(57)【要約】【課題】  ＤＰＦ外周部の昇温性能を改善し、再生時にＤＰＦのフィルタ部を均一に昇温してＰＭの燃え残りを低減し、再生を確実に行うことを目的とする。【解決手段】  ディーゼルエンジンＥの排気管４途中に、金属ケース２内に保持材３により保持固定されるＤＰＦ１を設置する。ＤＰＦ１は、多孔質のセル壁１１により区画される多数のセル１２を有するモノリス構造体で、多数のセル１２を排ガス流入側または流出側端面のいずれかで交互に詮詰め１３をしたウオールフロー構造となっている。ＤＰＦ１は、排ガス流入側および流出側の両端面において、外周面から既定幅ａの外周領域にあるセル１２を詮詰め１３して、５ないし２０ｍｍの外周保温層１５を形成し、その内側のＰＭ堆積領域１６の昇温性を向上させている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気管途中に、金属ケース内に保持材により保持固定されるパティキュレートフィルタを設置して排ガス中のパティキュレートを捕集する内燃機関の排ガス浄化装置において、
上記パティキュレートフィルタは、多孔質の壁により区画されるガス流れに平行な多数のセルを有するモノリス構造体で、上記多数のセルを排ガス流入側または流出側端面のいずれかで交互に栓詰めをしたウオールフロー構造のパティキュレート堆積領域と、
上記モノリス構造体の外周面から既定幅の外周領域にあるセルを栓詰めすることで形成され、上記パティキュレート堆積領域の外周を隙間なく取り囲む外周保温層とを有しており、かつ上記外周保温層の上記既定幅が５ないし２０ｍｍの範囲であることを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項２】
上記外周保温層は、上記モノリス構造体の外壁となる外周スキン部の外周面から既定幅の外周領域にあるセルを栓詰めすることで形成され、かつ上記外周スキン部の厚さは、０．２ｍｍから１．０ｍｍの範囲に設定されることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項３】
上記外周保温層は、上記モノリス構造体の排ガス流入側および流出側の両端面において、その外周面から既定幅の外周領域にある全セルを栓詰めすることで形成されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項４】
上記外周保温層は、上記モノリス構造体の排ガス流入側の端面において、その外周面から既定幅の外周領域にある全セルを栓詰めすることで形成されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項５】
上記外周保温層は、上記モノリス構造体の排ガス流出側の端面において、その外周面から既定幅の外周領域にある全セルを栓詰めすることで形成されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項６】
上記外周保温層を、上記外周領域に少なくとも一部があるセルを栓詰めすることで形成することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項７】
上記外周保温層の幅を、外周各部の昇温特性に応じて部分的に変更したことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項８】
上記外周保温層における所定断面積当たりの空気層の比率が、上記パティキュレート堆積領域における所定断面積当たりの空気層の比率よりも大きく設定されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項９】
上記外周保温層のセルピッチが、上記パティキュレート堆積領域のセルピッチよりも大きく設定されることを特徴とする請求項８記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項１０】
上記外周保温層のセル形状が、上記パティキュレート堆積領域のセル形状と異なることを特徴とする請求項８記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項１１】
内燃機関の排気管途中に、金属ケース内に保持材により保持固定されるパティキュレートフィルタを設置して排ガス中のパティキュレートを捕集する内燃機関の排ガス浄化装置において、
上記パティキュレートフィルタは、多孔質の壁により区画されるガス流れに平行な多数のセルを有するモノリス構造体で、上記多数のセルを排ガス流入側または流出側端面のいずれかで交互に栓詰めをしたウオールフロー構造のパティキュレート堆積領域と、
上記モノリス構造体の外周面から既定幅の外周領域に形成され、上記パティキュレート堆積領域の外周を隙間なく取り囲む外周保温層とを有しており、上記パティキュレート堆積領域の外周に配される筒状の上記外周保温層は、該筒状部の外表皮部に比してその内部の空気占有率を高めた発泡セラミックフォーム状に形成され、かつ上記外周保温層の上記既定幅が５ないし２０ｍｍの範囲であることを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項１２】
内燃機関の排気管途中に、金属ケース内に保持材により保持固定されたパティキュレートフィルタを設置して排ガス中のパティキュレートを捕集する内燃機関の排ガス浄化装置において、
上記パティキュレートフィルタは、多孔質の壁により区画されるガス流れに平行な多数のセルを有するモノリス構造体で、上記多数のセルを排ガス流入側または流出側端面のいずれかで交互に栓詰めをしたウオールフロー構造となっており、かつ上記保持材を既定厚さとして上記パティキュレートフィルタの外周面の面積の５０〜１００％を被覆することで、上記パティキュレートフィルタの外周に外周保温層を形成したことを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項１３】
上記保持材は、加熱により膨張して上記パティキュレートフィルタを上記金属ケース内に保持固定する材料からなり、組付け後の厚さが５ないし２０ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１２記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項１４】
内燃機関の排気管途中に、金属ケース内に保持材により保持固定されるパティキュレートフィルタを設置して排ガス中のパティキュレートを捕集する内燃機関の排ガス浄化装置において、
上記パティキュレートフィルタは、多孔質の壁により区画されるガス流れに平行な多数のセルを有するモノリス構造体で、上記多数のセルを排ガス流入側または流出側端面のいずれかで交互に栓詰めをしたウオールフロー構造のパティキュレート堆積領域と、
上記モノリス構造体の外周面から既定幅の外周領域にあるセルを栓詰めすることで形成され、上記パティキュレート堆積領域の外周を隙間なく取り囲む外周保温層とを有しており、かつ上記外周保温層における所定断面積当たりの空気層の比率が、上記パティキュレート堆積領域における所定断面積当たりの空気層の比率よりも大きく設定されることを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パティキュレートフィルタを用いた内燃機関の排ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題への関心が高まっており、ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（粒子状物質、以下ＰＭという）の低減が重要な課題となっている。ディーゼルエンジンのＰＭ対策としては、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下ＤＰＦという）が知られ、ＤＰＦまたは触媒を表面に塗布したＤＰＦにＰＭを捕集し、間欠的に捕集したＰＭを燃焼除去することでＤＰＦを再生し、連続使用を実現するシステムが提案されている。ＤＰＦは、ガス通路となる多数のセルを有し、これらセルを区画する多孔質の壁を排ガスが通過する際に、ＰＭを吸着、捕集する構成となっている。
【０００３】
ＤＰＦを再生するには、ＤＰＦに流入する排ガスを高温に制御するか、あるいは未燃の燃料を多く含んだ状態にし、触媒反応により発熱させることで、ＤＰＦを昇温しＰＭを燃焼させる手法が主流となっている。ここでＤＰＦは、再生とＰＭ堆積を繰返し行うことで使用するため、再生において不均一に燃焼すると、やがてＰＭの堆積状態に偏りが発生してしまう。さらに、ＰＭの堆積量が多い部分は、運転条件によってはＰＭが発熱を伴いながら急速な自己燃焼を起こして、ＤＰＦ破損を引き起こすおそれがあるため、再生でのＰＭ燃焼の不均一を回避する必要があった。
【０００４】
ところが、ＤＰＦの外周部は昇温性が悪くＤＰＦ中心部に比べ低い温度となってしまい、ＰＭが燃焼し難い。このため、ＰＭの燃え残りが多くなり、再生・堆積を繰り返した場合、ＰＭが過剰に堆積していき、やがて、ＰＭの急速燃焼によるＤＰＦ破損を引き起こすことになる。
【０００５】
これに対して、特許文献１には、ＤＰＦの排ガス入口部近傍と出口部近傍の外周部にシール材を巻き、この状態でケースに取りつけることで断熱空気層を形成し、保温する手法が提案されている。
【特許文献１】特開平０５−１３３２１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、この手法は空気断熱層がケースに接しているため放熱が多く、ＤＰＦの昇温性を向上させる効果は小さい。また、２箇所にシール材を巻くことから、組み付けの手間がかかることも問題となっている。そのため、ＤＰＦ外周部の昇温性が高く、製作が容易な技術の開発が必要とされている。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、ＤＰＦ外周部に保温層を設け蓄熱効果を持たせることで、昇温性能を改善し、再生時にＤＰＦのフィルタ部を均一に昇温すること、そして、ＰＭの燃え残りを低減し、再生を確実に行うことを目的とするものである。また、構成を簡易にし、組付けや製作を容易にすることを他の目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明における内燃機関の排ガス浄化装置は、内燃機関の排気管途中に、金属ケース内に保持材により保持固定されるパティキュレートフィルタを設置してなる。上記パティキュレートフィルタは、多孔質の壁により区画されるガス流れに平行な多数のセルを有するモノリス構造体で、上記多数のセルを排ガス流入側または流出側端面のいずれかで交互に栓詰めをしたウオールフロー構造のパティキュレート堆積領域と、上記モノリス構造体の外周面から既定幅の外周領域にあるセルを栓詰めすることで形成され、上記パティキュレート堆積領域の外周を隙間なく取り囲む外周保温層とを有しており、かつ上記外周保温層の上記既定幅を５ないし２０ｍｍの範囲としている。
【０００９】
上記外周保温層を有しない従来構成では、上記パティキュレートフィルタ外周面からの放熱で、最外周部の温度がＰＭ燃焼が充分に進行する温度まで昇温できない。これに対し、本発明の構成では、外周面から既定幅の領域にあるセルの端面を閉鎖して、排ガスがほとんど流通しない空気層を形成し、上記外周保温層として機能するようにしたので、外周からの熱の逃げが抑制され、再生時に上記パティキュレートフィルタにおけるパティキュレート堆積領域の全体をほぼ均一に昇温することができる。
【００１０】
この昇温効果を得るには、上記外周保温層の上記既定幅を５ｍｍ以上として、パティキュレート堆積領域の周囲に空気層を途切れることなく配置することが必要である。また、上記規定幅は広いほど効果的であるが、２０ｍｍで昇温効果はほぼ飽和する。よって、上記規定幅を上記範囲とすることで、ＰＭ捕集効率を低下させることなく、昇温性を改善することができる。これにより、外周部においても、例えば６００℃近傍まで昇温可能となり、ＰＭ燃焼を効率的に行うことができるので、ＰＭの燃え残りを低減して確実な再生を実現できる。
【００１１】
請求項２の発明では、上記外周保温層は、上記モノリス構造体の外壁となる外周スキン部の外周面から既定幅の外周領域にあるセルを栓詰めすることで形成され、かつ上記外周スキン部の厚さは、０．２ｍｍから１．０ｍｍの範囲に設定される。
【００１２】
上記外周保温層は、具体的には、上記モノリス構造体の外壁となる外周スキン部の内側にあるセルを栓詰めすることで形成される。上記外周スキン部は、通常、０．２ｍｍから１．０ｍｍの範囲とされ、上記既定幅よりも十分薄肉に形成することで、外周領域の空気層による保温性を確保する。
【００１３】
請求項３の発明では、上記モノリス構造体の排ガス流入側および流出側の両端面において、その外周面から既定幅の外周領域にある全セルを栓詰めすることで、上記パティキュレートフィルタに上記外周保温層を形成する。
【００１４】
上記外周保温層は、具体的には、上記外周領域にあるセルの両端面を閉鎖することによって形成することができる。これにより、外周領域に空気層が形成されて、その内側のパティキュレート堆積領域を取り囲んで保温性を高めるので、その内側のパティキュレート堆積領域を６００℃近傍まで昇温することが可能となる。
【００１５】
請求項４の発明では、上記モノリス構造体の排ガス流入側の端面において、その外周面から既定幅の外周領域にある全セルを栓詰めすることで、上記パティキュレートフィルタに上記外周保温層を形成する。
【００１６】
上記パティキュレートフィルタの排ガス流入側の端面のみ上記外周領域のセルを栓詰めして、上記外周保温層を形成することもできる。栓詰めを片側のみとしても、該当するセル内のガス流れが抑制されるので、同様の効果が得られ、ＤＰＦ外周部の昇温性を改善して、ＰＭ燃焼を効率的に行うことができる。また、構成が簡易になるので、製造が容易である。
【００１７】
請求項５の発明では、上記モノリス構造体の排ガス流出側の端面において、その外周面から既定幅の外周領域にある全セルを栓詰めすることで、上記パティキュレートフィルタに外周保温層を形成する。
【００１８】
上記パティキュレートフィルタの栓詰めを片面とする場合、排ガス流入側でなく、排ガス流出側の端面のセルを栓詰めして、上記外周保温層を形成することもできる。この構成においても、該当するセル内のガス流れが抑制されて同様の効果が得られ、ＤＰＦ外周部の昇温性を改善して、ＰＭ燃焼を効率的に行うことができる。また、構成が簡易になるので、製造が容易である。
【００１９】
請求項６の発明においては、上記外周保温層を、上記外周領域に少なくとも一部があるセルを栓詰めすることで形成する。
【００２０】
上記外周保温層を形成するために栓詰めを行う場合、上記外周領域にセルの一部のみが属するセルが存在するが、このようなセルも端面の全面を栓詰めすることが望ましい。これにより、既定幅の領域が確実に閉鎖され、上記外周保温層による昇温性の改善を効果的に行うことができる。
【００２１】
請求項７の発明においては、上記外周保温層の幅を、外周各部の昇温特性に応じて部分的に変更する。上記外周保温層の幅は必ずしも一定とする必要はなく、外周各部の昇温特性に応じて変更することで、より効率よくＤＰＦの再生を行うことができる。
【００２２】
請求項８の発明においては、上記外周保温層における所定断面積当たりの空気層の比率が、上記パティキュレート堆積領域における所定断面積当たりの空気層の比率よりも大きくなるようにする。
【００２３】
上記外周保温層ではＰＭ捕集はなされないので、上記パティキュレート堆積領域よりもセル壁の比率を小さくし、空気層の比率を大きくすることで、上記外周保温層による保温効果を向上させることができる。
【００２４】
請求項９の発明においては、上記外周保温層のセルピッチを、上記パティキュレート堆積領域のセルピッチよりも大きくする。
【００２５】
具体的には、上記外周保温層のセルピッチを、より大きくすることで、上記外周保温層における空気層の比率を高くし、保温効果を向上させることができる。
【００２６】
請求項１０の発明においては、上記外周保温層のセル形状を、上記パティキュレート堆積領域のセル形状と異なる形状とする。
【００２７】
上記外周保温層を上記パティキュレート堆積領域と異なるセル形状とすれば、上記外周保温層の空気層の比率が高くなるように、または強度が高くなるように、セル形状を自由に変更することができ、効果的である。
【００２８】
請求項１１の発明は、上記課題を解決するための他の構成で、上記パティキュレートフィルタは、多孔質の壁により区画されるガス流れに平行な多数のセルを有するモノリス構造体で、上記多数のセルを排ガス流入側または流出側端面のいずれかで交互に栓詰めをしたウオールフロー構造のパティキュレート堆積領域と、上記モノリス構造体の外周面から既定幅の外周領域に形成され、上記パティキュレート堆積領域の外周を隙間なく取り囲む外周保温層とを有している。上記パティキュレート堆積領域の外周に配される筒状の上記外周保温層は、該筒状部の外表皮部に比してその内部の空気占有率を高めた発泡セラミックフォーム状に形成され、かつ上記外周保温層の上記既定幅は５ないし２０ｍｍの範囲としてある。
【００２９】
このように、上記パティキュレート堆積領域の外周を、所定厚さの発泡セラミックフォームで筒状に覆うことによって、外周保温層を構成することもできる。このように形成される外周保温層は、空気層とセラミックとが混合しながら空気層の占有率を高めて保温効果を向上させる効果と、ＤＰＦ重量を軽減しながら外周側からの外力に対するＤＰＦの抗力を高める効果の双方を発揮する。この構成においても、上記既定幅を５ないし２０ｍｍの範囲と効果的である。
【００３０】
請求項１２の発明は、上記課題を解決するための他の構成で、上記パティキュレートフィルタは、多孔質の壁により区画されるガス流れに平行な多数のセルを有するモノリス構造体で、上記多数のセルを排ガス流入側または流出側端面のいずれかで交互に栓詰めをしたウオールフロー構造となっており、かつ上記保持材を既定厚さとして上記パティキュレートフィルタの外周面の面積の５０〜１００％を被覆することで、上記パティキュレートフィルタの外周に外周保温層を形成したものである。
【００３１】
このように、上記保持材を厚くして上記パティキュレートフィルタの外周表面を覆うことによって、外周保温層を構成することもでき、同様の効果が得られる。また、この構成では、上記パティキュレートフィルタの構成を変更せず、従来のものをそのまま使用することができるので、構造が簡易にできる。
【００３２】
請求項１３の発明においては、上記保持材は、加熱により膨張して上記パティキュレートフィルタを上記金属ケース内に保持固定する材料からなり、組付け後の厚さが５ないし２０ｍｍの範囲である。
【００３３】
上記保持材が加熱により膨張する材質であると、内燃機関へ組み付けた後、内燃機関の運転による昇温によって膨張させて、上記パティキュレートフィルタを確実に保持させることができる。この場合も、組付け後の厚さが５ないし２０ｍｍの範囲にあれば、昇温性を向上させる充分な効果が得られ、しかも、組み付け工程を簡単になるので、製造が容易である。
【００３４】
請求項１４の発明は、上記課題を解決するための他の構成で、上記パティキュレートフィルタは、多孔質の壁により区画されるガス流れに平行な多数のセルを有するモノリス構造体で、上記多数のセルを排ガス流入側または流出側端面のいずれかで交互に栓詰めをしたウオールフロー構造のパティキュレート堆積領域と、該パティキュレート堆積領域の外側に設けられ、上記モノリス構造体の外周面から既定幅の外周領域にあるセルを栓詰めすることで形成される外周保温層とを有しており、かつ上記外周保温層における所定断面積当たりの空気層の比率が、上記パティキュレート堆積領域における所定断面積当たりの空気層の比率よりも大きくなるようにしてある。
【００３５】
上記構成によっても、上記外周保温層により、外周からの熱の逃げを抑制し、再生時に上記パティキュレートフィルタ全体を均一に昇温する効果が得られる。この時、上記外周保温層ではＰＭ捕集はなされないので、上記パティキュレート堆積領域よりもセル壁の比率を小さくし、空気層の比率を高くすることで、上記外周保温層による保温効果をより向上させることができる。よって、ＰＭ捕集効率を低下させることなく、昇温性を改善して、ＰＭ燃焼を効率的に行うことができ、ＰＭの燃え残りを低減して確実な再生を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。図１は、本発明を適用したディーゼルエンジンの排ガス浄化装置の全体構成を示す図で、図１（ａ）のように、エンジンＥの排気管４途中には、これより大径の金属ケース２が接続されて、その内部にディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）１を収容している。ＤＰＦ１と金属ケース２の間には、ＤＰＦ１の軸方向の中間部外周を覆うように耐熱性の保持材３が介設され、ＤＰＦ１は、この保持材３によって金属ケース２内に保持固定されている。
【００３７】
図１（ｂ）、（ｃ）のように、ＤＰＦ１は円柱状のモノリス構造体からなり、その内部は多孔質のセル壁１１により軸方向に区画されて、ガス流れに平行な多数のセル１２を形成している。ＤＰＦ１のこれら多数のセル１２は、排ガス流入側または流出側端面のいずれかで栓詰め１３が施されて一端が閉鎖されている。この際、開口部が隣接するセルで互い違いとなるよう、交互に栓詰め１３を行うことで、排ガスがセル壁１１を通じてセル１２間を流通するウオールフロー構造のパティキュレート堆積領域（ＰＭ堆積領域）１６が形成される。好ましくは、ＤＰＦ１の内表面（セル壁１１表面）に触媒を担持させると、ＰＭの燃焼温度を低くして安定した燃焼を行うことができる。
【００３８】
セル１２の断面形状は、通常、四角形であり、ここでは、正方形としているが、長方形であってもよい。それ以外にも、三角形等や他の多角形、その他の形状とすることができる。また、外周形状は、真円である必要は必ずしもなく、それに近い形状であればよい。ＤＰＦ１の材質としては、例えば、コーディエライト等の耐熱性セラミックスを使用することができ、使用する原料の粒径や、焼成工程で焼失する添加材の量等を調製することで、セル壁１１の気孔率、気孔径等を制御することができる。一般に、気孔率、気孔径が大きいほど低圧損となるが、あまり大きいとＰＭ捕集能力が低下するため、必要性能に応じて適宜設定すればよい。セル壁１１の厚さ、各セル１２の開口部面積等も、必要なＰＭ捕集能力が得られ、かつ圧損が大きくなりすぎないように、適宜設定される。
【００３９】
本発明では、ＤＰＦ１の外周面１４近傍のセル１２に、さらに栓詰め１３を行って、ＤＰＦ１の外周部に外周保温層１５を構成する。具体的には、図２に示すように、モノリス構造体の外壁となる円筒状の外周スキン部１７の表面（外周面１４）から既定幅ａの外周領域を想定し、この外周領域にあるセル１２および少なくとも一部があるセル１２について端面に栓詰め１３を行って、ＰＭ堆積領域１６の外周を隙間なく取り囲む。点線は、外周領域の内周端を示す仮想線である。この仮想線上にあるセル１２については、端面全体を栓詰め１３により閉塞するため、実際には、既定幅ａのやや内側まで目詰めされることになる。外周保温層１５では、排ガスの流通量が少なくなり、外部への放熱が抑制されるので、その内側のＰＭ堆積領域１６の温度低下を所定温度以上に保持することができる。
【００４０】
この時、図３（ａ）に示す第１の実施の形態では、モノリス構造体のガス流入側とガス流出側の両端面において、その外周面から既定幅ａの外周領域にある全セル１２に栓詰め１３を行う。この構成では、外周保温層１５を構成するセル１２の両端が閉鎖されるので、排ガスがほとんど流通せず、保温性を高めて、ＰＭ堆積領域１６の温度を昇温させる効果が高い。また、図３（ｂ）に示す第２の実施の形態のように、セル１２のガス流入側の端面のみ、全て栓詰め１３を行って、外周保温層１５を構成することもできる。図３（ｃ）に示す第３の実施の形態のように、セル１２のガス流出側の端面のみ、全て栓詰め１３を行って、外周保温層１５を構成することもできる。
【００４１】
第２、第３の実施の形態の構成では、外周保温層１５を構成するセル１２の一端が開放しているため、第１の実施の形態の構成よりは排ガスが流通しやすくなるが、例えば、外周保温層１５の上記既定幅ａを適切に設定することで、ＰＭ堆積領域１６を所定温度以上に保持する充分な効果が得られる。さらに、栓詰め１３が片面のみでよいので、第１の実施の形態の構成より製造工程が簡単になる。
【００４２】
上記既定幅ａは、所望の保温性能が得られるように、適宜設定することができる。好ましくは、再生時にＰＭ堆積領域１６全体が、ＰＭ燃焼が充分進行する温度 (例えば、約６００℃)以上となるように、通常、５〜２０ｍｍの範囲で既定幅ａを設定するのがよい。既定幅ａが５ｍｍに満たないと、ＤＰＦ１外周部の昇温性を向上させる効果が得られず、５ｍｍ以上では既定幅ａが広くなるほど昇温性は向上するが、２０ｍｍを超えても効果に大きな違いが見られない。また、既定幅ａが２０ｍｍを超えるとＰＭ堆積領域１６が縮小するため好ましくない。これについては後述する。
【００４３】
ここで、ＤＰＦ１の通常のセルピッチは、１．３２〜１．６２ｍｍ程度であるので、均一なセルピッチで構成されたＤＰＦ１において、外周保温層１５の既定幅ａ（５〜２０ｍｍ）は、セルピッチの３〜１５倍程度に相当する。なお、セル１ピッチは下記式（１）、
１ピッチ＝２５．４／（メッシュ数）1/2 ・・・（１）
で定義される。メッシュ数とは、２５．４ｍｍ四方中に存在するセルの数であり、例えば、セル１２が断面正方形状であれば、１ピッチはセル１２の一辺の長さにセル壁１１の厚さを足した長さとなる。また、外周スキン部１７の厚さは、０．２ｍｍから１．０ｍｍの範囲に設定される。
【００４４】
上記構造のＤＰＦ１は、例えば次のようにして製作される。まず、セラミック原料に、有機発泡材やカーボン等、通常使用される添加材を調合し、混練して粘土状としたものを、押出成形する。有機発泡材やカーボンは焼成過程で焼失して気孔を形成する。この成形体を仮焼した後、通常の方法で、各セル１２の一方の端面を交互に栓詰め１３を行ない、さらに仮焼体の両端面または一方の端面において、想定された既定幅ａの外周領域に少なくとも一部があるセル１２に栓詰め１３を施す。その後、焼成を行いＤＰＦ１とする。
【００４５】
得られたＤＰＦ１に、触媒貴金属等の触媒成分を担持して触媒付ＤＰＦとすることもできる。触媒成分の担持は、触媒成分の化合物を水、アルコール等の溶媒に溶解して触媒溶液を調製し、ＤＰＦ１に含浸させる。その後、余剰の触媒溶液を除去して、乾燥し、大気雰囲気で触媒成分を焼き付ける。
【００４６】
上記構成の排ガス浄化装置の作動について、次に説明する。図１において、ＤＰＦ１のＰＭ堆積量は、図示しない差圧センサ等を用いてＤＰＦ１の前後差圧を検出することにより、算出することができる。そして、算出されたＰＭ堆積量が既定値に達したと判断されると、ＤＰＦ１の再生を行う。ＤＰＦ１の再生は、例えば、エンジンＥからＤＰＦ１に排出される排ガスを高温に制御するか、あるいは未燃燃料を多量に含んだ状態とし、触媒反応により発熱させることにより行われる。これにより、ＤＰＦ１が昇温して、ＰＭ燃焼が進行する充分高い温度となり、ＰＭが燃焼除去される。
【００４７】
この際、外周保温層１５を有しない従来構成では、ＤＰＦ１の最外周部の温度が充分昇温せず、ＰＭの燃え残りが生じるおそれがあるが、本発明では、外周保温層１５がＤＰＦ１最外周部の温度低下を抑制し、ＤＰＦ１全体を均一な温度を保持する。従って、ＰＭが燃え残って堆積状態に偏りができたり、さらに再生・堆積を繰り返す間にＰＭが過剰に堆積し、運転状態により急速な自己燃焼を引き起こすのを防止できる。よって、ＤＰＦ１の再生を安全にかつ安定して行うことができ、ＤＰＦ１の耐久性も向上する。
【００４８】
図４は、本発明の外周保温層１５による昇温効果を確認するために行った試験結果を示す図である。本発明品として、排ガス流入側の端面のみ既定幅の外周領域のセル１２を栓詰め１３を行い外周保温層１５を形成したＤＰＦ１を用いた（図３（ｂ）の第２の実施の形態の構成）。ＤＰＦ１の基材はコーディエライトとし、外周保温層１５の幅（既定幅ａ）：５ｍｍ、ＰＭ堆積領域１６の半径：５９．５ｍｍ、軸方向長：１５０ｍｍ、セル壁厚：０．３ｍｍ、３００メッシュ（正方形セル）、外周スキン部１７の厚さ：０．５ｍｍとして、上記方法で製作したＤＰＦ１を金属ケース２に固定してエンジンＥの排気管４に取り付け、昇温試験を行って、ＤＰＦ１内部の温度分布を測定した。ここで、昇温試験は、通常走行時における代表的な運転モード（最も頻繁に現れる運転モード）において行った。
【００４９】
また、外周保温層１５を形成しない従来品についても同様の試験を行った。従来品は、ＰＭ堆積領域１６の半径：６４．５ｍｍである以外は、本発明品と同様の構成を有する。
【００５０】
図４に明らかなように、従来品では、ＤＰＦ外周部の温度が中心部の温度に比べて大きく低下しており（約５００℃）、ＤＰＦ最外周部の温度をＰＭ燃焼が充分に進行する温度まで昇温することができない。これに対し、本発明品では、外周保温層１５の内側となるＰＭ堆積領域１６の最外周部が６００℃近傍まで上昇しており、ＤＰＦ１全体をほぼ均一に昇温して、ＰＭ燃焼を効率的に行えることがわかる。
【００５１】
次に、本発明の外周保温層１５の幅（既定幅ａ）について検討した。外周保温層１５の幅（既定幅ａ）：２０ｍｍ、ＰＭ堆積領域１６の半径：４４．５ｍｍとした以外は、上記図４の本発明品と同様の構成のＤＰＦ１について（図５（ａ））、同様の昇温試験を行い、図５（ｂ）に結果を示した。図５（ｂ）には、上記図４の本発明品（外周保温層１５の幅（既定幅ａ）：５ｍｍ）および従来品の昇温試験結果を併記してある。
【００５２】
図５（ｂ）に明らかなように、外周保温層１５による昇温効果は、外周保温層１５の幅に影響され、外周保温層１５の幅が広い方が昇温効果が高くなっている。上述した通り、外周保温層１５の幅が５ｍｍでＰＭ堆積領域１６の最外周部を６００℃近傍まで昇温可能であり、ＤＰＦ１に捕集されたＰＭは、約６００℃以上で効率的に燃焼させることができるため、外周保温層１５の幅は５ｍｍ以上あればよいことが分かる。ただし、外周保温層１５の幅が２０ｍｍで昇温効果はほぼ飽和しており、それ以上の幅の増加は効果がない。また、ＰＭ堆積領域１６が縮小してしまう。
【００５３】
以上より、本発明の外周保温層１５の幅（既定幅ａ）は、５ｍｍから２０ｍｍの範囲にあると、最も効果的である。なお、従来品の試験結果に見られるように、温度低下が問題となるのは最外周部であり、中心部では、ＰＭ燃焼に必要な６００℃に十分到達している。これは、ＤＰＦ１内の熱が外周部から放熱されていくためであり、本発明の外周保温層１５は、この最外周部に所定幅以上の空気層を設けて、ＤＰＦ１内の熱が外部へ放熱されるのを抑制するものであるから、昇温試験に用いたＤＰＦ１とサイズが異なる場合においても、最外周壁面からの距離（外周保温層１５の幅）に応じた同様の効果が得られる。また、昇温試験は、通常走行時の代表的な運転モードにおいてなされているので、通常の運転状態であれば、本発明の外周保温層１５による昇温効果で、ＤＰＦ１再生時の均一なＰＭ燃焼を確実に行うことができ、実用上十分な効果が得られる。
【００５４】
外周スキン部１７の厚さは、０．２ｍｍから１．０ｍｍの範囲であれば、外周保温層１５による保温性能への影響は小さく、外周保温層１５の既定幅ａに応じた上記効果が得られる。外周スキン部１７の厚さが０．２ｍｍに満たないと、外周面１４の強度が確保できず、１．０ｍｍを超えると、外周保温層１５の実質的な厚さが減少するので望ましくない。ただし、ＤＰＦ１の強度を高める必要がある場合などには、外周スキン部１７の厚さを上記範囲以上に設定することもでき、この場合には、外周保温層１５の既定幅ａを、外周スキン部１７の厚さよりも十分大きくするとよい。例えば、外周スキン部１７を５ｍｍと分厚くした場合には、既定幅ａを２０ｍｍとし、昇温性を向上するのに必要な空気層厚さが確保されるようにする。ここで、この分厚くした外周スキン部１７は、外周側からの外力に対するＤＰＦの抗力を充分に高める効果を有する。
【００５５】
図６に本発明の第４の実施の形態を示す。上記第１〜第３の実施の形態では、既定幅の外周領域にあるセル１２の両端面または一方の端面に栓詰め１３を行って外周保温層１５を形成したが、本実施の形態では、図５のように、ＤＰＦ１の外周スキン部１７´を通常より肉厚に形成して、外周保温層としている。この場合も、外周スキン部１７´の厚さは、５〜２０ｍｍの範囲とすることが好ましく、所望の昇温効果が得られるように、適宜設定される。従来のＤＰＦ１において、外周スキン部は、例えば、０．５ｍｍ程度の厚さに形成されており、上記図４に示されるように保温効果はないが、これを５ｍｍ以上とすることで、ＤＰＦ再生時の昇温性を向上させ、ＰＭ燃焼を効率的に行う同様の効果が得られる。ただし、外周スキン部１７´が厚くなりすぎると、ＰＭ堆積領域が小さくなり、昇温効果に大きな向上は見られないので、外周スキン部１７´の厚さは２０ｍｍ以下とするのがよい。
【００５６】
なお、本形態での肉厚なスキン部１７´の内部構造を、発泡セラミックフォーム状に形成されると更によい（内部構造図示を省略する）。詳細には、外周保温層である肉厚なスキン部１７´は、外表皮部に比してその内部の空気占有率を高めるように形成される。このように形成される外周保温層１５は、空気層とセラミックとが混合しながら空気層の占有率を高めて保温効果を向上させる効果と、ＤＰＦ重量を軽減しながら外周側からの外力に対するＤＰＦの抗力を高める効果の双方を発揮する。
【００５７】
また、上記構成では、ＤＰＦ１の押出し成形の行程で外周保温層を作製することができるため、製造工程を変更する必要がない。すなわち、上記第１〜第３の実施の形態のように、外周面１４より既定幅（５〜２０ｍｍ）の外周領域にあるセル１２の栓詰め１３が不要となることで、製造が容易になる効果がある。
【００５８】
図７に本発明の第５の実施の形態を示す。本実施の形態では、図６のように、ＤＰＦ１の外周を保持する保持材３´を、通常より肉厚に形成して、ＤＰＦ１の外周面の面積の５０〜１００％を被覆することにより、外周保温層を形成している。この場合も、保持材３´の厚さは、組付け後の厚さが５〜２０ｍｍの範囲となるようにすることが好ましく、この範囲で所望の昇温効果が得られるように、適宜設定される。保持材３´の厚さが５ｍｍに満たないと昇温性が改善されず、また、２０ｍｍを超えると昇温効果は大きく向上せず、ＤＰＦ１のＰＭ堆積領域が小さくなるので好ましくない。この効果を得るには、少なくともＤＰＦ１の外周面の面積の５０％以上を被覆していればよく、必要に応じて被覆面積を決定すればよい。図７は、ＤＰＦ１の外周面の全面（１００％）を被覆した例を示している。
【００５９】
また、保持材３´として、好ましくは、加熱により膨張してＤＰＦ１を固定保持できる材料を用いるのがよい。具体的には、多層構造の天然鉱物系材料に樹脂を配合してシート状としてなり、加熱により厚み方向に膨張する材料（例えば、インタラムマット（商品名）、住友スリーエム（株）製、）を保持材３´として使用することができる。この保持材３´をＤＰＦ１の外周に巻いた状態で金属ケース２内に設置し、エンジンＥを運転すると、排ガスの熱によって保持材３´が厚み方向に膨張し、金属ケース２内にＤＰＦ１を固定する。これにより、ＤＰＦ１の組付けが容易になり、かつ確実にＤＰＦ１を固定することができる。また、ＤＰＦ１の構成に変更がないので、従来のＤＰＦを利用可能であり、大きくコストを増加させることなく外周保温層を構成できる。
【００６０】
図８に本発明の第６の実施の形態を示す。上記第１〜第３の実施の形態では、外周保温層１５を構成する既定幅ａを一定としたが、図８に示すように外周保温層１５の幅を部分的に変更することもできる。例えば、流入する排ガスの流速分布などにより、ＤＰＦ１外周部の昇温特性に偏りがある場合には、外周保温層１５の幅を既定幅ａより広げて、昇温性をより向上させた部分（図８（ｂ）の既定幅ａ´の部分）を設けることができる。逆に昇温性が良い部分は、既定幅ａより外周保温層の幅を狭くしてもよく、ＤＰＦ１のＰＭ堆積領域１６の有効断面積を拡大して、集塵率を向上させることができる。
【００６１】
このように、外周保温層１５の幅を、昇温特性に応じて、二水準ないしそれ以上とすることもでき、高い昇温効率とＰＭ捕集効率の両方をより効果的に実現することができる。
【００６２】
図９に本発明の第７の実施の形態を示す。上記第１〜第３の実施の形態では、ＤＰＦ１の多数のセル１２の形状およびセルピッチを一定としたが、外周保温層１５における所定断面積当たりの空気層の比率が、ＰＭ堆積領域１６における所定断面積当たりの空気層の比率よりも大きくなるように、セル形状またはセルピッチを変更することもできる。具体的には、図９（ａ）に示す本実施の形態のように、外周保温層１５を構成するセル１２´のセルピッチを、ＰＭ堆積領域１６を構成するセル１２のセルピッチよりも大きくすることができる。ここでは、外周保温層１５におけるセルピッチを、通常のセルピッチ（１．３２〜１．６２ｍｍ）としたＰＭ堆積領域１６の約２倍とし、セル形状は、いずれも正方形とする。
【００６３】
このようにすると、図９（ｂ）、（ｃ）に示すように、外周保温層１５（図９（ｂ））において所定断面積に占めるセル壁１１の割合が、ＰＭ堆積領域１６（図９（ｃ））に比べて小さくなるために、セル壁１１で囲まれる空気層の比率が外周保温層１５で高くなる。従って、均一なセルピッチで構成されたＤＰＦ１よりも、保温効果が上がり、外周部の温度低下を抑制して全体をより均一に昇温することができる。
【００６４】
図１０に本発明の第８の実施の形態を示す。上記第７の実施の形態では、外周保温層１５を構成するセル１２´と、ＰＭ堆積領域１６を構成するセル１２を同一形状としたが、異なる形状としてもよい。本実施の形態では、外周保温層１５を構成するセル１２´を略矩形とし、セル壁１１が放射状に位置するように配置する。外周保温層１５のセル１２´は、ＰＭ堆積領域１６のセル１２よりもセル断面積を大きくし、例えば、外周保温層１５における所定断面積当たりの空気層の比率が、上記第７の実施の形態と同等となるようにする。
【００６５】
このように、セル壁１１が放射状に位置する構成であると、放熱方向への空気層の比率が高くなるので、保温効果がより向上する。また、セル壁１１が、ＤＰＦ１の組付け時に外周面が受ける面圧に対して抗力を発生する方向に配置されるので、強度が向上する。なお、図１０では、外周保温層１５を構成する放射状のセル１２´を一層とし、ＰＭ堆積領域１６を取り囲むように配置したが、放射状のセル１２´を二層ないしそれ以上としてももちろんよい。
【００６６】
図１１に本発明の第９の実施の形態を示す。本実施の形態では、外周保温層１５を構成するセル１２´を、ＰＭ堆積領域１６のセル１２よりもセル断面積の大きい三角形セルとし、セル壁１１を面圧に対して抗力を発生する方向に配置する。これにより、空気層比率を高くしつつ、さらに強度を向上させることができる。この場合も、三角形セルを一層ないしそれ以上とすることができる。
【００６７】
図１２に本発明の第１０の実施の形態を示す。本実施の形態では、上記第８および第９の実施の形態を組み合わせた形状とする。具体的には、外周保温層１５のセル１２´を、三角形のセル１２ａとベース型のセル１２ｂを組み合わせて構成し、内周側に三角形のセル１２ａを、その外側にベース型のセル１２ｂを配置する。これにより、空気層による保温効果と強度を両立させることができる。
【００６８】
このように、外周保温層１５を構成するセル１２´の形状は、必要な保温効果と強度が得られるように、任意に設定することができ、高いＰＭ燃焼効率と耐久性を兼ね備えた実用性の高いＤＰＦ１が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】（ａ）は本発明の排ガス浄化装置の全体概略構成図、（ｂ）はＤＰＦの全体斜視図、（ｃ）はＤＰＦのセル構造を示す部分拡大斜視図である。
【図２】（ａ）は外周保温層を形成したＤＰＦの端面構造を示す図、（ｂ）は外周保温層の設定方法を示す図で（ａ）のＡ部拡大図である。
【図３】（ａ）は本発明の第１の実施の形態のＤＰＦ構造を示す概略断面図、（ｂ）は本発明の第２の実施の形態のＤＰＦ構造を示す概略断面図、（ｃ）は第３の実施の形態のＤＰＦ構造を示す概略断面図である。
【図４】外周保温層による昇温効果を示す図である。
【図５】外周保温層の幅による昇温効果への影響を示す図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態のＤＰＦ構造を示す概略断面図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態のＤＰＦ構造を示す概略断面図である。
【図８】（ａ）は本発明の第６の実施の形態のＤＰＦの端面構造を示す図、（ｂ）は外周保温層の設定方法を示す図で（ａ）のＡ部拡大図である。
【図９】（ａ）は本発明の第７の実施の形態のＤＰＦの端面構造を示す部分拡大図、（ｂ）は外周保温層の部分拡大断面図、（ｃ）はＰＭ堆積領域の部分拡大断面図である。
【図１０】本発明の第８の実施の形態のＤＰＦの端面構造を示す部分拡大図である。
【図１１】本発明の第９の実施の形態のＤＰＦの端面構造を示す部分拡大図である。
【図１２】本発明の第１０の実施の形態のＤＰＦの端面構造を示す部分拡大図である。
【符号の説明】
【００７０】
Ｅ  ディーゼルエンジン (内燃機関）
１  ＤＰＦ（パティキュレートフィルタ）
１１  セル壁（多孔質の壁）
１２  、１２´  セル
１３  栓詰め
１４  外周面
１５  外周保温層
１６  ＰＭ堆積領域（パティキュレート堆積領域）
１７  外周スキン部
２  金属ケース
３  保持材
４  排気管
【図１】
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【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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