(57)【要約】【課題】出荷直後あるいは排気微粒子フィルタの交換直後における排気微粒子の捕集効率を高める。【解決手段】排気微粒子フィルタは、多孔質セラミックスを用いたハニカム型モノリス構造のフィルタ本体１を備え、上流端が閉塞されたセル２と下流端が閉塞されたセル２とが隣接している。セル２の内部を含むフィルタ本体１の表面全体に、予め、セルロース４がコーティングされている。セルロースによってセラミックスの細孔が部分的に埋められるため、初期の捕集効率が高くなる。運転中の排気温度により、セルロースはやがて完全に焼失するので、それ以後は、圧力損失に悪影響を与えることがない。【選択図】　図１
2004138016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に介装されて排気ガス中の排気微粒子を捕集する内燃機関の排気微粒子フィルタにおいて、予め可燃性の有機物を塗布したことを特徴とする内燃機関の排気微粒子フィルタ。
【請求項２】
上記有機物は、セルロースであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気微粒子フィルタ。
【請求項３】
コーティング液として、１ｇ／Ｌ以上の濃度となるように水中にセルロースを混合し、これを塗布したことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気微粒子フィルタ。
【請求項４】
上記有機物は、２００℃〜４００℃の排気温度により燃焼可能なものであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気微粒子フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の排気ガス中に含まれる排気微粒子を捕集する排気微粒子フィルタの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関、特にディーゼル機関の排気ガス中に比較的多く含まれているスス（Ｓｏｏｔ）などの排気微粒子を除去するために、従来から、特許文献１、特許文献２に見られるように、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）などと呼ばれる排気微粒子フィルタを排気系に介装し、排気微粒子を捕集することが行われている。そして、この種のフィルタは、排気微粒子の捕集に伴って経時的に目詰まりを生じるので、一般に、何らかの手段でもって捕集した排気微粒子を燃焼させ、フィルタから除去するようにしている。なお、捕集した排気微粒子の酸化発熱反応の促進あるいは排気中のＣＯやＨＣの除去などのために、触媒金属を担持させた所謂触媒付きの排気微粒子フィルタも多く用いられている。
【０００３】
上記排気微粒子フィルタとしては、特許文献１に記載されているような不織布を多数回巻回したもの、特許文献２に記載されているような多孔質セラミックスのハニカム型モノリス構造のもの、などが知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１６８１１２号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平５−２２２９１３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記排気微粒子フィルタにおいては、定常的な使用状態の下では、捕集した排気微粒子が完全に燃焼されることはほとんどなく、新品時の状態に比較して、ある程度の量の排気微粒子が残った状態でもって、内燃機関の運転がなされる。そのため、このようなある程度の排気微粒子が残存した状態において、フィルタの圧力損失が適当な値となるように、フィルタの目の粗さ、例えば多孔質セラミックス担体の気孔率が設定されている。定常的な使用状態では、このセラミックス担体の細孔に、排気微粒子が付着ないしは堆積した状態となっており、これが、新たな排気微粒子の捕集に寄与している。
【０００７】
従って、排気微粒子フィルタが新品状態であるとき、つまり出荷直後や排気微粒子フィルタを交換した直後などは、気孔率が過大であると言え、排気ガスに含まれている排気微粒子が、排気ガスの流れとともにフィルタを通過しやすいことから、排気微粒子の捕集効率が低いものとなってしまう。図４は、新品の排気微粒子フィルタを内燃機関に装着し、その運転時間の経過に伴う捕集効率の変化を測定した場合の特性の一例を示している。図示するように、初期は捕集効率が非常に低く、ある程度の時間運転した段階（つまり排気微粒子がある程度捕集された状態）で、目標とする捕集効率に到達する。
【０００８】
なお、仮に、新品時から十分に高い捕集効率が得られるように気孔率を小さく設定すると、定常的な使用状態の下では、圧力損失が過大となりやすい。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、この発明では、内燃機関の排気系に介装されて排気ガス中の排気微粒子を捕集する内燃機関の排気微粒子フィルタにおいて、予め可燃性の有機物を塗布し、初期の捕集効率を高めるようにした。
【００１０】
上記有機物としては、例えば、セルロースや澱粉などを用いることができ、運転中に徐々に燃焼除去されるように、例えば、２００℃〜４００℃の排気温度により燃焼可能なものであることが望ましい。
【００１１】
つまり、本発明では、排気微粒子が捕集されるフィルタ表面に予めセルロース等の有機物を塗布しておくことで、フィルタの細孔が狭められ、あるいは部分的に埋められる形となって、排気ガスが通過しにくくなり、かつ排気微粒子の捕集効率が高まる。そして、この有機物は、内燃機関の運転中に、排気微粒子フィルタを通過する排気の熱によって徐々に燃焼し、いずれ完全に焼失する。従って、焼失後は、排気微粒子フィルタの圧力損失に悪影響を与えることはない。つまり、定常的な使用状態の下での圧力損失を悪化させることなく、排気微粒子が堆積していない初期の捕集効率が高められる。
【００１２】
なお、有機物として比較的低い温度では焼失しない材料を選択したとしても、排気微粒子フィルタに捕集された排気微粒子が燃焼除去される際には、排気微粒子フィルタが十分に高温となるので、遅くとも、この段階で確実に焼失する。
【００１３】
【発明の効果】
この発明に係る内燃機関の排気微粒子フィルタによれば、定常的な使用状態の下での圧力損失を何ら悪化させることなく、初期の排気微粒子の捕集効率を高めることができ、出荷直後あるいは排気微粒子フィルタ交換直後から良好な排気微粒子捕集性能を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
図１は、ディーゼル機関の排気微粒子の捕集に用いられる排気微粒子フィルタつまりディーゼルパティキュレートフィルタとして構成した本発明の一実施例を示しており、この実施例では、多孔質セラミックスを用いたハニカム型モノリス構造のフィルタとして構成されている。全体として円柱状をなすセラミックス製のフィルタ本体１は、その軸方向に沿って、多数の微細な通路つまり多数のセル２を有し、各セル２が、薄い壁３で仕切られている。そして、多数のセル２の中の一部のものは、フィルタの上流端で閉塞（いわゆる目封じ、目詰め）され、残りのものは、フィルタの下流端で閉塞されている。典型的には、上流端が閉塞されたセル２と下流端が閉塞されたセル２とが、互いに隣接して交互に配置されている。従って、下流端が閉塞されたセル２に流入した排気ガスは、多孔質の壁３を通って隣接するセル２に流入し、このセル２の開口した下流端から流出することになる。排気ガスに含まれていた排気微粒子は、主に、排気ガスが多孔質の壁３を通過する際に、ここで捕集除去される。
【００１６】
本発明においては、フィルタ本体１のセル２内部を含む表面全体に、可燃性有機物として、セルロース４が塗布されている。具体的には、コーティング液として、水に粉体状セルロースを混合し、このコーティング液中にフィルタ本体１を浸漬して、全体をコーティングし、乾燥させてある。なお、図１では、セラミックスの表面を完全に覆う層状にセルロースの層４が図示されているが、これは模式的に示したものであり、セルロースの濃度あるいはセルロースの性状などによっては、セル２の内側表面が部分的に露出した状態となっていても良い。
【００１７】
このようにコーティングされたセルロースは、セル２の内側表面の細孔内に入り込み、細孔を部分的に塞ぐようになるので、フィルタ本体１の実質的な気孔率が小さくなる。
【００１８】
次に、より具体的な実施例を説明する。本発明の評価のために、表１に示すように、実施例１〜１２および比較例１〜３の排気微粒子フィルタを試作した。いずれもフィルタ本体１の形状（寸法）およびセル構造は、同一である。比較例１に対し、比較例２は、セラミックスの気孔率を異ならせたもので、比較例３は、セラミックスの材質を変更したものである。実施例１〜３は、比較例１と同じフィルタ本体１を備え、かつセルロースのコーティングを行ったものであり、それぞれ、コーティング液におけるセルロース濃度を、１ｇ／Ｌ、３ｇ／Ｌ、５ｇ／Ｌ、と変化させたものである。実施例４〜６は、比較例２と同じフィルタ本体１を備えており、同様に、セルロース濃度を３段階に変化させたものである。実施例７〜９は、比較例３と同じフィルタ本体１を備えており、同様に、セルロース濃度を３段階に変化させたものである。また、実施例１０〜１２は、比較例２と同じフィルタ本体１を用い、これに触媒金属（Ｐｔ）を含むウォッシュコート（Ｗ／Ｃ）層をコーティングした、いわゆる触媒付きの排気微粒子フィルタについて、同様にセルロースのコーティングを行った例を示している。
【００１９】
そして、これらの排気微粒子フィルタを、内燃機関に装着し、図２に示すように、運転時間の経過に伴う捕集効率の変化を測定した。なお、このときの排気微粒子フィルタ入口における排気温度は、図示するように、２００℃一定である。前述したように、捕集効率は、一般に排気微粒子フィルタにおける排気微粒子の捕集に伴って高くなっていくが、運転開始後、５分の時点の捕集効率を、「初期捕集率」とし、表１にまとめた。なお、図２に示す捕集効率の特性は、セルロースを具備しない比較例の特性例である。そして、６０分間運転した段階での捕集効率を、「安定後捕集率」とし、表１にまとめた。また、この６０分後の段階での圧力損失を、上流側での排圧として測定した。
【００２０】
次に、上記のように６０分間運転して排気微粒子を捕集した排気微粒子フィルタを、セルロースを焼却除去するために、４００℃の排気温度下に２０分間晒した後に、再度、図２に示す上述した要領で試験を行い、運転開始後５分の時点の捕集効率を「焼成後捕集率」として測定し、かつ同時に、圧力損失（排圧）を測定して、表１にまとめた。
【００２１】
【表１】
2004138016.tif 000003
【００２２】
この表１に示すように、セルロースを塗布しておくことで、初期捕集率が明らかに向上する。そして、焼成後つまりセルロースが焼失した後は、圧力損失は、セルロースを塗布しない各比較例と全く変わらないレベルとなる。触媒付きの排気微粒子フィルタにおいても、セルロースを塗布することで、同様の効果が得られた。また、セルロース量についてみると、１ｇ／Ｌの少量のセルロースでも明らかに効果があるが、３ｇ／Ｌの濃度にまでセルロース量を増やせば、さらに高い効果が得られる。これ以上セルロース量を増やしても、初期捕集率は殆ど向上しない。従って、３ｇ／Ｌの濃度でコーティングすることが望ましい。
【００２３】
本実施例で用いられたセルロースは、排気温度が２００℃でも焼失が始まり、排気温度が４００℃であれば、完全に焼失する。図３は、セルロースを塗布した実施例と塗布しない比較例とで、上述した試験と同様の試験を行って、その間の排圧の変化を示したものである。図示するように、セルロースを塗布した実施例は、比較例に比べて、初期の排圧は高い。その後、実施例、比較例ともに、排気微粒子の捕集に伴って排圧が高くなっていくが、ある段階でセルロースが焼失し始めることから、実施例の排圧上昇は緩慢となる。そして、排気温度が４００℃となると、セルロースが焼失するとともに、排気微粒子の一部が燃焼除去されるので、排圧が急激に低下する。４００℃で２０分経過した時点では、実施例と比較例の排圧はほぼ一致し、従って、セルロースはほぼ完全に焼失している。
【００２４】
以上、本発明を、多孔質セラミックスを用いたハニカム型モノリス構造の排気微粒子フィルタに適用した実施例について説明したが、本発明は、これに限定されず、金属製モノリス担体やセラミックス繊維もしくは金属繊維の不織布を用いたものなど、種々の形式の排気微粒子フィルタに適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を示す排気微粒子フィルタ要部の拡大図。
【図２】比較例および実施例に対する試験の説明図。
【図３】実施例と比較例との排圧変化を対比して示す特性図。
【図４】従来の排気微粒子フィルタにおける捕集効率の経時的変化を示す特性図。
【符号の説明】
１…フィルタ本体
２…セル
４…セルロース
【図１】
2004138016.tif 000004
【図２】
2004138016.tif 000005
【図３】
2004138016.tif 000006
【図４】
2004138016.tif 000007