁流通式フィルタにおいては、フィルタ内における煤の過負荷が生じそうにもないことである。従来型の壁流通式フィルタにおいては、多孔質の壁上の煤負荷の堆積が増大するにつれて濾過効率が一般に向上し、フィルタが煤の過負荷を受け入れ易くなることである。再生時にフィルタ内部において発生する最高温度は煤の負荷量にほぼ比例するために、煤の過負荷は望ましくない。本発明の実施の形態の部分的壁流通式フィルタは、煤の過負荷に起因する高温暴走に対して固有の予防手段を備えていることになる。
【００２９】
ここで部分的壁流通式フィルタに関する種々の部分的施栓パターンについて説明する。しかしながら、これらの実施例は、ここに説明されているもの以外の実施の形態を制限するものとして構成されているものではない。
【００３０】
一組の実施の形態において、部分的壁流通式フィルタは、第１の端部において市松模様に施栓された（施栓されているチャンネルと、施栓されていないチャンネルとが交互に配列されている）ハニカム体を有し、かつこのハニカム体は、反対側の第２の端部においては非市松模様に施栓され、この場合、第１の端部においては施栓されていないチャンネルの一部、例えば、第１の端部においては施栓されていないチャンネルの５０％が第２の端部においても施栓されておらず、全チャンネルの５０％よりも少ないチャンネルが第２の端部において施栓されている。
【００３１】
図３Ａは、フィルタ２００の入口端における部分的施栓パターンを示し、この場合、施栓されているチャンネル２１０ｃの数は、施栓されていない貫通チャンネル２１０ａの数よりも多い。それぞれの端部に関し、施栓されていない貫通チャンネル２１０ａは、施栓されているチャンネル２１０ｃの間に均等に分布されている。いくつかの実施の形態においては、フィルタのチャンネルの全数に対する施栓されているチャンネルの全数の比は、パーセンテージで表わすと、５０％を超え、６０％を超え、７５％以上、または８０％以上を構成し得る。この構成に関する栓は、入口端または出口端に配置可能であるが、出口端に配置されているのが好ましい。４５％を超える、または５０％さえも超える高い気孔率と組み合わせられた、入口端に対して出口端における栓が比較的高いパーセンテージを有すると、ＦＥ＠０ｇ／Ｌ≧４０％、ＦＥ＠０ｇ／Ｌ≧５０％、またはＦＥ＠０ｇ／Ｌ≧６０％である初期濾過効率ＦＥ＠０ｇ／Ｌを提供することができる。
【００３２】
図３Ｂは、フィルタ２００に関する別の施栓パターンを示し、この場合、施栓されているチャンネル２１０ｃの数よりも施栓されていない貫通チャンネル２１０ａの数の方が多い。この場合もやはり、施栓されているチャンネルが、施栓されていない貫通チャンネル２１０ａの間に均一に分布されている。実例として、施栓されていない貫通チャンネル２１０ａの数が、チャンネルの全数の５０％を超えており、またはチャンネルの全数の６０％を超え、または７５％をも超える構成を有することができる。
【００３３】
図３Ｃは、施栓されていない貫通チャンネル４１０ａおよび施栓されているチャンネル４１０ｃを備えた部分的壁流通式フィルタ４００に関する部分的施栓パターンを示し、この場合、施栓されているチャンネルと施栓されていない貫通チャンネルとの流体力学的直径（hydraulic diameter）が異なる。特に、施栓されているチャンネル４１０ｃの流体力学的直径が施栓されていない貫通チャンネルの流体力学的直径よりも大きい。栓は入口端または出口端の近傍に配置されている。特に、このフィルタの開口面積に対する施栓面積の比は１．１以上、または１．２以上、または１．３以上が好ましい。
【００３４】
図３Ｄは、施栓されていない貫通チャンネル５１０ａおよび施栓されているチャンネル５１０ｂを備えた部分的壁流通式フィルタ５００に関する別の部分的施栓パターンを示し、この場合、施栓されていない貫通チャンネルの流体力学的直径が施栓されているチャンネルの流体力学的直径よりも大きい。図３Ｃおよび図３Ｄにおいて、施栓されていない貫通チャンネルは、施栓されているチャンネルの間に均等に分布されている。図３Ｃおよび図３Ｄの実施の形態においては、面積比が１．１を超えていることを除いて図３に示されているように、栓が入口端のみに配置されているのが好ましい。
【００３５】
上述の部分的施栓パターンおよびその変形は、ハニカム基体の一端面または両端面に施すことができる。入口端付近において施栓されたチャンネルは二重ハッチングで示され、出口端近傍において施栓されたチャンネルは単一ハッチングで示されている。貫通チャンネルはハッチングされていない。例えば、図４Ａは、図３Ｂの部分的施栓パターンがハニカム基体２０２の両端面に施されたハニカム基体２０２の部分的平面図を示す。施栓されていない貫通チャンネルは２１０ａで表わされている。ハニカム基体２０２の両端面のうちの一方上に施栓されたチャンネルは２１０ｂで表わされている。ハニカム基体２０２の両端面のうちの他方上に施栓されたチャンネルは２１０ｃ（二重ハッチングで示されている）で表わされている。この実施例においては、施栓されているチャンネル２１０ｂ，２１０ｃがハニカム基体２０２における全チャンネルの約５０％を占め、かつ施栓されていない貫通チャンネル２１０ａがハニカム基体２０２内に均等に分布されている。図４Ｂおよび図４Ｃは、他の部分的施栓構造を示す。
【００３６】
いくつかの実施の形態は、入口チャンネル（出口端において施栓されている）よりも施栓された出口チャンネル（これらは入口端において施栓されている）の方が多いように構成され、その場合、図示の端部の近傍において施栓されているチャンネルには二重ハッチングが施されているが、他方の端部の近傍において施栓されているチャンネルには単一ハッチングが施され、かつ貫通チャンネルはハッチングされておらず、これらの実施の形態のいくつかにおいては、出口端において施栓されているチャンネルは全セルチャンネルの約２５％を構成しているが、入口端においては、図示のように施栓されているチャンネルがチャンネルの全数の約５０％を占める。したがって、セルチャンネルの全数の７５％が施栓されている。
【００３７】
図５および図６は、部分的壁流通式フィルタに採用され得る施栓パターンのさらなる実施の形態を示す。これらの実施の形態においては、入口端において施栓されているセルが単一ハッチングで示され、出口端において施栓されているセルが二重ハッチングで示され、貫通チャンネルにはハッチングが施されていない。これらの実施の形態においては、セルチャンネルの約５０％が施栓され、栓の一部は入口端に隣接して、すなわち入口端またはその近傍に配置され、かつ一部は出口端に隣接して、すなわち出口端またはその近傍に配置されている。施栓されているセルと施栓されていないセルとの別の組合せも採用可能である。例えば、チャンネルの全数と比較して、５０％を超える、または６０％を超える、または７５％さえも超えるチャンネルが施栓されていてもよい。種々の標準的な実施の形態が下記の表に見られる。
【表１】
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【表２】
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【表３】
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【表４】
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【表５】
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【００３８】
実例５１〜５６は、出口の流体力学的直径に対する入口の流体力学的直径の比が１．３である。
【００３９】
上掲の複数の表から明らかなように、背面側に栓が無いと、圧力低下量が僅かに増大するが（特に煤が堆積したフィルタ）、高い濾過効率が得られることを本発明者等は発見した。したがって、前面側に栓が無い場合よりも背面側に栓が無い場合の方が好ましい。栓の無い割合は圧力低下仕様に左右されるが、２５％を超える施栓チャンネルに関しては濾過効率（ＦＥ）が比較的高い。施栓チャンネルが２５％未満の場合には、煤負荷とともにＦＥが減り続け、高い煤負荷レベルでは極めて低くなり得る。ＦＥは、特に煤が負荷されたフィルタに関して、圧力低下の適度な増大を伴ってＣＰＳＩ（セル密度）とともに大きく向上し、２５０を超えるＣＰＳＩが好ましく、３００を超えることがより好ましく、３５０を超えることが最も好ましい。壁の厚さの増大は圧力低下を大きく増大させるので、壁の厚さは１２ミル（３０５μｍ）未満が好ましく、１０ミル（２５４μｍ）がより好ましく、８ミル（２０３μｍ）未満が最も好ましい。フィルタの長さの増大はＦＥを大きく向上させるが、対応して増大する圧力低下は適度である。直径の増大はＦＥには大きな影響を与えないが、圧力低下を大きく低減し、１００／秒未満の空間速度が好ましく、７０／秒未満がより好ましく、３５／秒未満が最も好ましい。２０μｍを超える範囲を持つのがより好ましい２０μｍ未満のＭＰＳが好ましい。ＦＥおよび圧力低下は、高い気孔率によって改善され、５０％を超える気孔率が好ましく、６０％を超えることがより好ましい。
【００４０】
図７は、部分的壁流通式フィルタの二組の実施の形態を示す。双方の実施の形態は、５．６６インチ（１４．８ｃｍ）のフィルタ直径、８ミル（２０３μｍ）の壁の厚さ、６０％の気孔率、および１５μｍの壁の平均気孔サイズ（ＭＰＳ）を有する。このフィルタは、それぞれ５９０℃の温度において３７５ｋｇ／時の排気ガス流量をもってテストされた。第１のフィルタ（実線）は、入口チャンネルの５０％と出口チャンネルの３７．５％が施栓された施栓パターン（すなわち、５０／３７．５）と、９インチ（２２．９ｃｍ）の長さと、２７５セル／平方インチ（ＣＰＳＩ）（４１セル／ｃｍ２）のセル密度とを有する。図７から明らかなように、この第１のフィルタ（実線）は、広い範囲のフィルタ煤負荷量に亘って（０から５ｇ／Ｌまで）実質的に一定の濾過効率（例えば６０％と７０％との間）を示している。第２のフィルタ（破線）は、入口チャンネルの５０％が施栓され、出口チャンネルには施栓されていない施栓パターン（すなわち、５０／０）と、６インチ（１５．２ｃｍ）の長さと、２００セル／平方インチ（ＣＰＳＩ）（３０セル／ｃｍ２）のセル密度とを有する。図７から明らかなように、この第２フィルタ（破線）は、フィルタの煤負荷量が増大するにつれて濾過効率が低下する（０から５ｇ／Ｌまでの煤負荷量に対してＦＥは４０％から１５％に低下）。この第２のフィルタは、フィルタが例えば圧力低下を自働制御する用途に対して利点を有することができ、すなわち、もしフィルタに過剰の煤が負荷された場合、煤はフィルタを通り越して移動する傾向があり、したがって、これらのフィルタは、特に後付け用途に関するセルフバイパス系として用いることができる。
【００４１】
以上、本明細書は限られた数の実施の形態について説明しているが、請求項に記載された本発明の範囲から離れることなしに他の複数の実施の形態を実施することが可能なことは、本発明の恩恵を受ける当業者には明らかであろう。したがって、本発明の範囲は、添付の請求項によってのみ限定されなければならない。
【符号の説明】
【００４２】
１００  排気系
１０１  排気ラインの入口端
１０２  排気ライン
１０３  排気ラインの出口端
１０４  連結手段
１０５  排気マニフォルド
１０６  第１微粒子フィルタ
１０７  ディーゼルエンジン
１０８  第２微粒子フィルタ
１０９  排気マニフォルドの連結部
１１０  収縮円錐
１１１  ターボチャージャ
１１２  拡散円錐
１１４  ディーゼル酸化触媒
２００，３００，４００，５００  部分的壁流通式フィルタ
２０２，３０２  ハニカム体
２０４，３０４  入口端
２０６，３０６  出口端
２０８，３０８  多孔質の壁
２１０    チャンネル
２１０ａ，３１０ａ，４１０ａ，５１０ａ  施栓されていない貫通チャンネル
２１０ｂ、２１０ｃ、３１０ｂ、４１０ｃ、５１０ｂ  施栓されているチャンネル
２１２  栓
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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