JPH06501082A - 交差巻き無機質ヤーンで包まれて四辺フィルタトラップを形成している多孔管のディーゼル微粒子トラップ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 交差巻き無機質ヤーンで包まれて四辺フィルタトラップを形成している多孔管の ディーゼル微粒子トラップ発明の分野 本発明はディーゼルエンジンの排気から微粒子を除去するフィルタ、即ち捕捉器 に関する。

背景技術 ディーゼルエンジンはディーゼル微粒子フィルタを用いることにより危険性を軽 減し得る危険性が高く、すすけた排気を発生する。

しかし、公知のディーゼル微粒子フィルタは燃料消費を不当に高め、且つ耐久性 に乏しい傾向にある。

公知ディーゼルフィルタは４種のカテゴリやタイプに分類され得るもので、その 第１タイプはセラミックウオールフロー中空体を、第２タイプは剛性セラミック 多泡体を、第３タイプはファイバ状フィルタ材の焼体を、そして第４タイプは１ 個以上の中空、多孔金属チューブを有することにより夫々特徴付けられている。

各フィルタタイプは排気系に連結されるようにしだ長尺管状ケーシングを有して いる。更に各フィルタタイプは集めた微粒子物を焼却することにより使用中に周 期的に再成可能である。

第１タイプのディーゼル微粒子フィルタの１例は米国特許第４．２７６．０７１ 号（Ｏｕｔｌａｎｄ）に示されている。

１９８９年８月３１日公開のＤＢ公開公報第３８０６１３１号（Ｇ　ｉｅｂ　１ 　ｆ　ｎｇ）は第１タイプデイーゼル微粒子フィルタの改良体を製作する方法を 記述しており、そこでは平行に間隔配置したフィラメントを含むメツシュを担持 したペースト状セラミック構造材がロールに巻上げられ、このロールが管状ケー シングに挿入されて、次にこれを焼いて多孔セラミックスートフィルタ体を生成 する。

第２タイプデイーゼル微粒子フィルタの例は米国特許第４．２６４．３４６号（ Ｍａｎｎ）と同第４．８１３．２３１号（Ｂｙｋｏｗｓｋｉ）に示されている。

第１タイプと第２タイプのフィルタの両方に共通な問題は、その剛性により、例 えばフィルタが自動車或いは他の乗物に使用されたときに出合うような、熱応力 と振動を１つだときにひび割れしがちであるという問題である。

第３タイプのディーゼル微粒子フィルタの１例は１９８７年２月７日公開の公開 公報第３５４５７６２号（Ｂｒｉｃｈ）に開示されており、そこでは円筒ハウジ ングの中にハウジング中心線と共軸になるように織りマットが装置されている。

このハウジングは軸方向のガス入口とガス出口を有しているように見える。排気 ガスは織りマットを半径方向に通過するように見える。１例ではセラミックファ イバマットが固く巻上げられて、それがハウジングの全断面積を満している。こ の例では、セラミックファイバと任意的に有する金属性ウェブを軸の周りでから み合うように、両者を螺旋状に一緒に巻上げている。

１９８９年８月３日公開のＤＢ公開公報第３８０１６３４号（Ｓｔａｐｌｅｒ他 ）は第３タイプデイーゼルフイルタを開示しており、そこでは円筒状フィルタエ レメントの幾つかの層がハウジングユニットの中で入口と出口の通気筒の間にお いて排気を半径方向に横切らせるように配置され、フィルタエレメント群は本質 的に円形成いは楕円形の断面を入口、出口チャネルの形式の下に半径方向に等距 離の間隔で有しており、そして各フィルタエレメントはガス透過性の金属性カバ ーシートにより、ワイヤメッシやセラミックファイバ、或いはこれらの組合せた ものから成るガス透過性フィルタ体がその両側において包囲されている、斯−る フィルタ体を含んで成る。更に、このフィルタ体は、スペーサエレメントを用い ることにより、螺旋状の入口、出口チャネルを各々その対立側で閉じられている ように備えている包体を形成するように巻上げることが出来て、この状態におい て多孔金属性シートや金属性織物によって形成された包囲カバーはガス状汚染物 質を変換するための触媒被覆物を具備している。

第４タイプのディーゼル微粒子フィルタの１例は米国特許第４．３２４．５７２ 号（Ｅｒｄｍａｎｎｓｄ６ｒｆｅｒ）に示されており、それでは複数本の平行な 離間配置の多孔、中空チューブ（「支持バイブ」と称している）がケーシングの 実質長に亘って延在している。スパン二酸化シリコンファイバ或いはシリカファ イバの糸が各チューブに巻かれてフィルタエレメントを提供している。各チュー ブは入口でふさがれており、他方チューブ間のチャネルは出口で壁によりブロッ クされて排気ガスがフィルタエレメントを強制的に流通するようになっている。

これらの糸は集められた微粒子物を周期的に焼却する間に酸素がスート沈積物に 達することが出来るようにクロス巻きされるのが好ましいといえる。

１９８９年３月３０日に公開されたＤＨ公開公報第３７３１７６６　（Ｂｕｃｋ ）は入口、出口連結バイブを備えた包体を有する別の第４タイプデイーゼル微粒 子フィルタを開示しており、そこではセラミックファイバやヤーンが包体の内側 に装置されている。

米国特許第４．５７６．７９９号（−δｒｎｅｒ）はもう１つ別の第４タイプデ イーゼル微粒子フィルタとして、複数本の平行に離間配置して、長尺ケーシング を同心的に半径方向に実質的に充填している剛性のある多孔、中空チューブを含 んで成るものを開示している。各チューブは内位多孔シェルと各位多孔シェルの 間に挟設されたフィルタエレメントから成る。１例では、隣接チューブ間に障壁 があり、２本のチューブ間に入り込む排気が当該２本チューブの各位のチューブ と隣りの障壁との間の空隙を通って排出する前にフィルタエレメントを半径外方 へ流通するようになっている。別の例では、隣り合う障壁間に２本のチューブが あり、排気が出口に達する前に両チューブのフィルタエレメントを流通するよう になっている。

第４タイプデイーゼル微粒子フィルタは１９８９年１０月１９日公開のＤＥ公開 公報第３９１０５５４号（Ｅｎｇｅｌｅｒ他）にも開示されており、そこではフ ィルタがケーシングの実質長に亘って延在する４本の同心状の剛性のある中空、 多孔チューブを含んで成り、隣り合うチューブの各間隙がチューブの１端でのみ ブロックされて排気がチューブの多孔壁を半径内方或いは半径外方へ流通するよ うになっている。排気がケーシングの出口で非遮蔽間隙を通って排出する前に濾 過されるといえるが、フィルタ機構は開示されていない。

１９８９年２月１７日に公告された英国特許出願第ＧＥ　２．１９３．６５６号 （）Ｉｅｎｋｅｌ）は単一の多孔、中空チューブを育する第４タイプデイーゼル 微粒子フィルタを開示しており、そこではこのチューブが二枚のフィルタ層で、 即ち先ず水晶ガラスやセラミックファイバの微小孔を有する織物の層で、次いで 弾性幅広メツシュ織物やフリースの層で包まれている。

短尺ファイバ材、即ちステーブルファイバ材を採用している第４タイプデイーゼ ル微粒子フィルタに共通の問題は、このフィルタにはファイバの脱落によって望 ましくない短期寿命になる傾向のあることである。

発明の要旨 要するに、本発明は、 （ａ）少くとも２端を有するケーシング；（ｂ）排気系に該ケーシング端を連結 する手段；（ｃ）該ケーシング端間に延在した、少くとも２端と外面を有する少 くとも１本の実質的に剛性のある多孔管；（ｄ）該ケーシング内に支持手段によ って支承されている当該多孔管； （ｅ）護管の周囲に実質的に螺旋状に交差巻きされてその多孔を覆うようにした 無機質のヤーンを含んで成るフィルタエレメントを含アイバセグメントの少くと も１つが外方へ延出しており、引き続き配置の各層の引き続き配位したヤーン周 回部（ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎｓ）のコアは半径方向に整列されて四辺開口を規 定するように離間した壁を提供しており、該ヤーン周回部が線管の多孔域で線管 の軸と各巻き方向において約３０゛から約７０°の範囲の角度をなして延長して おり、該ファイバループと該ファイバセグメントが各開口に突入しており、線型 が該フィルタエレメントに排気力に対する安定性を与え、隣接ヤーン周回部のフ ァイバループとファイバエレメントがからみ合って各開口を伴うディーゼル排気 微粒子のトラップを提供しているようにした、斯−るディーゼル微粒子フィルタ を提供する。

本発明のフィルタは改良された第４タイプのディーゼル微粒子フィルタとして特 徴付けられ得る。

フィルタエレメントを含んで成るヤーンの巻き構成体は、ヤーンのストランドが 切断や破断されたとしてもフィルタエレメント全体がほどけなくなるようにした ものである。

本発明の１実施例はデッドスペースを回避する多孔フィルタ管の同心配置を利用 している。更に、この同心配置はディーゼル微粒子フィルタを、横に離間配置し たフィルタ管を利用している従来技術のフィルタに較べ、一層丈夫でコンパクト な構造にすることが出来る。

本発明の別の実施例はこれまた丈夫でコンパクトな構造を与える多孔管の並列配 置を利用している。

単−交差巻きサーキット（即ち、各方向の１＠きバス）のためには、四辺開口（ そこで多孔域を覆う）は均一のサイズと形状であるのが好ましい。

好ましくは、四辺開口の対立コーナ間の開口サイズは管軸方向で約３■−から約 １０−一の範囲にあり、且つ管周方向で約６ｍ−から約１２■■の範囲にある。

もっと好ましいものでは、四側開口の対立コーナ間の開口サイズは管軸方向で約 ４ｍｓから約７■ｌの範囲にあり、且つ管周方向で約７−−から約１０曽−の範 囲にある。上述の範囲より実質的に大きい開口は不充分なフィルタ効率を与え、 他方上述の範囲より実質的に小さい開口は望ましくない高背圧をもたらす。

本出願においては： 「無機質ファイバ」は、高温抵抗性（例えば約６００℃を越える温度に対して） とディーゼル排気ガスに対する化学抵抗性があり、且つ織物品質（！ｌｌＩち、 発明品フィルタを含む管の周囲に巻付けることが出来るヤーンにするのに適して いる）を存している無機質基のファイバをさしており； 「ヤーン」は個々のファイバやフィラメントの複数の束を意味し；「熱逃散ファ イバ」は加熱したときに分解して揮発する構成物質（例えば、有機材料）を含ん で成るファイバをさし；そして「ファイバセグメント」はヤーンのコアから突出 した破断ファイバ部分をさしている。

図面の簡単な説明 本発明は図面を参照すると一層容易に理解出来るもので、その全ての図面は説明 図である。この図面において：図１は本発明に係るディーゼル微粒子トラップを 通る長尺中央断面図であり； 図２は図１の＄１２−２に沿った切断面図であり；図３は本発明に係る第２のデ ィーゼル微粒子フィルタを通じた切断面図（図２のものに類似した）であり；図 ４は［ｆｆ１ｌのディーゼル微粒子トラップのフィルタエレメントの１つの面部 を大きく拡大して示しておつり図５は図１の線４−４に沿った拡大切断面図であ り；図６は本発明に係る別のディーゼル微粒子トラップを通じた長尺中央断面図 である。

好ましい実施例の説明 本発明に係るディーゼル微粒子フィルタはディーゼル排気から微粒子を除去する のに有効で、経済的で、コンパクトな、耐久性のあるシステムを提供する。

図１と図２を参照していえば、ディーゼル微粒子フィルタ１ｏは円筒体１２、円 錐排気人口１３及び円錐排気出口１４を有する長尺ケーシング１１を有している 。同心離間配置の剛性のある５本の管（チューブ）１５、１６．１７．１８．１ ９が円筒体１２の中でその出入口の間に延在していて、円筒体１２をその半径方 向において充満している。管１５．１６．１７゜１８、１９の壁は各層の各端に ある非多孔域（例えば、１５Ａ）を除き全長に亘って均等に多孔（バーホレーシ ョン）が配設されている。管Ｉｓ、　１６．１７．１８．１９の入口端に環状キ ャップ２０．２１と円形中央キャンプ２２が連結されている。管１５．１６．１ ？、　１８．１９の出口端に環状キャップ２４．２５．２６が連結されている。

キャップ２４．２５．２６は出口端１７において管間の交互にある空間を遮蔽し ている。肉薄のストラッド２８．２９．３０が管の入口端の隣接キャップを架橋 しており、各位ストランド３０はまたケーシング端１に連結されている。管の出 口端でも、同様に隣接キャップが肉薄ストラッド３２．３３により架橋されてい る。

無機質ヤーンは管１５．１６．１７．１８．１９の周囲に実質的に螺旋状に交差 巻きされて、各層の多孔面を覆うフィルタニレメン）３５．３６゜３７、３８． ３９を夫々生成している。非遮蔽空間に入口端７ｏから入る排気は管１５．１６ ．１７．１８．１９の間のキャップ２０．２１．２２により遮蔽されていない空 間を通り、キャップ２４．２５．２６によって遮蔽されていない空間を通って出 口端７１から排出する前に、フィルタエレメント３５、３６．３７．３８．３９ を通って半径内方と外へ流通する。

随意には、無機質ファイバを含んで成る不織布マットを管１５．１６゜１７、１ ８．１９の少くとも１本の外面と実質的に螺旋交差巻き無機質ヤーンとの間に挿 置することが出来る。

随意には、熱逃散ヤーンを、無機質ヤーンに加えて管１５−１９の少くとも１本 の周囲に実質的に螺旋状に、即ち交差巻きすることが出来る。

図３に示すディーゼル微粒子フィルタ４０は図１と図２に示すフィルタに構造と 機能において類似している。金属ケーシング４２の中には、５本の同心離間配置 の剛性金属管（図示省略）があり、管壁は各層の各端における非多孔域を除き、 全長に亘って均等に多孔が配設されている。シートメタルスタンピング（ｓｔａ ｍｐｉｎｇ）が管の入口端と出口端に溶接されており、その１個４４は図示しで ある。スタンピングは管端に確保されていて、管間の交互の空間を遮蔽し且つフ ィルタを構造的に補強するように作用する。メタルスタッド４６はスタンピング と一体成形されているが、その最外部はケーシング４２に溶接されている。

無機質ファイバの複数の不織布マット４８が実質的に螺旋状の交差巻き無機質ヤ ーン４９によって各層の多孔面に対し保持されている。

図１に示す同心管タイプのディーゼル微粒子フィルタを含む管のサイズと数は、 ディーゼルエンジンの微粒子フィルタの要件とサイズに依存している。一般に、 フィルタの費用は使用する管の数の増加と共に増大する。他方、特殊な用途のた めに極少数の管にした場合には、排気ガスの濾過能力の劣るものになり得る。

図１、図４、図５において、螺旋状交差巻き無機質ヤーンは緻密コア８０を有す るセラミックヤーンを含んで成り、このコアからはファイバセグメント、連続フ ァイバのループ或いはその組合せ物８１が外出している。図４と図５は管軸に対 し各巻き方向に最初約４５°の角度で層状に交差巻きされるヤーンを示している 。引き続く各層において、巻き角度はヤーンのコアが下にあるコアと半径方向に 整列されるようにや＼増大（即ち約０．２５°）されている、この巻き構成は隣 接ヤーン周回部（ｃｏｎｖｏｌｕｔ４ｏｎ）が第１のパスにおいて広く離間して いて、次にその後のヤーン周回部が隣接のヤーン周回部間の間隙が等しくなるま でところどころに入っているようにする。この構成は本来的に、各層に相反する 方向のヤーン周回を織り込むことでフィルタエレメントに排気力に対する安定性 を付与する結果となる。

管上に半径方向に整列したコア群は相対的に緻密な壁８２を形成し、これらの壁 が離間して四辺開口８４（即ちダイヤモンド形）を規定している。ファイバセグ メント、ファイバループ、或いはその組合せ８１が各開口に突出し、横に隣接し たヤーン周回部（ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎｓ）のファイバセグメントとファイバ ループが図４と図５に示すようにからみ合っている。管１５．１６の間に入る排 気ガスは出口端７１を通って排出される前に管１５を半径内方へ通過し、また管 １６を半径外方へ通過する。

巻き糸は非多孔域に延入しているので、巻き角度は好ましくはコンピュータ制御 で変化させて、ヤーンの隣接周回部が次第に接近を強めるようにし、それにより 排気流に対し実質的に不通にするように相対的に肉厚の端壁を提供する。

各層８２が半径方向に延長しているので、開口８４は図５に見られるように漏斗 形になる。更に、ファイバセグメントとファイバループの密度は各開口の外面か ら基部に進むにつれて増大する傾向になり、排気がフィルタエレメントを半径内 方へ通過するときの、フィルタエレメントの全深さに亘って分布する微粒子トラ ップを提供する。

フィルタエレメントのフィルタ容量は下流部に相対的に織りのきめを高度にした ヤーンを用い且つ上流部に上に進むに従って次第に加工のきめが低下するヤーン を用いることにより高めることが出来る。

フィルタエレメントを巻く角度は各巻き方向に管軸に対して約３０”から約７０ °の範囲にする。もっと好ましいものとしては、巻き角度を約３０°から約６０ °の範囲にする。最も好ましいものとしては、巻き角度を約４５“から約５５″ の範囲にする。特定された範囲内の巻き角度の使用は、特有の結果としてこれら の範囲を実質的に外れた角度で巻かれたフィルタよりも有効になり、且つ管に良 好に確保されるフィルタエレメントを提供する。

図１−３に図示したようなディーゼル微粒子フィルタの構造に関する追加の詳細 は「同心管ディーゼル微粒子フィルタ」の名称になる譲受人共願の米国特許出願 第０７／７８４．１４９号に開示されている。

もう１つの別の好ましいディーゼル微粒子フィルタは図６に概略的に示される。

ディーゼル微粒子トラップ５ｏはケーシング５１を含み、二〇ケーシングが円筒 体５２、円錐排気人口５３及び円錐排気出口５４を含んで成る。円筒体５２の中 には、平行な並列配置の剛性のある多孔管５６が複数本あり、各層は隣りの排気 出口５４で開いているが円形キャップ５７により隣りの排気人口５３を遮蔽して おり、円形キヤ・７プ５７が開口６３を有する内部支持体（例えばブラケット） ５８にポスト５９により確保されている。管５６を受容する円形開口を有する円 板６０が管５６にその開口端で連結されている。板６０は円筒体５２にも連結さ れて、隣接の管の間隙を遮蔽し、且つ管と円筒体５２の間隙を遮蔽して、入口５ ３から入る排気ガスが出口５４の未遮蔽空隙を通って排出する前に管の多孔を半 径内方向に通過するようにしである。

各層５６はカートリッジとして、連携したハードウェアと組合されている。無機 質ヤーンは各層の多孔域に亘って層状に交差巻きされて、フィルタエレメント６ ２を提供している。

ディーゼル微粒子フィルタ１０と５０をディーゼル排気が出ロア１或いは５４か ら入り、入ロア０或いは５３から出るように構成することは本発明の範囲内にあ る。

ケーシング、遮蔽（ブロック）手段、プレート、ポスト、内部支持体及びストラ ッドは、個別に、例えばメタルやセラミックを含む適当な材料を含んで成ること が出来る。製作の容易性から、好ましい材料はメタルである。好ましくは、この メタルはステンレススチールのシートメタルである。ケーシングを連結する手段 、遮蔽手段、プレート、ポスト及びストラッドはケーシング、遮蔽手段及びスト ラッドが含んで成る具体的材料にとって公知な技術のものを含む。

例えば、ケーシング、遮蔽手段、プレート、ポスト及びストラッドがメタル製で あれば、これを連結する好ましい手段は溶接である。

ケーシングの形状は都合により変化し得る。適当な形状は、例えば円形断面、楕 円形断面、正方形断面及び長方形断面を有するものを含む、同心フィルタエレメ ントを含むディーゼル微粒子フィルタのためには、ケーシングは円形成いは楕円 形の断面を有するのが好ましい、ケーシングは、代表的にはスリムな外形になり 得るように長尺にされる。

多孔管は、例えばメタルとセラミックを含む適当な材料を含んで構成され得る。

多孔管は、例えば孔を有する管、ワイヤスクリーン或いは実質的に剛性がある限 り拡張されたメタルであり得る。多孔セラミック管は優れた性能を提供し得るが 、適当な遮蔽手段を適用することが不当に高価なものなり得る。好ましくは多孔 管はメタルを含んで成る。より好ましくはこのメタルをステンレススチールのシ ートメタルにすることである。

管の形状はケーシングに対して上述したように都合によって変え得る。好ましく は、管は円形成いは楕円形の断面を有している。

各層の多孔は剛性を維持しながら出来るだけ大きくすべきである。

好ましくは、各多孔は排気の如何る微粒子にとってもそれを捕捉（トラップ）す るには格段に大き過ぎる約［Ｉから約２０ｍｍの範囲の直径のものにする。もっ と好ましくは、各多孔は約２−から約１０−一の範囲の直径のものにし、最も好 ましくは約３１ＩｇＭから約７１の範囲の直径のものにする。

個々の孔のサイズは同一のものか、相違したものか或いは両者の組合せたもので あり得る。

好ましくは、無機質ヤーンは、撚り（ｐｌｙ−ｔ＠１Ｓｔｅｄ）を掛けられる。

それは加工したときの構造が撚りを掛けていない無機質ヤーンよりもヤーンの本 来の強度を良好に維持するからである。

無機質ファイバは、約５＝約２０マイクロメータの範囲の直径を存するものが好 ましい、無機質ファイバは、もっと好ましくは約７−約１５マイクロメータ、最 も好ましくは約９−約１４マイクロメータの範囲の直径を有するようにする。こ れらの特定された範囲の直径を有するファイバは概してこれらの範囲外に実質的 にある直径を有するファイバよりも製造と糸加工（ｔｅｘｔｕｒｉｚｅ）が容易 である。更に、実質的に５マイクロメータより小さい直径のファイバは糸加工し たときに容易に損傷する（即ち破断する）、２０マイクロメータより実質的に大 きい直径のファイバは、代表的にはこれら特定された範囲の直径を有するファイ バよりも有効性に劣るフィルタを提供する。

無機質ヤーンを含んで成る無機質ファイバはセラミックのものが好ましい、この セラミックファイバは、例えば非結晶性のもの、多結晶のもの或いは両者の組合 せたものであり得る。

有用なセラミックヤーンは、例えばアルミナ−ボリア（ｂｏｒｉａ）−シリカ、 アルミナ、シリカ、炭化シリコン及び窒化ホウ素等で製造されたファイバを含む 、好ましくは、このセラミックファイバはアルミナ−ボリア−シリカを含んで成 る。取扱いに役立るためにはヤーンは、代表的には従来のサイジング法を用いて サイズが決められる。アルミナ−ボリア−シリカのヤーンは、例えばｒＮＥＸ置 　３１２ＣＥＲＡＭＩＣＹＡＲＮＪ及びｒＮＥＸ置　４４０　ＣＥＲＡＭＩＣＹ ＡＲＮ　Ｊの商標の下でセント・ボールの３ＭＣｏ、から市販されているものが 入手可能である。

無機質ヤーンの糸加工（ｔｅｘｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ）がそのフィルタ効能、即 ち捕捉効能を向上させる。好ましくは無機質ヤーンをロフテイ（ｌｏｆ　ｔｙ） になるように加工する、例えば連続ファイバのループ、個々のファイバセグメン ト或いは両者の組合せたものが緻密コアから外方へ延出するように糸加工される 。連続ファイバのループは最も好ましい、無機質ヤーンは、例えばエアジェツト 糸加工や機械系加工を含む公知技術によって加工することが出来る。エアジェツ ト糸加工は、機械系加工のヤーンよりもファイバセグメントが少く、ファイバル ープの多い状態に糸加工されたヤーンを提供するので、好ましい。

好ましくは、糸加工された（ｔｅｘｔｕｒｉｚｅｄ）ヤーンは約１−約１０ｖｗ の範囲の直径を有している。もっと好ましくは、糸加工された無機質ヤーンの直 径は約３−約６＋＋ｎの範囲にある。これらの特定範囲の直径を有する糸加工さ れたヤーンの濾過効能即ちトラップ効能は概してこれらの範囲外の直径を有する ものより優れている。

多孔管の周囲にヤーンを巻くには、巻き張力がヤーンを破断させない限りで出来 るだけ高いものが好ましい０代表的な巻き張力は、約９．８−約１９．６ニユー トンの範囲にある。

発明品のディーゼル微粒子フィルタを含む各フィルタエレメントは、実質的に螺 旋状に交差巻きされた無機質ヤーンの１以上の層を含んで構成され得るし、或い はこれは無機質ファイバを含んで成る１枚以上の不織布マットを含んで構成され 、このマットが実質的に螺旋状に交差巻きされた無機質ヤーンによって各層の半 径外側にある多孔面に対して保持されるようにしたものであり得る。

セラミックファイバの実質的に螺旋状に交差巻きされた糸加工ヤーンを含んで成 るフィルタエレメントでは、ある種の熱逃散ヤーンを巻糸の中に組み込むことが 望まれ得る。この熱逃散ヤーンがフィルタの最初の使用の際或いはその前に焼却 されたときに残留する通路は背圧を低減させ、且つ濾過するファイバへのアクセ ス度合を高める。適当な熱逃散ヤーンは市場で入手可能であり、例えばポリプロ ピレンのヤーン（例えば、Ｕ↑のマグナのＢｅｒｃｕｌｅｓ、　Ｉｎｃ、から商 標ｒ　ＨＵＲＣＵＬＯＮ　Ｊの名の下に市場で入手可能）とレーヨンヤーン（例 えばＶＡのフロントロイヤルのＡｒｔｅｘ　ＦｉｂｅｒｓからｒＲＡＹＯＮ　Ｙ ＡＲＮＪの商標名の下で市場入手可能）を含む。

無機質ファイバを含んで成る不織布マットを更に含んで成るフィルタエレメント では、このマットに大きな背圧を要さずに高度の濾過効率を可能にするものを選 択するのが好ましい０代表的には、不織布マットを含むファイバは約６マイクロ メータ未満の直径を有している。好ましくは、不織布マットを含むファイツマは 約３マイクロメータ未満の直径を有しており、このような直径を有するファイツ マは「マイクロファイバ」と称し得る。もつと好ましく番よ、このマイクロファ イバは約１＝約３マイクロメータの範囲の直径を有してしする。好ましい不織布 マットはセラミックブローン（ｂｌｏｗｎ）マイクロファイバを含んで構成され 得る。好ましくは、このセラミックファイバはアルミナ−ボリア−シリカ、アル ミナ−シリカ、アルミナ、シリカ、炭化シリコン、或いは窒化シリコンで製造さ れる。もつと好ましくは、不織布マットはアルミナ−ボリア−シリカブローン（ ｂｌｏｗｎ）マイクロファイバを含んで構成される。

適切な不織布マットは市場入手可能であり、ｔｈｅ　３　Ｍ　Ｇｏ、からｒＵＬ ＴＲＡＦＩＢＥＲ３１２ＪとｒＵＬＴＲＡＦＩＢＥＲ４４０」の商標名の下に、 ｔｌＪ、のチッシアーのＩｍｐｅｒｉａｌ　Ｃｈｅｓｉｃａｌｓ　Ｉｎｃ、から ｒｓＡＦＦＩＬ　ＬＤ　ＭＡＴ　Ｊの商標の名の下に、そしてＮＹのナイヤガラ フォールのｔｈｅ　ＣａｒｂｏｒｕｎｄｕｓＣｏ、からｒＦＩＢＥＲＦＲＡＸ　 Ｊの商標名の下で市販されても）るものを含む。

無機質ファイバのヤーンに較べて不織布マットの相対的にファインふス（ｆ　１ ｎｅｎｅｓｓ）で固有に大きな表面積は、不織布マットを含む・フィルタエレメ ントが無機質ファイバの加工ヤーンを用しまたフイルタエレメントと同じ濾過効 能を有しながら、肉薄になることを許容する。しかしながら、無機質ファイバの 実質的に螺旋状に交差巻きされた糸加工ヤーン（ｔｅｘｔｕｒｉｚｅｄ　ｙａｒ ｎ）を含むフィルタエレメントは、不織布マットの１以上の層を組込んだものよ りも製造上経済的であり得る。更に、等しい量の実質的に螺旋状に交差巻きされ た糸加工ヤーンは等しい量の不織布マットより多量のスートを捕捉することが出 来る。

好ましくは、各フィルタエレメントは約１−約２５ｍ５の範囲の環形厚を有して いる。無機質ファイバを含んで成る実質的に螺旋状に交差巻きされた糸加工ヤー ンを含んで成るフィルタエレメントでは、その好ましい環形厚は約３−約１３＋ −の範囲にある。この範囲より実質的に大きな肉厚は不当にコスト高になり、望 ましくない高背圧をもたらし、他方この範囲より実質的に小さい肉厚は濾過効能 を不充分なものにする。

カーボンと溶解性の有機成分（例えば炭化水素と一酸化炭素）の酸化に役立るた めに、フィルタエレメントは無機質ヤーン、無機質不織布マット或いはこれらを 組合せたものを被覆した酸化触媒を更に含むことが出来る。この手の酸化触媒は 技術的に公知であり、例えば貴金属（例えば白金、ロジウム、その他の白金族の 金属及び！りと卑金属（例えば銅、鉄、マグネシウム及びカリウム）を含む。触 媒を無機質ヤーンと不織布マットに被覆する方法は公知技術である。

本発明品のディーゼル微粒子フィルタは、随意には、累積粒子の定期的な焼却手 段、例えば周期的に捕捉微粒子物の燃焼点を越える温度に加熱することにより焼 却する手段を含んで構成される。有用な電気的燃焼法は１９９０年１月３日公開 の欧州特許出願の公開公報第０．２７５．３７２号（Ｇｉｉｒｔｅｒ他）から教 示される。

累積粒子は、オーブンの中でフィルタを加熱することにより（例えば、代表的に は約１−約２時間の範囲の期間、約５５０°から約９００°の範囲の温度のエア 雰囲気において）或いはガスバーナを人口端に連結することにより焼却され得る 。

累積粒子の定期的焼却の好ましい手段は「電気的に再生可能なディーゼル微粒子 トラップ」の名称の、譲受人共願の米国特許出願第０７／６８０．８１２号に開 示されている。

本発明の目的と利益は次の例により更に示されるが、これらの例に記載の具体的 材料と量並びにその他の条件と詳細を、本発明を限定するものと解すべきではな い。

■上 図１−３に実質的に示されるようなディーゼル微粒子フィルタエレメントを５ｃ ｍ外径と４．８５ｃ−内径を有する５０ｃ−長の３０４ステンレススチールの多 孔管を用いて組立てた。４ｗ１ｌｌ径の多孔はそのセンタが４．８腸−ずれた配 位で管に等間隔で配設されたが、約２．５ｃｍ長の各管端部は多孔を配設してい ない。

各層は２／２．　１．５Ｚ、　１８００デニールのアルミナ−ボリア−シリカの セラミックヤーン（ｔｈｅ　３　Ｍ　Ｃｏ、からｒＮＥＸ置　３１２　ＣＥＲＡ ？ＩＩＣＹＡＲＮ　、Ｉの商標名の下に市場入手可能）で交差巻きされているが 、このヤーンはエアジェツト式糸加工機（ドイツ、ニューキャッスルのＥｎｔｅ ｒｐｒｉｓｅ　Ｍａｃｂｊｎｅ　ａｎｄ　Ｉｌｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｃｏｒｐ 、からｒＭｏｄｅｌ　５２　Ｄ　ＪＥＴＪとｒＭｏｄｅｌ　１７５ＩＤＥＷＩＮ ＤＥＲＪの商標名の下で市場入手可能）を用いて、高度に糸加工（ｔｅｘｔｕｒ ｉｚｅｄ）されたものである、糸加工機の速度は約２６．５ｍ／分に設定された 。ジェットはその最閉位置から約１ターンの３／４だけ開かれた。エア圧力は約 ７９０ｋＰａに設定された。

高度に糸加工されたセラミックヤーンは管の周囲に螺旋状に交差巻きされて７枚 の層を提供し、１層は管長を横切る各方向における２０回巻きのバスに等しい。

各層は、次に上述のように、但しエア圧力が約６９０ｋＰａに設定されて、エア により糸加工された２／２．　１．５２．１８００デニールのアルミナ−ボリア −シリカのセラミックヤーン（ＮＥＸ置”　３１２　ＣＥＲＡＭＩＣＹＡＲＮ） で７枚の層状に交差巻きされた。

最後に、上述のエア糸加工を、但しエア圧力が約５８５ｋＰａに設定された状態 で、施こされた２／２．　１．５２．１８００デニールのアルミナ−ボリア−シ リカのセラミック糸（ＮＥＸ置”　３１２）の３層を管に交差巻きした。

具体的には、このセラミックヤーンは３輪コンピュータ＠硼精密壱機（ＣＡ、　 シグナルヒルズのＡｕｔｏｓ＋ａｔｉｏｎ　Ｄｙｎａｓｉｃｓ）を用いて管の周 囲に螺旋状に巻かれた。第１層の巻き角度は５２°であった。−１！きの過程で はヤーンは約１４．２ニ二−トンの一定張力に維持された。引き統（各層では、 巻き角度はや一増大させて、その層のヤーンコアを四辺開口が提供されるように 下側のヤーンコアと一線上に整列させ　゛た。

管の各非多孔域では（即ち、管の各端）、巻きパターンは７０’　ドウエル（ｄ ｗｅｌｌ）を有するように変更し、緻密端壁を提供するようにした。この壁はフ ィルタ端から未瀘過排ガスの逃散を遮断するように作用する。

交差巻きヤーンの第１層では、「四辺開口」の対立コーナ間の開口サイズは管の 軸方向において約４．３ｍ−であり、管周方向において約７．２１であった。

最終（！ｐち、１９番手）の層を含む「四辺開口」の対立コーナ間の開口サイズ は軸方向において約５．７膳−であり、管周方向において約９ｓｍであった。管 軸方向の線に沿って７５個の「四辺開口」が存在した。

螺旋状交差巻きヤーンを有する管の外径は約１０．８ｃｍ＋であった。セラミッ クヤーンの１７枚の層は約５６８ｇであった。

結果のフィルタカートリッジは、２．３リツトル、４シリンダ、４ストロークの 間接インジェクションディーゼルエンジン（ＯＨ，コロンバスのＣｕｍｍ１ｎｓ 　Ｅｎｇｉｎｅ　Ｃｏ、のｒｃＵＭＭＩＮｓ　４Ａ　２．３　ＤＩＥＳＥＬ　Ｈ ＮＧｆＮＥＪの商標名の下に市場入手可能）に設置した。

このフィルタの粒子捕捉効率はフィルタの入口（即ち、上流）と出口（即ち、下 流）で採取する従来の多重バッチフィルタを用い且つ４０　ＣＰＲ１１８６，１ ３３９−８６（１９８９）に概説されているフィルタ操作手続を用いて、測定さ れた。この用いた膜フィルタは直径４７ａｍのものであった（ＣＴ、ブットナム のＰａ１ｌｆｌｅｘ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ　Ｃａｒｐ、からｒｐａｔ、＋、ｐｃ、 Ｅｘ　ＴＥＦＬＯＮ　ＭＥＭＢＲＡＮＥ　ＦＩＬＴＥＲ３ｊの商標名の下に市場 入手可能）。

ディーゼル微粒子フィルタの効率を算出するために、下流サンプルの質量濃度（ 即ち、サンプル体積で上流膜フイルタ中のスート量を除算したもの）を上流サン プルの質量濃度（即ち、サンプル体積で上流膜フイルタ中のスート量を除算した もの）で除算した値である。この商の値を１から引算し、その結果の値に１００ を乗算した。

ディーゼル微粒子フィルタの効率はテストの初期には約２．３ｍ３／分の流速に おいて約５５％であった。テストの終りにおける効率は約２．３ｍ’　／分の流 速において約７８％であった。

ディーゼル微粒子フィルタの受ける圧力は調節可能な空気流を出すブロアを有し 、且つ直径が約５ＣＩの連結バイブを有する従来のフローベンチを用いてテスト の前後で測定された。テストの始めと終りでの背圧は、夫々水位で約４ｃ■と約 ４０ｃｍ＋であった。テストの前後でフィルタカートリッジの重量を測定して決 定した値として、約６．８ｇのスートが１９８分間のテストで捕捉された。

フィルタカートリッジはオーブンに入れ、約２時間、約６００℃で加熱してスー トを焼却した。

フィルタは上述の手続を用いて再度テストされた。テスト期間は約１４１分であ った。テストの始めと終りの背圧は再び水位で夫々的４ｃｍと約４０ｃｍになっ た。捕捉スート量は約６．５ｇであった。テストの始めと終りのフィルタ効率は 夫々的６０％と約８４％であった。

本発明の壇々の修正と変更は本発明の範囲と精神から逸脱することなく当業者に とって明白になるであろうが、本発明は前述の図示の実施例に不当に限定されな いことは理解されて然るべきである。

４ｂ 手続補正書 平成５年１０月群日

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. １．（ａ）少くとも２端を有するケーシング；（ｂ）排気系に該ケーシング端を 連結する手段；（ｃ）該ケーシング端間に延在した、少くとも２端と外面を有す る少くとも１本の実質的に剛性のある多孔管；（ｄ）該ケーシング内に支持手段 によって支承されている当該多孔管； （ｅ）該管の周囲に実質的に螺旋状に交差巻きされてその多孔を覆うようにした 無機質のヤーンを含んで成るフィルタエレメントを含んで構成されるディ−ゼル 微粒子フィルタであって、該無機質ヤーンガコアを含んで成り、当該コアからは 少なくこも１つの連続ファイ場のループ或いはファイバセグメントが外方へ延出 しており、引き続き配置の各層の引き続き配位したヤーン周回部（ｃｏｎｖｏｌ ｕｔｉｏｎｓ）のコアは半径方向に整列されて四辺開口を規定するように離間し た壁を提供しており、該ヤーン周回部が該管の多孔域で該管の軸と各巻き方向に おいて約３０°から約７０°の範囲の角度をなして延長しており、該ファイバル ープと該ファイバセグメントが各開口に突入しており、該壁が該フィルタエレメ ントに排気力に対する安定性を与え、隣接ヤーン周回部のファイバループとファ イバエレメントがからみ合って各開口を伴うディーゼル排気微粒子のトラップを 提供しているようにした、斯、るディーゼル微粒子フィルタ。
2. ２．更に、複数本の該管を含んで構成され、該管群が同心状に配置され、該複数 管が該ケーシングを半径方向に実質的充満しており、そして該管群のその終端に おける交互の間隙を遮蔽し、該管群の各間隙が該ケーシングの該終端の１つで遮 蔽されるようにするための手段を設けた、請求項１に係るディーゼル微粒子フィ ルタ。
3. ３．更に、複数本の該管を含んで構成され、該管群が並置状に離間配置され、そ して該管群の各々が該ケーシングの１端で遮蔽されている、請求項１に係るディ ーゼル微粒子フィルタ。
4. ４．該ヤーンがプライ撚り加工された無機質ヤーンである、請求項１に係るディ ーゼル微粒子フィルタ。
5. ５．該多孔管域の該ヤーン周回部が各巻き方向において該管の軸に対して約３０ °から約６０°の角度で延長している、請求項１に係るディーゼル徴粒子フィル タ。
6. ６．該多孔管域の該ヤーン周回部が各巻き方向において該管の軸に対して約４５ °から約５５°の角度で延長している、請求項１に係るディーゼル微粒子フィル タ。
7. ７．単一の交差巻きサーキッドを含んで成る該四辺開口がダイヤモンド形状であ り、且つ均一サイズのものである、請求項４に係るディーゼル徴粒子フィルタ。
8. ８．該四辺開口の各々がその最寄りの対立コーナ間において約３ｍｍから約１０ ｍｍの範囲にある、請求項４に係るディーゼル微粒子フィルタ。
9. ９．該多孔管がその終端で多孔を配設されておらず、そして該非多孔域での該ヤ ーンの隣接の周回部の該コアが接近した状態に離間していて、排気流に対して実 質的に不透性の相対的に肉厚な端壁を提供するようになっている、請求項４に係 るディーゼル徴粒子フィルタ。
10. １０．該フィルタエレメントが上流域と下流域を有し、該ファイバループとファ イバセグメントの量が該下流域において該上流域よりも多く、該上流域は排気ガ スがこれを該下流域を通過する前に通過するように配位している、請求項４に係 るディーゼル微粒子フィルタ。
11. １１．該フィルタエレメントが上流域と下流域を有し、ヤーンが糸加工され、該 下流域を含んでいる該ヤーンが該上流域を含む該ヤーンより高度に糸加工されて いる、請求項４に係るディーゼル微粒子フィルタ。
12. １２．該ヤーンと該多孔管群の少くとも１本の間に無機質ファイバを含む少くと も１つの不織布マットが挿置されている、請求項１に係るディーゼル微粒子フィ ルタ。
13. １３．各フィルタエレメントが約５ｍｍから約２５ｍｍの範囲の環形肉厚を有し ている、請求項１に係るディーゼル微粒子フィルタ。
14. １４．該ケーシング、該多孔管及び該遮蔽手段がメタルを含んで構成されている 、請求項２に係るディーゼル微粒子フィルタ。
15. １５．該ケーシング、該多孔管及び該遮蔽手段がメタルを含んで構成されている 、請求項３に係るディーゼル微粒子フィルタ。
16. １６．該多孔の各々が均等に離間しており、該多孔管終端の各々が多孔を配設さ れていない、請求項１に係るディーゼル微粒子フィルタ。
17. １７．該多孔が該管の各々の全突出域の約４０％から約８０％の範囲を占めてい る、請求項１に係るディーゼル微粒子フィルタ。
18. １８．該多孔が該管の各々の全突出域の約４０％から約８０％の範囲を占めてい る、請求項２に係るディーゼル微粒子フィルタ。
19. １９．該多孔の各々が約１ｍｍから約２０ｍｍの範囲の直径を有している、請求 項１に係るディーゼル微粒子フィルタ。
20. ２０．該多孔の各々が約２ｍｍから約１０ｍｍの範囲の直径を有している、請求 項１に係るディーゼル微粒子フィルタ。
21. ２１．該フィルタエレメントが更に該管群の少くとも１本の周囲に実質的に螺旋 状に交差巻きされた熱逃散ヤーンを含んで構成されている、請求項１に係るディ ーゼル微粒子フィルタ。
22. ２２．該フィルタエレメントが該無機質ヤーンを被覆した酸化触媒を含んで構成 されている、請求項１に係るディーゼル微粒子フィルタ。