JPH04124419A - ディーゼルエンジン排気用微粒子トラップメディア - Google Patents
ディーゼルエンジン排気用微粒子トラップメディアInfo
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- JPH04124419A JPH04124419A JP2244966A JP24496690A JPH04124419A JP H04124419 A JPH04124419 A JP H04124419A JP 2244966 A JP2244966 A JP 2244966A JP 24496690 A JP24496690 A JP 24496690A JP H04124419 A JPH04124419 A JP H04124419A
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- Japan
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- diesel engine
- dimensional network
- trap
- network structure
- nickel
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
- F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
- F01N3/022—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous
- F01N3/0222—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous the structure being monolithic, e.g. honeycombs
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
- Filtering Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はディーゼルエンジンから排気される微粒子を捕
捉除去するために用いられるトラップメディアに関する
。
捉除去するために用いられるトラップメディアに関する
。
自動車の排気ガスは大気汚染の大きな原因の一つで、排
気ガスに含まれる有害成分を除去する技術は極めて重要
である。
気ガスに含まれる有害成分を除去する技術は極めて重要
である。
特に、ディーゼルエンジン車においては、主にＮｏえと
、カーボンを主体とするすす状微粒子（パティキュレー
ト）の除去が重要な課題である。
、カーボンを主体とするすす状微粒子（パティキュレー
ト）の除去が重要な課題である。
これらの有害成分を除去するために、過給を行ったり燃
料噴射系の改善や燃焼室形状の改善を行ったり、エンジ
ン側の努力も行われているが、抜本的な決め手がなく、
後処理による除去が不可欠である。
料噴射系の改善や燃焼室形状の改善を行ったり、エンジ
ン側の努力も行われているが、抜本的な決め手がなく、
後処理による除去が不可欠である。
排気ガス有害成分中、微粒子は固体カーボンと、有機溶
媒に溶解する可溶性有機物からなり、フィルタートラン
プによって捕捉除去する方法が最も実用的であると考え
られている。
媒に溶解する可溶性有機物からなり、フィルタートラン
プによって捕捉除去する方法が最も実用的であると考え
られている。
ところで、ディーゼルエンジン排気に含まれる微粒子を
捕捉するためのフィルタートラップメディアとしては、
使用される条件から次のような性能を満足する必要があ
る。第１には、必要とされる排気ガスの清浄度を満足さ
せうるだけの、微粒子に対する、捕集効率を持っている
ことが必要である。第２にはエンジン排気は、このトラ
ップを通して排出されるわけだから、エンジンに過度な
背圧をかけないためには、排気ガス流動時の通気圧力損
失が小さい必要がある。初期圧力損失が小さいことはも
ちろん、微粒子がトランプされても圧力損失が上がりに
くいことが要求される。すなわち、第１および第２の要
求を満足させるようフィルタートランプの形状や構造が
設計されなければならない。
捕捉するためのフィルタートラップメディアとしては、
使用される条件から次のような性能を満足する必要があ
る。第１には、必要とされる排気ガスの清浄度を満足さ
せうるだけの、微粒子に対する、捕集効率を持っている
ことが必要である。第２にはエンジン排気は、このトラ
ップを通して排出されるわけだから、エンジンに過度な
背圧をかけないためには、排気ガス流動時の通気圧力損
失が小さい必要がある。初期圧力損失が小さいことはも
ちろん、微粒子がトランプされても圧力損失が上がりに
くいことが要求される。すなわち、第１および第２の要
求を満足させるようフィルタートランプの形状や構造が
設計されなければならない。
また、トラップメディアにある程度以上微粒子がトラッ
プされると、トラップされた微粒子を除去再生して捕集
能を回復してやる必要がある。再生方法としては、電熱
またはバーナー加熱によって微粒子を燃焼除去する方法
が最も有力な方法だと考えられている。したがって、第
３の要求性能として、繰り返し行われるこの再生処理に
対する耐久性が必要である。
プされると、トラップされた微粒子を除去再生して捕集
能を回復してやる必要がある。再生方法としては、電熱
またはバーナー加熱によって微粒子を燃焼除去する方法
が最も有力な方法だと考えられている。したがって、第
３の要求性能として、繰り返し行われるこの再生処理に
対する耐久性が必要である。
現時点で、トラップメディアとしては、排気ガスに対す
る耐触性、耐熱性、捕集性能および再生に対する耐久性
の面からコーディエライトセラミックスのハニカム状多
孔体が、最も実用化に近い材料と言われている。しかし
ながら、コーディエライトセラミックスをフィルタート
ラップとして用いた場合、再生時には微粒子の燃焼によ
ってトラップメディアに局所的な温度分布が生しやすく
、熱応力によって亀裂を生じるのを防ぐためには、再生
条件のコントロールが極めて難しく未だ実用になってい
ないのが現状である。
る耐触性、耐熱性、捕集性能および再生に対する耐久性
の面からコーディエライトセラミックスのハニカム状多
孔体が、最も実用化に近い材料と言われている。しかし
ながら、コーディエライトセラミックスをフィルタート
ラップとして用いた場合、再生時には微粒子の燃焼によ
ってトラップメディアに局所的な温度分布が生しやすく
、熱応力によって亀裂を生じるのを防ぐためには、再生
条件のコントロールが極めて難しく未だ実用になってい
ないのが現状である。
そこで、この発明は、低圧力損失で、捕集効率も高く、
再生時の熱応力にも耐え得るディーゼルエンジン排気用
微粒子トラップメディアを提供しようとするものである
。
再生時の熱応力にも耐え得るディーゼルエンジン排気用
微粒子トラップメディアを提供しようとするものである
。
上記の課題を解決するために、この発明は、ニッケル−
クロム合金、ニッケル−クロム−鉄合金あるいはこれら
の合金にアルミニウム、イツトリウムあるいはセリウム
のような希土類元素を微量添加した合金、あるいはこれ
らの合金にゾル−ゲル法により耐熱性セラミックス層を
被覆した骨格からなる連通気孔を持つ三次元網状構造多
孔体を、ディーゼルエンジン排気用微粒子トラップメデ
ィアとしたものである。
クロム合金、ニッケル−クロム−鉄合金あるいはこれら
の合金にアルミニウム、イツトリウムあるいはセリウム
のような希土類元素を微量添加した合金、あるいはこれ
らの合金にゾル−ゲル法により耐熱性セラミックス層を
被覆した骨格からなる連通気孔を持つ三次元網状構造多
孔体を、ディーゼルエンジン排気用微粒子トラップメデ
ィアとしたものである。
上記の三次元網状構造多孔体は、第１図に示すように、
連結する骨格とボケント状の空間からなる多孔体であり
、多孔率が高いために、ガス流動抵抗がきわめて小さい
割に、−旦ボヶソト状の空間に捕捉された粒子は空間か
ら脱離しにくいため固形物の捕集性能が優れている。ま
た、耐熱性にも優れている。
連結する骨格とボケント状の空間からなる多孔体であり
、多孔率が高いために、ガス流動抵抗がきわめて小さい
割に、−旦ボヶソト状の空間に捕捉された粒子は空間か
ら脱離しにくいため固形物の捕集性能が優れている。ま
た、耐熱性にも優れている。
三次元網状構造多孔体を使ったフィルタートラップのフ
ィルターとしての性能は、主に次の二つの要因で決まる
。
ィルターとしての性能は、主に次の二つの要因で決まる
。
一つは用いる三次元網状構造多孔体の空孔径であり、捕
集特性を高くするということと、フィルタートラップに
おける圧力損失を小さくするということのバランスから
用いる三次元網状構造多孔体の空孔径が決まる。三次元
網状構造多孔体の孔径は、捕集効率の面から、米国およ
び日本で提唱されている排気ガス規制値を満足させるた
めには、平均孔径０．１〜０．５＋ｍ＋＋である必要が
ある。平均孔径が０．１ａｍ以下の場合には、捕集効率
としては優れているが、通気抵抗が過大となる。平均孔
径０．５ｍ１１以上では、初期もしくは、再生処理直後
の捕集効率が不十分で上述の規制値を満足することが難
しい。
集特性を高くするということと、フィルタートラップに
おける圧力損失を小さくするということのバランスから
用いる三次元網状構造多孔体の空孔径が決まる。三次元
網状構造多孔体の孔径は、捕集効率の面から、米国およ
び日本で提唱されている排気ガス規制値を満足させるた
めには、平均孔径０．１〜０．５＋ｍ＋＋である必要が
ある。平均孔径が０．１ａｍ以下の場合には、捕集効率
としては優れているが、通気抵抗が過大となる。平均孔
径０．５ｍ１１以上では、初期もしくは、再生処理直後
の捕集効率が不十分で上述の規制値を満足することが難
しい。
トランプに排気ガスを流した時の通気抵抗は、三次元網
状構造多孔体の平均孔径だけでなく、その厚さも影響す
る。一般に、ディーゼルエンジンに対しては、トラップ
部で０．０４ｋｇ／ｃｒＡ以上の圧力損失が生じると、
エンジンに過大な背圧がかかり、エンジンの作動に悪影
響を与えるため、トラップメディアは、孔径に応して厚
さを調整し、通気抵抗が０．０４ｋｇ／ｃｉｉ以下とな
るようにする必要がある。
状構造多孔体の平均孔径だけでなく、その厚さも影響す
る。一般に、ディーゼルエンジンに対しては、トラップ
部で０．０４ｋｇ／ｃｒＡ以上の圧力損失が生じると、
エンジンに過大な背圧がかかり、エンジンの作動に悪影
響を与えるため、トラップメディアは、孔径に応して厚
さを調整し、通気抵抗が０．０４ｋｇ／ｃｉｉ以下とな
るようにする必要がある。
二つめはフィルタートラップの構造的要因である。すな
わちコンパクトで、より大きなフィルター面積を取るこ
とがより良いフィルター特性を発揮させるだけでなく、
再生のインターバルを長くさせる意味からも重要である
。同時に、構造設計は、三次元網状構造多孔体に適した
もので、且つエンジン排気管への取り付けに適したもの
でなければならない、このような観点から、三次元網状
構造多孔体の構造としては、第２図乃至第７図に示すよ
うな例がある。
わちコンパクトで、より大きなフィルター面積を取るこ
とがより良いフィルター特性を発揮させるだけでなく、
再生のインターバルを長くさせる意味からも重要である
。同時に、構造設計は、三次元網状構造多孔体に適した
もので、且つエンジン排気管への取り付けに適したもの
でなければならない、このような観点から、三次元網状
構造多孔体の構造としては、第２図乃至第７図に示すよ
うな例がある。
第２図及び第３図に示す例は、トランプホルダー２内に
収容されるブロック状の三次元網状構造多孔体１に、ガ
ス流入口３側からガス流出口４側に向かってガス通路用
の孔部６を形成したものである。上記孔部６は、ガス流
出口４側からガス流入口３側に向かって形成するように
してもよく、また、第４回及び第５図に示す例のように
、ガス流入口３側からガス流出口４側に向かって形成さ
れた孔部６と、反対にガス流出口４側からガス流入口３
側に向かって形成された孔部６′とが各々隣合うように
してもよい。
収容されるブロック状の三次元網状構造多孔体１に、ガ
ス流入口３側からガス流出口４側に向かってガス通路用
の孔部６を形成したものである。上記孔部６は、ガス流
出口４側からガス流入口３側に向かって形成するように
してもよく、また、第４回及び第５図に示す例のように
、ガス流入口３側からガス流出口４側に向かって形成さ
れた孔部６と、反対にガス流出口４側からガス流入口３
側に向かって形成された孔部６′とが各々隣合うように
してもよい。
このような構造にすると、三次元網状構造多孔体１を単
純なブロック形状にした場合に比し、大きなフィルター
面積を取れ、且つ実質フィルター厚みを薄く取れるため
排気ガス通過時の圧力損失を小さくすることができる。
純なブロック形状にした場合に比し、大きなフィルター
面積を取れ、且つ実質フィルター厚みを薄く取れるため
排気ガス通過時の圧力損失を小さくすることができる。
また、第４図及び第５図に示す例のように、流入側から
の孔部６と流出側からの孔部６′を可能な限り各々隣合
うように配置することによって上記効果を最大限に生か
すことができる。
の孔部６と流出側からの孔部６′を可能な限り各々隣合
うように配置することによって上記効果を最大限に生か
すことができる。
第６図及び第７図に示す例は、三次元網状構造多孔体１
によって形成した径の異なる複数本の筒体７を、各筒体
７間に所定の隙間をあけて同心上に重ね合わせてトラッ
プホルダー２内に収容し、最も外側に位置する筒体７の
一端の外周面とトラップホルダ２の内周面との間ムこ形
成される空間と、各筒体７間に形成される一端の隙間と
、最も内側に位置する筒体７の端面開口がそれぞれ、ガ
ス流入口３側とガス流入口４側において互い違いになる
ようにシール部材８によって閉塞したものであり、排気
ガスは第７図に示すように各筒体７を通過する。
によって形成した径の異なる複数本の筒体７を、各筒体
７間に所定の隙間をあけて同心上に重ね合わせてトラッ
プホルダー２内に収容し、最も外側に位置する筒体７の
一端の外周面とトラップホルダ２の内周面との間ムこ形
成される空間と、各筒体７間に形成される一端の隙間と
、最も内側に位置する筒体７の端面開口がそれぞれ、ガ
ス流入口３側とガス流入口４側において互い違いになる
ようにシール部材８によって閉塞したものであり、排気
ガスは第７図に示すように各筒体７を通過する。
また、上記の各々の例において、ガス流出口４例の三次
元網状構造多孔体１の孔径を、他の部分の孔径よりも小
さくすることによって、捕集効率を向上させることがで
きると共に、−旦捕捉された微粒子が排出されるいわゆ
るブローオフ現象を防ぐことができる。三次元網状構造
多孔体の孔径を、ガス流出口４側部分のみ小さくするこ
とは、例えば−旦小さな孔をあけておいてから塑性変形
によって孔径を広げることによって実現できる。
元網状構造多孔体１の孔径を、他の部分の孔径よりも小
さくすることによって、捕集効率を向上させることがで
きると共に、−旦捕捉された微粒子が排出されるいわゆ
るブローオフ現象を防ぐことができる。三次元網状構造
多孔体の孔径を、ガス流出口４側部分のみ小さくするこ
とは、例えば−旦小さな孔をあけておいてから塑性変形
によって孔径を広げることによって実現できる。
また、ディーゼルエンジン排気用微粒子トランプメディ
アとしては、従来、コーディエライトセラミックスが検
討されてきたが、微粒子フィルタートラップとして使用
される際の排気ガス入口の温度は、走行時の負荷条件に
もよるが、通常の４０〜６０ ｋｍ／時走行時にはせい
ぜい２００〜３００℃の温度である。坂道の多いところ
の連続走行や急発進する場合には、４００°Ｃ〜５００
”Ｃまで温度上昇する。規定量の微粒子の捕集を完了
すると、背圧が大きくなりすぎないうちに微粒子を何等
かの燃焼手段により除去する処理をおこなう。
アとしては、従来、コーディエライトセラミックスが検
討されてきたが、微粒子フィルタートラップとして使用
される際の排気ガス入口の温度は、走行時の負荷条件に
もよるが、通常の４０〜６０ ｋｍ／時走行時にはせい
ぜい２００〜３００℃の温度である。坂道の多いところ
の連続走行や急発進する場合には、４００°Ｃ〜５００
”Ｃまで温度上昇する。規定量の微粒子の捕集を完了
すると、背圧が大きくなりすぎないうちに微粒子を何等
かの燃焼手段により除去する処理をおこなう。
この際、７００〜９００°Ｃまでの再生用ガスを導入す
る。−時期に１，０００°Ｃまで温度上昇する。
る。−時期に１，０００°Ｃまで温度上昇する。
燃焼は５〜１５分で終了する。実際にディーゼルエンジ
ン車にこのような微粒子フィルタートラップを搭載して
走行させる場合、少なくとも５年以上のトラップ材の寿
命が要求される。
ン車にこのような微粒子フィルタートラップを搭載して
走行させる場合、少なくとも５年以上のトラップ材の寿
命が要求される。
耐熱材料として種々の材料が開発されているが本発明で
は、３次元網状構造多孔体としてＮｉ基合金（住友電工
製：商品名 セルメント）を用いる。３次元網状構造多
孔体はウレタンフオームに導電処理を施した後Ｎｉメツ
キにより、骨格を形成し、基材のウレタンフオームを燃
焼除去した３次元に連通した構造として得られる。こう
したことから、基材の基本組成はＮｉである。純Ｎｉで
は、７００ ’Ｃ以上耐熱性は期待できず、また、排気
ガス中に含まれるＳＯ□ガスによる腐食に長期耐えるこ
とができない。
は、３次元網状構造多孔体としてＮｉ基合金（住友電工
製：商品名 セルメント）を用いる。３次元網状構造多
孔体はウレタンフオームに導電処理を施した後Ｎｉメツ
キにより、骨格を形成し、基材のウレタンフオームを燃
焼除去した３次元に連通した構造として得られる。こう
したことから、基材の基本組成はＮｉである。純Ｎｉで
は、７００ ’Ｃ以上耐熱性は期待できず、また、排気
ガス中に含まれるＳＯ□ガスによる腐食に長期耐えるこ
とができない。
しかしながら、Ｎｉ製の３次元網状構造多孔体基材は拡
散浸透処理によってＮｉを合金化することが可能であり
、クロム、鉄、アルミニウム、希土類元素（イツトリウ
ム、セリウム等）の各元素をＮｉ中に拡散浸透処理した
合金を作製することができる。これらの元素はそれぞれ
適当量の合金化あるいは、微量の添加で耐熱性、耐食性
の向上をはかることができる。ニッケル−クロム合金、
ニッケルークロ五−鉄合金を主体とした組合せがある。
散浸透処理によってＮｉを合金化することが可能であり
、クロム、鉄、アルミニウム、希土類元素（イツトリウ
ム、セリウム等）の各元素をＮｉ中に拡散浸透処理した
合金を作製することができる。これらの元素はそれぞれ
適当量の合金化あるいは、微量の添加で耐熱性、耐食性
の向上をはかることができる。ニッケル−クロム合金、
ニッケルークロ五−鉄合金を主体とした組合せがある。
これらの合金に０．１％以下の微量のイツトリウム金属
元素あるいはセリウム金属元素等の希土類元素を電子ビ
ーム蒸着法あるいはスパンタリング法やイオンプランテ
ィジオン等のＰＶＤ （物理蒸着）法により表面層に含
有させ、さらに、これらの元素を不活性雰囲気中あるい
はＨ２還元雰囲気中で表面層から内部に拡散させ本発明
の合金を得ることもできる。また、０．１％以下のイツ
トリウム元素あるいはセリウム元素などの希土類光。
元素あるいはセリウム金属元素等の希土類元素を電子ビ
ーム蒸着法あるいはスパンタリング法やイオンプランテ
ィジオン等のＰＶＤ （物理蒸着）法により表面層に含
有させ、さらに、これらの元素を不活性雰囲気中あるい
はＨ２還元雰囲気中で表面層から内部に拡散させ本発明
の合金を得ることもできる。また、０．１％以下のイツ
トリウム元素あるいはセリウム元素などの希土類光。
素はそれぞれの金属を全体重量の０．２％以上となるよ
うに拡散浸透剤中の原料粉末中に混合して１０００℃以
上の温度で拡散浸透処理することにより容易に得られる
。
うに拡散浸透剤中の原料粉末中に混合して１０００℃以
上の温度で拡散浸透処理することにより容易に得られる
。
また、金属アルコキシドを利用したゾル−ゲル法により
２，０．セラミックス層を３次元網状構造多孔体の被覆
に応用した結果、１，０００’Ｃでの耐熱性では回答問
題はな（、信転性の高い構造体を得た。
２，０．セラミックス層を３次元網状構造多孔体の被覆
に応用した結果、１，０００’Ｃでの耐熱性では回答問
題はな（、信転性の高い構造体を得た。
以上の合金および耐熱セラミックス層を被覆した構造体
は、７００℃以上において構造体としての強度を有して
いるとともに、高温酸化雰囲気での酸化が進行すること
は少なく、特に高温での耐熱性・耐食性が要求される排
気ガス中の微粒子トラップメディア材として十分価れた
材料であることがランニングテストにより異常なきこと
を確認した。
は、７００℃以上において構造体としての強度を有して
いるとともに、高温酸化雰囲気での酸化が進行すること
は少なく、特に高温での耐熱性・耐食性が要求される排
気ガス中の微粒子トラップメディア材として十分価れた
材料であることがランニングテストにより異常なきこと
を確認した。
〔実験例１〕
６．４１．６気筒の直噴式ディーゼルエンジンの排気系
に第８図に示すようにトラップ装置及び再生ガス供給装
置をとりつけた。トラップ装置は第６図及び第７図に示
すようにトラップメディアとして平均孔径０．２閣の■
ニッケル−クロムーアルミニウム合金あるいは■ニッケ
ル−クロムー鉄アルミニウム合金の３次元綱状構造多孔
体（住友電工製、商品名セルメット、組成：■ニッケル
５５％、クロム４０％、アルミニウム５％、■ニッケル
６８％、クロム１５％、鉄１３％、アルミニウム４％）
を用い、円筒状に成形し、第６図に示すように排気ガス
がガス流入口３側から導入され、３次元網状構造多孔体
１を通った後、ガス流出口４から排出されるように流路
を形成したものを用いた。
に第８図に示すようにトラップ装置及び再生ガス供給装
置をとりつけた。トラップ装置は第６図及び第７図に示
すようにトラップメディアとして平均孔径０．２閣の■
ニッケル−クロムーアルミニウム合金あるいは■ニッケ
ル−クロムー鉄アルミニウム合金の３次元綱状構造多孔
体（住友電工製、商品名セルメット、組成：■ニッケル
５５％、クロム４０％、アルミニウム５％、■ニッケル
６８％、クロム１５％、鉄１３％、アルミニウム４％）
を用い、円筒状に成形し、第６図に示すように排気ガス
がガス流入口３側から導入され、３次元網状構造多孔体
１を通った後、ガス流出口４から排出されるように流路
を形成したものを用いた。
再生用ホントガス供給装置は軽油バーナーにより、６０
０〜９００°ＣＯガスが発生でき、排気ガスがトラップ
装置からバイパスされると再生用ホットガスがトラップ
に供給できるようになっている。
０〜９００°ＣＯガスが発生でき、排気ガスがトラップ
装置からバイパスされると再生用ホットガスがトラップ
に供給できるようになっている。
第８図において、符号１０はエンジン、５はトラップ装
置、１１は再生ガス供給装置、１２は排気管、１３ば排
気バイパスをそれぞれ示している。
置、１１は再生ガス供給装置、１２は排気管、１３ば排
気バイパスをそれぞれ示している。
この装置を用いて米国のヘビーデユーティ−ディーゼル
エンジン用トランジェントモードにて繰り返し排気テス
トを行い、微粒子低減効果を測定した結果、トラップ無
しで０．５４ ｇ／ＨＰ−Ｈｒだったのに対し、２０サ
イクル後、０．０２ｇ／ＨＰ−Ｈｒであった。補集効率
は８３％以上と十分米国ＥＰＡの１９９４年規制値（０
，１ｇ／ＨＰ・Ｈｒ）を満足することがわかった。また
、圧損値も繰り返しサイクル数２０回まで０．０４ ｋ
ｇ／ｃｄを保っていることがわかった。繰り返しサイク
ル数２０回終了後、エンジン排気をトラップ装置からバ
イパスさせ、トラップ装置には、再生用ホットガス供給
装置から平均温度７００ ’Ｃ以上の加熱空気を２ｒｒ
！／ｍｉｒ＋の流量で約１５分送り込み、トラ７ブされ
た微粒子を燃焼させることによって再生した。再生後の
トラ、プメディアは熔解、亀裂や極端な酸化や腐食は観
察されなかった。この後、再度排気回路を切り替えて、
排気テストをおこなった。繰り返しサイクル数２０回行
った後、再度排気回路を再生ホ・７トガス供給回路に切
り替え、上述の再生を実施した。
エンジン用トランジェントモードにて繰り返し排気テス
トを行い、微粒子低減効果を測定した結果、トラップ無
しで０．５４ ｇ／ＨＰ−Ｈｒだったのに対し、２０サ
イクル後、０．０２ｇ／ＨＰ−Ｈｒであった。補集効率
は８３％以上と十分米国ＥＰＡの１９９４年規制値（０
，１ｇ／ＨＰ・Ｈｒ）を満足することがわかった。また
、圧損値も繰り返しサイクル数２０回まで０．０４ ｋ
ｇ／ｃｄを保っていることがわかった。繰り返しサイク
ル数２０回終了後、エンジン排気をトラップ装置からバ
イパスさせ、トラップ装置には、再生用ホットガス供給
装置から平均温度７００ ’Ｃ以上の加熱空気を２ｒｒ
！／ｍｉｒ＋の流量で約１５分送り込み、トラ７ブされ
た微粒子を燃焼させることによって再生した。再生後の
トラ、プメディアは熔解、亀裂や極端な酸化や腐食は観
察されなかった。この後、再度排気回路を切り替えて、
排気テストをおこなった。繰り返しサイクル数２０回行
った後、再度排気回路を再生ホ・７トガス供給回路に切
り替え、上述の再生を実施した。
以上のテストを繰り返し、１００回の再生を行った。１
００回の排気トランプ、再生の繰り返しに対して、本発
明のトラップメディアは捕集効率の低下もなく、溶解、
亀裂など外的損傷はみられず、機械的特性劣化はみられ
なかった。
００回の排気トランプ、再生の繰り返しに対して、本発
明のトラップメディアは捕集効率の低下もなく、溶解、
亀裂など外的損傷はみられず、機械的特性劣化はみられ
なかった。
実施例では、２種の合金組成を持つセルメットについて
示したが、必ずしもこの組成に限定されるものではなく
、次の範囲の合金でも同等の効果がみられた。
示したが、必ずしもこの組成に限定されるものではなく
、次の範囲の合金でも同等の効果がみられた。
材料 組成（重量％）
Ｎｉ Ｃｒ Ｆｅ ＡｌＮｉ −Ｃｒ
−Ａｌ ｂａｌ、 ３０〜５５ １〜
６Ｎｉ −Ｃｒ−Ｆｅ−Ａｌ ｂａｔ、 １５〜３
０ １０〜３０ １〜６１００回位の再生では外観上、
ＡＩの添加はしなくても耐熱性に大きな差はみられない
が、数％の添加で安定なＡｌ２Ｏ３酸化膜が形成される
ため、添加しないものに比べて酸化量が数分の１になり
、寿命がながくなるので、望ましくは添加した方がよい
。ＡＩの添加はＣｒ、Ｆｅと同様に拡散浸透処理により
容易に得られる。過剰の添加は硬い金属間化合物を形成
し、また、加工性が悪くなるため望ましくない。
−Ａｌ ｂａｌ、 ３０〜５５ １〜
６Ｎｉ −Ｃｒ−Ｆｅ−Ａｌ ｂａｔ、 １５〜３
０ １０〜３０ １〜６１００回位の再生では外観上、
ＡＩの添加はしなくても耐熱性に大きな差はみられない
が、数％の添加で安定なＡｌ２Ｏ３酸化膜が形成される
ため、添加しないものに比べて酸化量が数分の１になり
、寿命がながくなるので、望ましくは添加した方がよい
。ＡＩの添加はＣｒ、Ｆｅと同様に拡散浸透処理により
容易に得られる。過剰の添加は硬い金属間化合物を形成
し、また、加工性が悪くなるため望ましくない。
〔実験例２〕
拡散浸透処理によるＣｒ、Ｆｅ、ＡＩの合金化処理をす
る際に、イツトリウム、セリウムのような希土類元素を
拡散浸透処理材とあわせて微量混合しておくことにより
、被覆拡散処理が可能である。最終的に作製した３次元
網状構造多孔体中の希土類元素の量は骨格表面から１０
０−内でわずか０．００５〜０．１重量％の拡散浸透量
になるようにしただけで処理しない多孔体にくらべて十
分な耐熱性をもつことが別の大気中酸化テスト（８００
”Ｃ１５００時間）によりわかった。これ以上の添加効
果は認められなかった。希土類元素のうち金属セリウム
元素を拡散浸透処理した３次元網状構造多孔体を用いて
実験例１と同じ条件で排気サイクル２０回、再生１００
回までのテストを実施した。ただし、再生ガス温度は７
００ ’Ｃで再生時間１５分の他、８００℃で１０分の
２種類で実施した。７００°Ｃでの再生ガス温度でも８
００°Ｃでの再生温度でも十分に燃焼は完了しており、
また１００回の再生後でも、セルメントは外観上なんら
劣化している状況は認められなかった。拡散浸透の条件
は、通常のＣｒ、Ｆｅ、ＡＩの合金化をする際の条件と
ほぼ同じ条件であり、水素ガス雰囲気中でも、Ａｒガス
のような不活性雰囲気ガス中でも十分に拡散浸透処理で
きる。
る際に、イツトリウム、セリウムのような希土類元素を
拡散浸透処理材とあわせて微量混合しておくことにより
、被覆拡散処理が可能である。最終的に作製した３次元
網状構造多孔体中の希土類元素の量は骨格表面から１０
０−内でわずか０．００５〜０．１重量％の拡散浸透量
になるようにしただけで処理しない多孔体にくらべて十
分な耐熱性をもつことが別の大気中酸化テスト（８００
”Ｃ１５００時間）によりわかった。これ以上の添加効
果は認められなかった。希土類元素のうち金属セリウム
元素を拡散浸透処理した３次元網状構造多孔体を用いて
実験例１と同じ条件で排気サイクル２０回、再生１００
回までのテストを実施した。ただし、再生ガス温度は７
００ ’Ｃで再生時間１５分の他、８００℃で１０分の
２種類で実施した。７００°Ｃでの再生ガス温度でも８
００°Ｃでの再生温度でも十分に燃焼は完了しており、
また１００回の再生後でも、セルメントは外観上なんら
劣化している状況は認められなかった。拡散浸透の条件
は、通常のＣｒ、Ｆｅ、ＡＩの合金化をする際の条件と
ほぼ同じ条件であり、水素ガス雰囲気中でも、Ａｒガス
のような不活性雰囲気ガス中でも十分に拡散浸透処理で
きる。
ここでは、希土類元素のうち金属セリウム元素の拡散浸
透処理品について記したが、イツトリウムを添加した場
合でもあてはまり、十分に排気ガスや、再生ガス雰囲気
に耐え再生を繰り返しおこなってもなんら外観的に劣化
がみうけられることはなかった。他の希土類元素の添加
でも同様な効果があったのは言うまでもない。
透処理品について記したが、イツトリウムを添加した場
合でもあてはまり、十分に排気ガスや、再生ガス雰囲気
に耐え再生を繰り返しおこなってもなんら外観的に劣化
がみうけられることはなかった。他の希土類元素の添加
でも同様な効果があったのは言うまでもない。
〔実験例３〕
ゾル−ゲル法をもちいてニッケル−クロム合金からなる
３次元網状構造多孔体の骨格表面に３〜２０ｔｎｍの耐
熱セラミックスを被覆した構造体を作製した。メチルア
ルコールやブチルアルコールに金属ジルコニウムを混合
し、ゾル化した金属アルコキシド液を用い、３次元網状
構造多孔体を超音波洗浄による脱脂後、調整した液に浸
漬処理後−定の引き上げ速度（３ｍ／５ｈｉｎ）で引き
あげし、被覆処理を行った。この処理を最終被覆、ゲル
化後の厚みが３〜２０ｉｒｍになるように浸漬回数を調
整した。浸漬乾燥後、さらに、安定皮膜を形成するため
に、室温から徐々に昇温し、最終温度４００℃、３０分
間で加熱硬化させた。皮膜形成させた３次元網状構造多
孔体を用いて、実験例１と同し条件で排気サイクル２０
回、再生１００回までのテストを実施した。ただし、再
生ガス温度は８５０°Ｃで１０分の再生時間とした。１
００回の再生後でも、構造体は外観上なんら劣化してい
る状況は認められなかった。
３次元網状構造多孔体の骨格表面に３〜２０ｔｎｍの耐
熱セラミックスを被覆した構造体を作製した。メチルア
ルコールやブチルアルコールに金属ジルコニウムを混合
し、ゾル化した金属アルコキシド液を用い、３次元網状
構造多孔体を超音波洗浄による脱脂後、調整した液に浸
漬処理後−定の引き上げ速度（３ｍ／５ｈｉｎ）で引き
あげし、被覆処理を行った。この処理を最終被覆、ゲル
化後の厚みが３〜２０ｉｒｍになるように浸漬回数を調
整した。浸漬乾燥後、さらに、安定皮膜を形成するため
に、室温から徐々に昇温し、最終温度４００℃、３０分
間で加熱硬化させた。皮膜形成させた３次元網状構造多
孔体を用いて、実験例１と同し条件で排気サイクル２０
回、再生１００回までのテストを実施した。ただし、再
生ガス温度は８５０°Ｃで１０分の再生時間とした。１
００回の再生後でも、構造体は外観上なんら劣化してい
る状況は認められなかった。
比較のために、皮膜厚さが３−以下、あるいは２０ｎ以
上になるようにした構造体を作製した。
上になるようにした構造体を作製した。
３Ｒ以下の厚さの皮膜では、８５０°Ｃでの再生では酸
化の割合が増え、十分な耐熱性向上を付与することがで
きないことがわかった。十分な被覆ができにくい３次元
構造をしているためと思われ、不均一皮膜しか得られな
い。このため、均一な厚みの皮膜を得るためには３ｎ以
上あればよいが、２０μ以上だとかえって、乾燥、硬化
時に皮膜の収縮により皮膜に亀裂が入りやすくなり、基
材表面まで亀裂が達しているものがあり、好ましくない
。再生時に、亀裂が拡がり、基材の耐熱温度で再往温度
条件を決める必要があり２０ｎ以上の厚膜では耐熱性向
上に寄与できないことになる。ここで得られた皮膜は酸
化ジルコニウム（ＺｒＯｚ）であり、線膨張係数がｌχ
１０−’／’Ｃと、ニッケル−クロム合金の膨張係数と
同しであるため、再生の繰り返しでも、膜ハガレがおこ
る等のことはなく、安定した皮膜性状を保持していた。
化の割合が増え、十分な耐熱性向上を付与することがで
きないことがわかった。十分な被覆ができにくい３次元
構造をしているためと思われ、不均一皮膜しか得られな
い。このため、均一な厚みの皮膜を得るためには３ｎ以
上あればよいが、２０μ以上だとかえって、乾燥、硬化
時に皮膜の収縮により皮膜に亀裂が入りやすくなり、基
材表面まで亀裂が達しているものがあり、好ましくない
。再生時に、亀裂が拡がり、基材の耐熱温度で再往温度
条件を決める必要があり２０ｎ以上の厚膜では耐熱性向
上に寄与できないことになる。ここで得られた皮膜は酸
化ジルコニウム（ＺｒＯｚ）であり、線膨張係数がｌχ
１０−’／’Ｃと、ニッケル−クロム合金の膨張係数と
同しであるため、再生の繰り返しでも、膜ハガレがおこ
る等のことはなく、安定した皮膜性状を保持していた。
以上説明したように、本発明の３次元網状構造多孔体は
、ディーゼルエンジン車から排気される微粒子を捕捉す
るのに十分な能力があり、また、捕捉した微粒子を燃焼
除去するのに必要な６００〜９００ ’Ｃでの耐熱性が
得られるためにディーゼルエンジン排気用微粒子トラッ
プメディアとして利用すると効果的である。
、ディーゼルエンジン車から排気される微粒子を捕捉す
るのに十分な能力があり、また、捕捉した微粒子を燃焼
除去するのに必要な６００〜９００ ’Ｃでの耐熱性が
得られるためにディーゼルエンジン排気用微粒子トラッ
プメディアとして利用すると効果的である。
第１図は三次元網状構造多孔体の拡大図、第２図及び第
３図、第４図及び第５図、第６図及び第７図はそれぞれ
トラップ装置の一例を示す縦断正面図及び縦断側面図、
第８図はディーゼルエンジンの排気系にトラップ装置と
再生ガス供給装置を設けた一例を示す概略図である。 １・・・・・・三次元網状構造多孔体、２・・・・・・
トランプホルダ− ３・・・・・・ガス流入口、 ５・・・・・・トランプ装置、 ７・・・・・・筒体、 ６・・・・・・孔部、 ４・・・・・・ガス流出口、 ８・・・・・・シール部材。
３図、第４図及び第５図、第６図及び第７図はそれぞれ
トラップ装置の一例を示す縦断正面図及び縦断側面図、
第８図はディーゼルエンジンの排気系にトラップ装置と
再生ガス供給装置を設けた一例を示す概略図である。 １・・・・・・三次元網状構造多孔体、２・・・・・・
トランプホルダ− ３・・・・・・ガス流入口、 ５・・・・・・トランプ装置、 ７・・・・・・筒体、 ６・・・・・・孔部、 ４・・・・・・ガス流出口、 ８・・・・・・シール部材。
Claims (6)
- （１）ニッケル−クロム合金又はニッケル−クロム−鉄
合金の骨格からなる連通気孔を持つ三次元網状構造多孔
体からなるディーゼルエンジン排気用微粒子トラップメ
ディア。 - （２）上記連通気孔の平均孔径が０．１〜０．５ｍｍで
ある請求項（１）記載のディーゼルエンジン排気用微粒
子トラップメディア。 - （３）請求項（１）記載の合金に、アルミニウムを１〜
６重量％添加したことを特徴とするディーゼルエンジン
排気用微粒子トラップメデイア。 - （４）イットリウム、セリウム等の希土類元素を骨格表
面から１００μｍ内のところに０．００５〜０．１重量
％となるように分布させた拡散層をもつことを特徴とす
る請求項（１）〜（３）のいずれかに記載のディーゼル
エンジン排気用微粒子トラップメディア。 - （５）骨格表面に、ゾル−ゲル法により３〜２０μｍの
厚みで被覆された耐熱セラミックス層を有することを特
徴とする請求項（１）又は（２）記載のディーゼルエン
ジン排気用微粒子トラップメディア。 - （６）請求項（５）記載の耐熱セラミックス層がＺｒＯ
＿２からなることを特徴とするディーゼルエンジン排気
用微粒子トラップメディア。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24496690A JP2841803B2 (ja) | 1990-09-13 | 1990-09-13 | ディーゼルエンジン排気用微粒子トラップメディア |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24496690A JP2841803B2 (ja) | 1990-09-13 | 1990-09-13 | ディーゼルエンジン排気用微粒子トラップメディア |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04124419A true JPH04124419A (ja) | 1992-04-24 |
| JP2841803B2 JP2841803B2 (ja) | 1998-12-24 |
Family
ID=17126605
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24496690A Expired - Lifetime JP2841803B2 (ja) | 1990-09-13 | 1990-09-13 | ディーゼルエンジン排気用微粒子トラップメディア |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2841803B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1994006538A1 (fr) * | 1992-09-14 | 1994-03-31 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Materiau de filtration pour epuration de gaz d'echappement et procede de fabrication |
| EP0639398A1 (en) * | 1993-08-20 | 1995-02-22 | Sumitomo Electric Industries, Limited | Corrosion-resistant metal filters |
| JPH0853723A (ja) * | 1994-07-13 | 1996-02-27 | Stork Screens Bv | 発泡体物品 |
| JPH09313831A (ja) * | 1996-01-31 | 1997-12-09 | Corning Inc | 供給原料を変更する装置およびその製造方法並びに使用方法 |
| JP2010180789A (ja) * | 2009-02-05 | 2010-08-19 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ガス分解素子 |
| JP2010242611A (ja) * | 2009-04-04 | 2010-10-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ＮＯｘ分解素子および発電装置 |
| JP2011101872A (ja) * | 2009-11-12 | 2011-05-26 | Mitsubishi Materials Corp | ハイブリット車の排気浄化用発泡金属体および排気浄化用触媒 |
-
1990
- 1990-09-13 JP JP24496690A patent/JP2841803B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1994006538A1 (fr) * | 1992-09-14 | 1994-03-31 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Materiau de filtration pour epuration de gaz d'echappement et procede de fabrication |
| EP0639398A1 (en) * | 1993-08-20 | 1995-02-22 | Sumitomo Electric Industries, Limited | Corrosion-resistant metal filters |
| US5505757A (en) * | 1993-08-20 | 1996-04-09 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Corrosion-resistant metal filters |
| JPH0853723A (ja) * | 1994-07-13 | 1996-02-27 | Stork Screens Bv | 発泡体物品 |
| JPH09313831A (ja) * | 1996-01-31 | 1997-12-09 | Corning Inc | 供給原料を変更する装置およびその製造方法並びに使用方法 |
| JP2010180789A (ja) * | 2009-02-05 | 2010-08-19 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ガス分解素子 |
| JP2010242611A (ja) * | 2009-04-04 | 2010-10-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ＮＯｘ分解素子および発電装置 |
| JP2011101872A (ja) * | 2009-11-12 | 2011-05-26 | Mitsubishi Materials Corp | ハイブリット車の排気浄化用発泡金属体および排気浄化用触媒 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2841803B2 (ja) | 1998-12-24 |
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