(57)【要約】【課題】炭化珪素（ＳｉＣ）により形成されるフィルタの特性を維持しつつ、排気浄化装置全体として妥当なコスト及び排気浄化性能を得ることができる技術を提供する。【解決手段】炭化珪素（ＳｉＣ）から形成されたハニカム構造のフィルタと、コージェライトから形成されたハニカム構造のフィルタとを直列に組み合わせ、セル同士の位置が合致するように一体化した。【選択図】図２
2009047124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、該排気通路を通過する排気中の微粒子物質を捕捉することで排気を浄化する内燃機関の排気浄化装置であって、
前記排気浄化装置には、排気の通過方向に垂直な断面が多孔質のセル隔壁によって複数のセルに区画されたハニカム形状のフィルタである第１フィルタ及び第２フィルタが備えられ、
前記第１フィルタはコージェライトを含んで形成され、前記第２フィルタは炭化珪素を含んで形成され、前記第１フィルタ及び前記第２フィルタの前記断面における形状及びセルの区画は略同一であり、
前記第１フィルタと前記第２フィルタとは、各々の前記断面における対応するセル同士の位置が合致するように、排気通路の上下流方向に直列に一体として配置されたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記第１フィルタと前記第２フィルタのうち、上流側のフィルタの上流端における一部のセルの開口部を目詰めすることで流出側セルが形成され、下流側のフィルタの下流端における他のセルの開口部を目詰めすることで流入側セルが形成されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の排気を浄化する内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気にはカーボンを主成分とする微粒子物質（ＰＭ：Particulate Matter）が含まれている。これらの微粒子物質の大気への放散を防止するために内燃機関の排気系に微粒子物質を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」という。）を設ける技術が知られている。
【０００３】
ここで、上記のフィルタは、一般的には多孔質のセラミックで形成されたセラミックハニカム構造体によって構成される。このセラミックハニカム構造体は、ＳiＣ、ＳiＮ、金属、アルミナ、ジルコニア、セリア、チタニア、シリカ、コージェライトなどから形成される。そして、これらの異なる材質によってセラミックハニカム構造体を形成した場合は、材質によってセラミックハニカム構造体の機械的性質または物理的性質が異なるため、排気の浄化特性が各々異なる。
【０００４】
一方、近年の排気ガス規制の強化に対応するために、排気中の微粒子物質の重量規制のみならず、排出される微粒子物質の粒子数を低減する技術が望まれている。上記のフィルタ材質に関しては、炭化珪素（ＳｉＣ）によってフィルタを形成すれば、排出される微粒子物質の粒子数を低減する上で有利であることが判ってきているが、炭化珪素（ＳｉＣ）のみによってフィルタを形成するとコスト高になってしまう。
【０００５】
このように、排出される微粒子物質の粒子数を低減でき、且つコストを抑えられる排気浄化装置が求められている。
【特許文献１】特開２００６−０７１００号公報
【特許文献２】特開２００６−２０４９７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的とするところは、炭化珪素（ＳｉＣ）により形成されるフィルタの特性を活かしつつ、排気浄化装置全体として妥当なコスト及び排気浄化性能を得ることができる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明は、炭化珪素（ＳｉＣ）から形成されたハニカム構造のフィルタと、コージェライトから形成されたハニカム構造のフィルタとを直列に組み合わせ、セル同士の位置が合致するように一体化したことを最大の特徴とする。
【０００８】
より詳しくは、内燃機関の排気通路に設けられ、該排気通路を通過する排気中の微粒子物質を捕捉することで排気を浄化する内燃機関の排気浄化装置であって、
前記排気浄化装置には、排気の通過方向に垂直な断面が多孔質のセル隔壁によって複数のセルに区画されたハニカム形状のフィルタである第１フィルタ及び第２フィルタが備えられ、
前記第１フィルタはコージェライトを含んで形成され、前記第２フィルタは炭化珪素を含んで形成され、前記第１フィルタ及び前記第２フィルタの前記断面における形状及びセルの区画は略同一であり、
前記第１フィルタと前記第２フィルタとは、各々の前記断面における対応するセル同士
の位置が合致するように、排気通路の上下流方向に直列に一体として配置されたことを特徴とする。
【０００９】
ここで前述のように、炭化珪素（ＳｉＣ）により形成されたフィルタは、一般的にコージェライトにより形成されたフィルタと比較して排出される微粒子物質の粒子数を低減させるのに有利という特性を有する一方、コスト的には高くなっている。
【００１０】
従って、コージェライトにより形成された第１フィルタと、炭化珪素（ＳｉＣ）により形成された第２フィルタとを、適宜直列に一体的に配置することにより、双方の特性をバランスさせ、所望の特性を得ることが可能となる。また、その際、本発明においては、第１フィルタと第２フィルタにおける各セルの位置が合致するように一体的に配置するので、セル同士の位置ずれによる背圧の上昇を抑制することができる。
【００１１】
なお、上記において、コージェライトを含んで形成されるとは、フィルタの排気浄化特性に影響を及ぼす成分としてはコージェライトを主成分としているという意味であり、副次的に他の成分を含んでいることを排除しない。コージェライトにより形成される、またはコージェライトから形成されるといった場合も同様である。また、炭化珪素を含んで形成されるとは、フィルタの排気浄化特性に影響を及ぼす成分としては炭化珪素を主成分としているという意味であり、副次的に他の成分を含んでいることを排除しない。炭化珪素により形成される、または炭化珪素から形成されるといった場合も同様である。
【００１２】
また、本発明においては、前記第１フィルタと前記第２フィルタのうち、上流側のフィルタの上流端における一部のセルの開口部を目詰めすることで流出側セルが形成され、下流側のフィルタの下流端における他のセルの開口部を目詰めすることで流入側セルが形成されるようにしてもよい。
【００１３】
そうすれば、第１フィルタと第２フィルタの接合部においては目詰めが存在せず、各セル内の通気性を確保することができるため、背圧の上昇をより確実に抑制することができる。
【００１４】
なお、本発明において第１フィルタと第２フィルタとを直列に一体として配置するとは、第１フィルタと第２フィルタとを接着した上で直列に配置することの他、第１フィルタと第２フィルタとを直列に配置して接合した後焼成により一体化させることを含んでいる。
【００１５】
なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明にあっては、炭化珪素（ＳｉＣ）により形成されるフィルタの特性を活かしつつ、排気浄化装置全体としてのコスト低減と排気浄化特性の確保とを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。
【実施例１】
【００１８】
図４には、従来におけるフィルタ１５の内部構造を示す。図４（ａ）は排気の通過方向（フィルタの軸方向）から見た図、図４（ｂ）は排気の通過方向に垂直な方向から見た断
面図である。フィルタ１５は、ウォールフロー型のフィルタであり、全体としてみると円柱状のセラミックフィルタとして構成され、いわゆるハニカム構造体を有するものである。ハニカム構造体にする理由は、微粒子の捕集量が増加したときでも圧力損失が小さいという利点を有するからである。
【００１９】
フィルタ１５には、断面略正方形状をなす多数の貫通孔であるセル２０が軸方向に沿って規則的に形成されている。セル２０は薄いセル壁２２によって互いに仕切られている。また、各セル２０の開口部は、上流または下流のいずれか一方の端面において目詰め２１が施されている。本実施例においては、フィルタ１５の排気の通過方向から見た断面は、市松模様状にセル２０が開口したものとなっている。
【００２０】
より具体的には、フィルタ１５の上流側端面におけるセル開口部に上流側目詰め２１ａが施されることによって流出側セル２０ａが形成される。また、フィルタ１５の下流側端面におけるセル開口部に下流側目詰め２１ｂが施されることによって流入側セル２０ｂが形成される。そして互いに隣り合うセル２０ａ、２０ｂのセル壁２２には、排ガスは通過できるが微粒子物質は通過できない程度の細孔が存在しているので、排気がフィルタ１５を通過する際に、この細孔の内部あるいは流入側セル２０ｂの壁面に微粒子物質が捕集されることによって排気中の微粒子物質が浄化される。
【００２１】
一般的にフィルタ１５は、炭化珪素（ＳｉＣ）やコージェライトからなるセラミック焼結体にて形成されている。たとえば、炭化珪素（ＳｉＣ）により形成されたフィルタ１５の場合、コージェライトにより形成されたフィルタ１５に比較して、とりわけ耐熱性及び熱伝導性に優れるとともに、排ガス規制における微粒子物質の粒子数規制に対して顕著な効果がある。しかし、一方で、コージェライトによって形成されたフィルタに対してコストが高くなるという不都合もある。
【００２２】
そこで、本発明においては、炭化珪素（ＳｉＣ）で形成されたフィルタとコージェライトで形成されたフィルタを適宜組合せることで、炭化珪素（ＳｉＣ）で形成されたフィルタの有利な特性を維持しつつ、コストの上昇を抑制することとした。
【００２３】
図１には、本実施例における排気浄化装置１の概略図を示す。図１（ａ）は排気の通過方向の上流側から見た図、図１（ｂ）は排気の通過方向に垂直な方向から見た図、図１（ｃ）は排気の通過方向の下流側から見た図である。図１に示すように、本実施例においては、排気浄化装置１の上流側に第１フィルタ１ａ、下流側に第２フィルタ１ｂを配置し、接合することで一体化した。この第１フィルタ１ａはコージェライトから形成され、第２フィルタ１ｂは炭化珪素（ＳｉＣ）から形成されている。
【００２４】
第１フィルタ１ａと第２フィルタ１ｂとは双方ともウォールフロー型のフィルタであり、全体としてみると円柱状のセラミックフィルタとして構成され、いわゆるハニカム構造体を有するものである。第１フィルタ１ａと第２フィルタ１ｂとは双方とも、断面略正方形状をなす多数の貫通孔であるセル２が軸方向に沿って規則的に形成されている。セル２は薄いセル壁４によって互いに仕切られている。また、図１（ａ）と図１（ｃ）とから分かるように、第１フィルタ１ａと第２フィルタ１ｂとは同一の外形及びセル区画を有している。
【００２５】
そして、第１フィルタ１ａ及び第２フィルタ１ｂにおけるセル２の位置が合致するように、第１フィルタ１ａと第２フィルタ１ｂとの排気の通過方向（以下、軸方向）と垂直方向の位置と、軸に対する回転角度が調整されている。また、第１フィルタ１ａの上流側端面におけるセル開口部に上流側目詰め３ａが施されることによって流出側セル２ａが形成される。また、第２フィルタ１ｂの下流側端面における、上流側目詰め３ａが施されてい
ないセル２の開口部に下流側目詰め３ｂが施されることによって流入側セル２ｂが形成される。なお、第１フィルタ１ａと第２フィルタ１ｂの軸方向の長さは同等とされている。
【００２６】
これによれば、コージェライトからなる第１フィルタ１ａの特性である廉価性と、炭化珪素（ＳｉＣ）からなる第２フィルタ１ｂの特性である、排気ガス規制における粒子数規制に対する有効性とをバランス良く奏することができる。
【００２７】
次に、図２及び図３を用いて、本実施例における排気浄化装置１の製造手順について説明する。
【００２８】
まず、硅石の粉末に所定量の有機バインダと水及びカーボン粉末を混合したペーストを用いて、複数のセル通路をもつフィルタ形状に押出成形する。その後当該押出成型品を窒素雰囲気下で１８００℃で焼成する。これにより第２フィルタ１ｂを形成する。また、図２（ａ）に示すように、複数のセル２のうち、一部のセル２の下流側の開口部に対して珪石の粉末を用いたペーストで目詰め３ｂを施し、流入側セル２ｂを形成する。
【００２９】
次に、カオリン、タルク、アルミナを含むコージェライト組成の粉末に所定量の有機バインダと水及びカーボン粉末を混合したペーストを用い、複数のセル２を有するフィルタ形状に押出成形する。その後、当該押出成型品を１４３０℃の酸化雰囲気下で焼成する。これにより図２（ｂ）のような第１フィルタ１ａを形成する。
【００３０】
次に、図３（ａ）に示すように、第１フィルタ１ａの後端部と第２フィルタ１ｂの前端部とを接合させる。その際第１フィルタ１ａと第２フィルタ１ｂにおける対応するセル２の位置が合致するように、第１フィルタ１ａと第２フィルタ１ｂの軸と垂直方向の位置及び、軸回りの角度を合わせる。具体的には、第１フィルタ１ａと第２フィルタ１ｂの軸と垂直方向の位置はレーザ変位計を用いて合わせても良い。また、第１フィルタ１ａと第２フィルタ１ｂの軸回りの角度は、例えば、特定のセル壁４の変位をレーザ変位計で計測することで合わせてもよいし、フィルタ断面程度に拡張したレーザ光束を入射し、透過光の強度が最大となるように角度調整してもよい。
【００３１】
なお、第１フィルタ１ａと第２フィルタ１ｂの接合の際には第１フィルタ１ａと第２フィルタ１ｂを接着するが、接着剤としてはコージェライト系の無機系接着材を用いてもよいし、さらに炭化珪素（ＳｉＣ）を含有させてもよい。
【００３２】
その後、図３（ｂ）のように、第１フィルタ１ａの上流端の、第２フィルタ１ｂの下流端で目詰め３ｂがされていないセル２の開口部に、セラミックで上流側目詰め３ａが施される。そして、第１フィルタ１ａ及び第２フィルタ１ｂに施した目詰め３ａ及び３ｂを硬化させるために、第１４３０℃及び１８００℃で焼成する。
【００３３】
以上の構成によれば、コージェライトにより形成された第１フィルタ１ａと、炭化珪素（ＳｉＣ）により形成された第２フィルタ１ｂの特性をバランスさせることができ、排ガス規制における排出される微粒子物質の粒子数規制に好適に対応可能となるとともに、コストの上昇を抑制することが可能となる。
【００３４】
なお、上記の実施例においては、第１フィルタ１ａと第２フィルタ１ｂの軸方向の長さは略同等としたが、これは、微粒子物質の捕捉能力と、コストとの関係において適宜変更可能である。
【００３５】
また、第１フィルタ１ａの焼成前に目詰め３ａを施し、第２フィルタ１ｂの焼成前に目詰め３ｂを施すようにして、各焼成時に同時に硬化させるようにしてもよいことはもちろ
んである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による排気浄化装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明による第１フィルタ及び第２フィルタを形成する手順を説明するための図である。
【図３】本発明における第１フィルタ及び第２フィルタを接合させて排気浄化装置を形成する手順を説明するための図である。
【図４】従来の排気浄化装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１・・・排気浄化装置
１ａ・・・第１フィルタ
１ｂ・・・第２フィルタ
２・・・セル
２ａ・・・流出側セル
２ｂ・・・流入側セル
３・・・目詰め
３ａ・・・上流側目詰め
３ｂ・・・下流側目詰め
４・・・セル壁
１５・・・排気浄化装置
２０・・・セル
２０ａ・・・流出側セル
２０ｂ・・・流入側セル
２１・・・目詰め
２１ａ・・・上流側目詰め
２１ｂ・・・下流側目詰め
２２・・・セル壁
【図１】
2009047124.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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