(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンの排ガス中の粒子状物質を浄化するディーゼルパティキュレートフィルタにおいて、該フィルタの排ガス流路の周囲を多孔質壁面で形成し、該フィルタの入口部と出口部を千鳥状に目封止したセラミックスハニカムフィルタで形成すると共に、入口側開口部の壁の厚みを最小とし、出口側封止部に向かって、壁の厚みを漸次厚く形成した多孔質の調整壁を、前記フィルタの入口側の排ガス流路の多孔質壁面よりも内周側に設けて、前記フィルタの入口側の排ガス流路を、入口側開口部から出口側封止部に向かって、断面積が漸次小さくなるように形成し、更に、前記調整壁の気孔の大きさを前記多孔質壁面の気孔よりも大きく形成したことを特徴とするディーゼルパティキュレートフィルタ。
【請求項２】
前記セラミックスハニカムフィルタを、コーディエライト、炭化ケイ素の内の少なくとも一つを使用して形成することを特徴とする請求項１記載のディーゼルパティキュレートフィルタ。
【請求項３】
前記調整壁を、触媒を含む組成の素材で形成することを特徴とする請求項１又は２に記載のディーゼルパティキュレートフィルタ。
【請求項４】
前記触媒として、粒子状の酸化触媒、窒素酸化物の還元触媒、窒素酸化物の吸収剤の内の少なくとも一つを使用することを特徴とする請求項３のディーゼルパティキュレートフィルタ。
【請求項５】
前記酸化触媒として、白金、卑金属酸化物の内の少なくとも一つを使用することを特徴とする請求項４記載のディーゼルパティキュレートフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの排ガス処理に使用されるディーゼルパティキュレートフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車載等のディーゼルエンジン等のエンジンから排出される排ガス中には、黒煙を主成分とする粒子状物質（ＰＭ：パテキュレートマター）が含まれており、これを低減するため、各種のディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）が用いられている。
【０００３】
このディーゼルパティキュレートフィルタには、セラミックスや金属の繊維をランダムに積層した繊維積層タイプのフィルタもあるが、一般には、耐熱のセラミックスの多孔体のセラミックスハニカムフィルタが使用されており、このセラミックスにはコーディエライトや炭化ケイ素が用いられている。
【０００４】
図３に示すように、この多孔体で形成されたセラミックスハニカムフィルタ１０Ｘは、蜂の巣状に形成され、入口部１５また出口部１６においては、千鳥状に目封止１３が設けられ、開口部１５ａ，１６ａと封止部１５ｂ，１６ｂが隣接する構成になっており、排気ガスは入口側の開口部１５ａから流入すると、排ガス流路であるチャンネル（セル）１１ａの出口側封止部１５ｂが目封止されているので、チャンネル１１ａを形成する多孔質壁面１２を通過し、隣接した入口側が目封止されているチャンネル１１ｂに入り、このチャンネル１１ｂの出口側開口部１６ａからフィルタ１０Ｘの外部へ排出される。
【０００５】
このフィルタ１０Ｘは、図４に示すように、ディーゼルエンジン１の排気通路２に配設され、エンジン１から排出される排気ガスＧは、入口側１５からチャンネル１１ａ、多孔質壁面１２、チャンネル１１ｂを経由して出口側１６に排出される。
【０００６】
この排気ガスＧは、この多孔質壁面１２を通過する際に濾過されて、排気ガスＧ中の粒子状物質が捕捉され、浄化される。この捕集された粒子状物質は、目詰まり度合いを排気圧等でチェックして、適当な時期に、排ガス温度を上昇させたり、ヒータでフィルタ１０Ｘを加熱したりして、粒子状物質の燃焼開始温度以上に昇温して捕集された粒子状物質を燃焼除去している。
【０００７】
そして、これらの多孔体であるセラミクッスハニカムフィルタは強度が低いために、この捕集された粒子状物質の燃焼による急激な温度上昇があると、大きな温度差が発生し、この温度差によって熱膨張量が均一にならないため、熱応力が発生し、破壊に至るという問題がある。
【０００８】
この熱応力による破壊を回避するために、捕集される粒子状物質の量が規定量以上にならないように制御している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、粒子状物質が捕集された状態を観察してみると、必ずしも捕集した粒状物質は均一に分布していない。そのため、粒子状物質の捕集量をトータルで制限しても、局部的に多量の粒子状物質が堆積した部分があると、この部分の粒子状物質が燃焼して異常な高温状態となるため、溶損や破損が発生することになる。
【００１０】
本発明は、上記の従来技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、セラミックスハニカムフィルタの入口側の開口通路の断面積を先端封止部に向かって漸次小さくなるように形成することにより、多孔の壁面で捕集される排気ガス中の粒子状物質の分布を均一化して、それにより、捕集された粒子状物質の燃焼時の温度分布を均一化して、フィルタの溶損及び破損を防止できるディーゼルパティキュレートフィルタを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するためのディーゼルパティキュレートフィルタは、ディーゼルエンジンの排ガス中の粒子状物質を浄化するディーゼルパティキュレートフィルタにおいて、該フィルタの排ガス流路の周囲を多孔質壁面で形成し、該フィルタの入口部と出口部を千鳥状に目封止したセラミックスハニカムフィルタで形成すると共に、入口側開口部の壁の厚みを最小とし、出口側封止部に向かって、壁の厚みを漸次厚く形成した多孔質の調整壁を、前記フィルタの入口側の排ガス流路の多孔質壁面よりも内周側に設けて、前記フィルタの入口側の排ガス流路を、入口側開口部から出口側封止部に向かって、断面積が漸次小さくなるように形成し、更に、前記調整壁の気孔の大きさを前記多孔質壁面の気孔よりも大きく形成して構成する。
【００１２】
この断面積の漸次縮小は連続的または多段階の階段状に行われる。
【００１３】
この構成のディーゼルパティキュレートフィルタによれば、捕集された粒子状物質の分布が均一化されるので、燃焼時の温度分布が均等化され、熱応力が小さくなるため、溶損及び破損を回避でき、耐久性が向上する。
【００１４】
また、捕集された粒子状物質の分布の均一化により、目詰まりによる再生開始までに捕集可能な粒子状物質の量が増加するので、小型化でき、また、浄化効率も向上する。
この調整壁を設ける方法であると、比較的簡単に、排ガス流路の断面積を漸次小さく形成することができ、調整壁の気孔の大きさを多孔質壁面の気孔よりも大きく形成することにより、調整壁と多孔質壁面の両方を有効に利用して排気ガス中の粒子状物質を効率良く捕集できる。
【００１５】
そして、上記のディーゼルパティキュレートフィルタにおいて、前記セラミックスハニカムフィルタは、多くの材料で形成することができるが、特に、コーディエライト、炭化ケイ素の内の少なくとも一つを使用して形成すると、粒子状物質の捕集に適したフィルタを形成できる。
【００１８】
更に、上記のディーゼルパティキュレートフィルタにおいて、前記調整壁を触媒を含む組成の素材で形成し、前記触媒として、粒子状の酸化触媒、窒素酸化物の還元触媒、窒素酸化物の吸収剤の内の少なくとも一つを使用し、また、前記酸化触媒として、白金、卑金属酸化物の内の少なくとも一つを使用する。
【００１９】
この構成では、白金、卑金属酸化物の酸化触媒、窒素酸化物の還元触媒、窒素酸化物の吸収剤等を調整壁に担持させることにより、粒子状物質の燃焼を促進したり、粒子状物質の浄化のみならず、窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化もできるようになる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明に係る実施の形態のセラミックスハニカムフィルタについて説明する。
【００２１】
図１は本発明のセラミックスハニカムフィルタの構造を示す断面図であり、図２は図１の部分拡大図である。
【００２２】
図１及び図２に示すように、本発明の実施の形態のセラミックスハニカムフィルタ１０は、入口側チャンネル１１ａが入口側開口部１５ａから出口側封止部１６ｂに向かってその断面積が小さくなるように構成される。
【００２３】
そして、このセラミックスハニカムフィルタ１０は、図３に示す従来技術のセラミックスハニカムフィルタ１０Ｘと同じで、各チャンネル１１ａ，１１ｂが平行な多孔質の壁面１２を有し、入口部１５と出口部１６において千鳥状に目封止１３を設けたフィルタ原形１０Ｘに、入口側のチャンネル１１ａの断面積が漸次小さくなる調整壁１４を設けて形成される。
【００２４】
このフィルタ原形１０Ｘにおいては、ハニカムセラミックスはセラミックス粉末とシリカ等の焼結補助剤と水溶液とポリビニルアルコール等の有機バインダーを混合して粘土状とし、これを押し出し成形機で成形することで作成される。このセラッミクスの材料としては、コーディエライトや炭化ケイ素等が使用される。
【００２５】
そして、このフィルタ原形１０Ｘに、先のセラミックス粉末と焼結補助剤とバインダーと水溶液とで作成した泥漿を、入口側開口部１５ａから流し込んで、所定の時間経過したら排泥することで、比較的容易に、図１及び図２に示すような、断面積が連続的に漸次小さくなる排ガス流路形状をしたフィルタ１０を形成することができる。
【００２６】
この断面積の縮小率は、例えば、図１に示すように、入口側のチャンネル１１ａの入口側開口部１５ａでは略ゼロで、出口側封止部１６ｂで１００％に形成される。
【００２７】
あるいは、この断面積の縮小率を、入口側のチャンネル１１ａの入口側開口部１５ａでは０％〜１０％で、出口側封止部１６ｂで５０％〜１００％になるように形成される。この範囲が、捕集された粒子状物質がチャンネル１１ａの長さ方向に略均一に分布するのに好ましい範囲である。
【００２８】
また、この調整壁１４の気孔の大きさを多孔質壁面１２の気孔よりも大きく形成して構成することにより、調整壁１４と多孔質壁面１２の両方を粒子状物質の捕集に利用できるようにして捕集効率を上げる。
【００２９】
なお、この大きさの比較は個々の比較で大きくするという意味では無く、統計的に調整壁１４側が多孔質壁面１２側より気孔の大きさが大きければよく、例えば、気孔の径の平均値や中央値や気孔の径の分布等の比較で大小の差があればよい。
【００３０】
この成形体１０を１６００℃の炉中で焼成することで、ディーゼル排ガス用のディーゼルパティキュレートフィルタ１０を製造することができる。
【００３１】
これらの構成のディーゼルパティキュレートフィルタによれば、捕集された粒子状物質の分布が均一化されるので、燃焼時の温度分布が均等化され、熱応力が小さくなるため、溶損及び破損を回避でき、耐久性が向上する。
【００３２】
また、捕集された粒子状物質の分布の均一化により、目詰まりによる再生開始までに捕集可能な粒子状物質の量が増加するので、小型化でき、また、浄化効率も向上する。
【００３３】
更に、この構成のディーゼルパティキュレートフィルタ１０において、調整壁１４を触媒を含む組成の素材で形成し、この触媒として、粒子状の酸化触媒、窒素酸化物の還元触媒、窒素酸化物の吸収剤の内の少なくとも一つを使用し、また、酸化触媒として、白金、卑金属酸化物の内の少なくとも一つを使用する。
【００３４】
この、白金、卑金属酸化物の酸化触媒、窒素酸化物の還元触媒、窒素酸化物の吸収剤のいずれかを調整壁１４に担持させることにより、粒子状物質の燃焼を促進したり、粒子状物質の浄化を促進でき、更には、窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化ができる。
【００３５】
〔実施例〕
実施例として、本発明のディーゼルパティキュレートフィルタ１０をディーゼルエンジン１の排気部に装着して、所定の時間の間、粒子状物質を捕集し、その捕集後に、この粒子状物質を燃焼除去する試験を行い、この燃焼による破壊に至る最大の粒子状物質量を測定した。
【００３６】
また、比較例として、調整壁１４を設けない従来技術のディーゼルパティキュレートフィルタ１０Ｘを、同じく、ディーゼルエンジン１の排気部に装着して、所定の時間の間、粒子状物質を捕集し、その捕集後に、この粒子状物質を燃焼除去する試験を行い、この燃焼による破壊に至る最大の粒子状物質量を測定した。
【００３７】
そして、これらの試験により、フィルタ破損に至る粒子状物質量は、実施例で１５ｇ／Ｌ（リットル）、比較例で１０ｇ／Ｌ、粒子状物質の捕集効率は、実施例で９６％、比較例で９０％という数値を得た。
【００３８】
この結果によれば、実施例のディーゼルパティキュレートフィルタ１０は、比較例のディーゼルパティキュレートフィルタ１０Ｘに比べ、粒子状物質の燃焼によって破損に至る粒子状物質量が１．５倍であると共に、捕集効率も向上していることが分かった。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るディーゼルパティキュレートフィルタによれば、捕集された粒子状物質の分布を均一化することができるので、燃焼時の温度分布を均等化して、発生する熱応力を小さくすることができる。そのため、フィルタの溶損及び破損を回避でき、耐久性を向上させることができる。
【００４０】
また、捕集された粒子状物質の分布の均一化により、目詰まりによる再生開始までに捕集可能な粒子状物質の量を増加することができるので、装置を小型化でき、また、浄化効率も向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のディーゼルパティキュレートフィルタを示す図であり、（ａ）は正面図で、（ｂ）は側断面図である。
【図２】図１（ｂ）のＡ部分の拡大図である。
【図３】従来技術のディーゼルパティキュレートフィルタ（本発明の実施の形態のフィルタ原形）を示す図であり、（ａ）は正面図で、（ｂ）は側断面図である。
【図４】ディーゼルパティキュレートフィルタの配置を示す図である。
【符号の説明】
１  ディーゼルエンジン
２  排気通路
１０  ディーゼルパティキュレートフィルタ（セラミックスハニカムフィルタ）
１０Ｘ  フィルタ原形（従来技術のディーゼルパティキュレートフィルタ）
１１ａ  入口側のチャンネル（排ガス流路）
１１ｂ  出口側のチャンネル（排ガス流路）
１２    多孔質壁面
１３    目封止
１４    調整壁
１５ａ  入口側開口部
１５ｂ  入口側封止部
１６ａ  出口側開口部
１６ｂ  出口側封止部
【図１】
0004506034.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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