JPH07204431A - ディーゼルエンジン排ガス用フィルター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、フィルターの再生時にススの捕集
量の少ない領域から、高捕集領域まで安定して、ススを
燃焼させることができるとともに、ススを着火させる電
気ヒーターの消費電力を著しく低減化させることがで
き、更に機械的強度に優れフィルターケースへの装着作
業の作業性を向上させることができるディーゼルエンジ
ン排ガス用フィルターの提供を目的とする。 【構成】 本発明のディーゼルエンジン排ガス用フィル
ターは、ディーゼルエンジンの排ガスの流入方向に対し
て平行に合成された熱伝導率が０．０４〜０．１９kcal
／mh℃からなる流入側フィルター２と、熱伝導率０．１
９５〜０．５０kcal／mh℃からなる流出側フィルター３
と、を備え、かつ流入側フィルターの軸方向に対する長
さをＬ₁、流出側フィルターの軸方向に対する長さをＬ₂
とすると、Ｌ₁／Ｌ₂＝５／９５〜４５／５５である構成
を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼルエンジン等
の燃焼機関から排出される排気ガス中に含まれる粒子状
物質（以下ススという）を捕集するディーゼルエンジン
排ガス用フィルターに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ディーゼルエンジンから排出され
るススを捕集し、捕集したススを、電気ヒーター等の熱
源によってススを燃焼させて、フィルターの再生を図
り、ディーゼルエンジンから大気へ排出されるススの低
減化を目的としたディーゼルエンジン排ガス用フィルタ
ーが種々開発されている。

【０００３】例えば、特公昭６３−１２６５８号公報に
は、コージェライト原料を可燃物と混ぜ合わせて、押出
成形機によって成形後、焼成を行って、多孔質構造とし
たハニカム形状のセラミックモノリスフィルターが開示
されている。又、特開昭６１−１９２３１９号公報に
は、ディーゼルパーティキュレートトラップ及び無機繊
維を用いたハニカム構造体の製造方法が開示されてい
る。特にハニカム構造体の繊維質ハニカムセラミックフ
ィルターが、ススの捕集効率が９０％以上と高く、フィ
ルターによる排ガスの圧力損失が少ないことからディー
ゼルエンジンの排ガス用フィルターとして有望視されて
いる。

【０００４】以下に従来のディーゼルエンジン排ガス用
フィルターについて、図面を参照しながら説明する。

【０００５】図４は従来のディーゼルエンジン排ガス用
フィルターの斜視図であり、図５はそのＢ−Ｂ線断面図
である。５０は押出成形法やコルゲート成形法で得られ
た単一のハニカム構造体からなるディーゼルエンジン排
ガス用フィルター、５１はハニカム構造体のセル、５
２，５３はハニカム構造体の各セルのガス流入側と流出
側の端部を各々１０mm前後で閉塞するセラミックセメン
トのような気孔率の小さい材料からなる流入側，流出側
のプラグ材である。

【０００６】以上のように構成された従来のディーゼル
エンジン排ガス用フィルター５０について、以下その動
作を説明する。ディーゼルエンジン排ガス用フィルター
５０は、流入側，流出側のプラグ材５２，５３によっ
て、セル５１は入口，出口の排気ガス通路に分割されて
いるので、排ガス中に含まれているススはセル壁を通過
するときに全量捕集される。徐々にフィルター内にスス
が堆積してくると排ガスの圧力損失が大きくなり、エン
ジンの性能低下を誘因する。そこで、エンジン性能を良
好に保つために一定量のススが堆積した時点で、フィル
ターの前端部の位置に設けられた電気ヒーター（図示せ
ず）にて着火し、堆積したススを燃焼させフィルターを
再生させてフィルター機能を維持させる方法がとられて
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の特公昭６３−１２６５８号公報に開示された押出成形
法によって製造したフィルターは成形時の高圧力押出に
よって高密度に製作されるために熱伝導率が高く、フィ
ルターをススの燃焼温度迄加熱するには、多大な電力量
を必要としディーゼルエンジン車におけるバッテリー等
への負担が極めて大きく、更に高密度なため気孔率が小
さいことから排ガスの圧力損失が大きくエンジンに負担
をかけるという問題点を有していた。また、コルゲート
成形工法で得られる無機繊維質フィルターは、熱伝導率
が低いためフィルターをススの燃焼温度まで加熱するに
は小さな電力ですみ、バッテリーへの負担が小さいフィ
ルターであるが、反面、密度が小さいためにフィルター
の機械的強度や耐熱衝撃性に欠けるという問題点を有し
ていた。

【０００８】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、フィルターの再生時にススの捕集量の少ない領域か
ら、高捕集領域まで安定して、ススを燃焼させることが
できるとともに、ススを着火させるために使用する電気
ヒーターの消費電力を著しく低減化させることができ、
更に機械的強度に優れフィルターケースへの装着作業の
作業性を向上させることができるディーゼルエンジン排
ガス用フィルターを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のディーゼルエンジン排ガス用フィルターは次
の構成を有している。すなわち、請求項１に記載のディ
ーゼルエンジン排ガス用フィルターは、ディーゼルエン
ジンの排ガスの流入方向に対して平行に合成された熱伝
導率の低いセラミックスからなる流入側フィルターと、
熱伝導率の高いセラミックスからなる流出側フィルター
と、を備えた構成を有しており、請求項２に記載のディ
ーゼルエンジン排ガス用フィルターは、請求項１におい
て、前記流入側フィルターの熱伝導率が０．０４〜０．
１９kcal／mh℃及び／又は前記流出側フィルターの熱伝
導率が０．１９５〜０．５０kcal／mh℃である構成を有
しており、請求項３に記載のディーゼルエンジン排ガス
用フィルターは、請求項１又は２の内いずれか１つにお
いて、前記流入側フィルターの軸方向に対する長さをＬ
₁、前記流出側フィルターの軸方向に対する長さをＬ₂と
すると、Ｌ₁／Ｌ₂＝５／９５〜４５／５５である構成を
有している。

【００１０】ここで、フィルターとしては押出成形機で
筒形ハニカム状に成形・焼成したものや波板状シートと
平板状シートを積層したもの、または、抄造法により抄
造したシートをコルゲート成形加工機で波形状シートと
平板状シートの積層体を成形し、これを段積して積層し
た積層ハニカム成形体又は、これをロール状に巻装した
ロール状ハニカム成形体等を焼成したフィルターが好適
に用いられる。

【００１１】流入側のフィルターの熱伝導率は０．０４
〜０．１９kcal／mh℃好ましくは０．０８〜０．１５kc
al／mh℃のものが用いられる。熱伝導率が０．８kcal／
mh℃よりも小さくなるにつれ、フィルターの機械的強度
が低下する傾向が認められ、又、０．１５kcal／mh℃よ
りも大きくなるにつれ、ススの着火性能が低下する傾向
が認められるので、いずれも好ましくない。流出側のフ
ィルターの熱伝導率は０．１９５〜０．５０kcal／mh
℃、好ましくは０．２０〜０．３５kcal／mh℃のものが
用いられる。熱伝導率が０．２０kcal／mh℃よりも小さ
くなるにつれ、フィルターにクラック等の発生する傾向
が認められ、又、０．３５kcal／mh℃よりも大きくなる
につれ、ススの着火性能が低下する傾向が認められるの
で、いずれも好ましくない。

【００１２】流入側フィルター及び流出側フィルターの
軸方向の長さをＬ₁，Ｌ₂とすると、Ｌ₁／Ｌ₂＝５／９５
〜４５／６５好ましくはＬ₁／Ｌ₂＝１／９〜３／７に調
整されるのが好ましい。Ｌ₁／Ｌ₂が１／９よりも小さく
なるにつれ、ススの着火性能が低下する傾向が認めら
れ、又、Ｌ₁／Ｌ₂が３／７よりも大きくなるにつれ、フ
ィルターにクラック等の発生する傾向が認められるの
で、いずれも好ましくない。

【００１３】各フィルターの熱伝導率の調整は、焼成温
度のコントロール及び気孔率の分布や成形体の密度に軽
重を持たせることにより行われる。

【００１４】

【作用】この構成によって、流入側フィルターの熱伝導
率が低く、高密度に形成されているため着火した熱を系
外に逃がすことなく各セル内に堆積したススに伝播する
ので短時間にススに着火できる。流出側フィルターの熱
伝導率が高く、かつ流入側よりもセルが長いので、燃焼
熱を短時間に系全体に拡散でき、系内の熱勾配が小さ
く、従って熱歪の発生を防ぐことができるのでクラック
等の発生を防止できる。また、ススへの着火性能に優れ
ているので、着火時のヒーター電力の消費を軽減化する
ことができ、バッテリー等への負担を軽減化できる。

【００１５】

【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。

【００１６】（実施例１，比較例１，２）図１は本発明
の一実施例におけるディーゼルエンジン排ガス用フィル
ターの斜視図であり、図２は図１のＡ−Ａ線の断面端面
図である。１はロール状セラミックハニカムからなるデ
ィーゼルエンジン排ガス用フィルター、２は熱伝導率が
低く形成された流入側フィルター、３は流入側フィルタ
ー２よりも熱伝導率が高くなるように形成された流出側
フィルター、４は流入側フィルター２と流出側フィルタ
ー３の接合面、５は流入側フィルター２のハニカムのセ
ル、６は流入側フィルター２の端面のセル５に交互に入
口から数mm充填された流入側プラグ材、７は流出側フィ
ルター３のハニカムのセル、８は流出側フィルター３の
端面のセル７に交互に入口から数mm充填された流出側プ
ラグ材、Ｌ₁は流入側フィルター２の全長、Ｌ₂は流出側
フィルター３の全長である。尚、流入側フィルター２と
流出側フィルター３の各セル５，７は連通するように接
合され、かつ流入側及び流出側プラグ材６，８も流入側
と流出側で交互になるようにプラグ材１４は位置調整さ
れている。

【００１７】以上のように構成された本実施例のディー
ゼルエンジン排ガス用フィルター１について、以下その
製造方法を説明する。

【００１８】図３はロール状セラミックハニカム成形体
を製造するコルゲート成形加工工程の要部斜視図であ
る。２０mm以下に裁断した耐熱無機質繊維としてＡｌ₂
Ｏ₃−ＳｉＯ₂繊維を４９重量部と、セリサイト粘土原料
粉末５１重量部に対して、水１１０００重量部に前記原
料を分散させ、この混合分散液にパルプ及びポリ酢酸ビ
ニル等の有機バインダーを添加した後、ポリアクリルア
ミド等の凝集剤で凝集させ、長網式抄紙機で抄造してセ
ラミックシートを作製した。得られたセラミックシート
を図３のハニカム構造フィルター製造装置を用いてコル
ゲート成形加工を行った。９，１０はセラミックシート
で、シートの幅以上あるコルゲート大ギヤ１１，コルゲ
ート小ギヤ１２でセラミックシート９をコルゲート状
（波状）に加工する。コルゲート状に加工されたセラミ
ックシート９は、コルゲート大ギヤ１１に抱かれたまま
糊ローラー１３によって、そのギヤ形状に加工されたセ
ラミックシート９の裏側頂部にセラミック粉末を混入し
た接着材がローラー転写法によって塗布される。一方、
セラミックシート１０はギヤ形状に加工されたセラミッ
クシート９と張り合わせられる前に、流入ガスのストッ
パーとしてのプラグ材１４が形成される。プラグの形成
法として搬送されてきたセラミックシート１０へプラグ
ノズル１５からセラミックシート１０上面にセラミック
粉末を混入した流動性のプラグ材１４でセルを閉塞する
ように塗着させた。

【００１９】コルゲート大ギヤ１１によってギヤ加工さ
れたセラミックシート９と、上面にプラグ材１４が塗着
されたセラミックシート１０は、圧着ローラー１６，圧
着ベルト１７により接合されてコルゲートペア１８とな
る。

【００２０】コルゲートペア１８は、糊ローラー１９に
よってコルゲートペア１８の頂部にセラミック粉末を混
入した接着材が塗布され積層成形機（図示せず）によっ
てφ１４０×４０mmのフィルター成形体２０を得る。

【００２１】その後、繊維質のフィルター成形体２０
は、乾燥機にて乾燥した後、電気炉にて１４００〜１５
００℃の温度にて２時間保持して焼成を行い耐熱無機繊
維とセラミック粉末を一体化して、熱伝導率０．１０kc
al／mh℃の繊維質の排ガス用フィルターを得た。

【００２２】又、上記製造方法で、セル他端側を閉塞す
るようにプラグ材２１をプラグノズル２２からコルゲー
トペア１８の端部側を閉塞するように塗着して、同様の
方法でφ１４０×１５０mmのフィルター成形体２０にな
るように積層成形を行い、電気炉にて１４００〜１５０
０℃の温度にて２時間保持して焼成を行って耐熱無機繊
維とセラミック粉末を一定化して、熱伝導率０．１０kc
al／mh℃の繊維質の排ガス用フィルターを得た。

【００２３】次に、タルク，カオリン，アルミナをそれ
ぞれコージェライト組成になるように配合してボールミ
ルで湿式混合を行い、焼成時の収縮率バラツキ及び反応
の均一化のために温度１１００〜１２００℃で仮焼成を
行った。その後、仮焼成した粉末をボールミルにて混合
・粉砕を行い粒子径２μｍにそろえて乾燥を行い、コー
ジェライト粉末とした。このコージェライト粉末に焼成
後に多孔質化するためカーボン等の可燃物を添加して、
混練機にて混練をおこなった。

【００２４】充分に混練された前記混合物を、押出成形
機にて押出圧力３００kg／cm²にてφ１４０×１１０mm
のフィルター成形体になるようにハニカム形状の押出成
形を行い、マイクロ波乾燥機で乾燥を行い、温度１４０
０℃で４時間焼成してハニカム構造体を得た。

【００２５】この構造体の片端面にガスを止めるプラグ
剤をセルへ交互に充填してフィルター構造を形成した。
尚、このコージェライト質の排ガス用フィルターと無機
繊維質の排ガス用フィルターのセルピッチ及びプラグの
位置とが合致するように金型設計を行い、熱伝導率０．
２５kcal／mh℃のフィルターを得た。

【００２６】又、同様な製造方法でφ１４０×１５０mm
のフィルター成形体になるように、押出成形後、焼成を
行い、ハニカム構造体を得た。この構造体の両端部にガ
スを止めるプラグ材１４，２１を市松模様になるように
充填して、熱伝導率０．２５kcal／mh℃のコージェライ
ト質の排ガス用フィルターを得た。

【００２７】このようにして得られた、無機繊維質の排
ガス用フィルター、押出成形のコージェライト質の排ガ
ス用フィルターを用い、図１，図２に示す本発明の実施
例のディーゼルエンジン排ガス用フィルター及び比較例
として図４，図５に示す従来のディーゼルエンジン排ガ
ス用フィルター５０を作製した。

【００２８】尚、実施例のディーゼルエンジン排ガス用
フィルター１は、排ガスの流入側に熱伝導率の低い
（０．１０kcal／mh℃）フィルターを、流出側には熱伝
導率の高い（０．２５kcal／mh℃）フィルターを嵌合し
て一つのフィルターになるように合成したフィルター
で、熱伝導率の小さい流入側フィルターの長さが合成し
たフィルターの全長Ｌに対して、０．２７Ｌに調整した
フィルター（Ｌ₁／Ｌ₂＝２７／７３）を用いた。又、合
成したフィルターはセルがそれぞれ合致するように位置
合わせを行うとともに、エンジンから排出される排気ガ
スがプラグで捕集、及びセル壁を通過したクリーンなガ
スが排出されるようにプラグの位置も合わせて調整を行
った。実施例，比較例のディーゼルエンジン排ガス用フ
ィルターについてススの捕集・燃焼及び再生実験を行っ
た。

【００２９】実験は、３４００ｃｃのディーゼルエンジ
ンの排気管に、捕集したススが燃焼再生できるようにし
たフィルターと電気ヒーターをケースに組み込んだ燃焼
器を取りつけて、エンジン回転数１２００ｒｐｍ，トル
ク２０kg・ｍの条件でエンジンを運転し、それぞれのフ
ィルターに同一量のススが捕集できるようにエンジンの
運転時間を設定した。捕集したススは、ディーゼルエン
ジン排ガス用フィルターの前面に取りつけてある電気ヒ
ーターにてススの燃焼及び該フィルターの再生を行っ
た。その結果を（表１）に示した。

【００３０】

【表１】

【００３１】この（表１）の結果から明らかなように、
本実施例のディーゼルエンジン排ガス用フィルター１
は、ススの捕集量が３ｇ／リッターと少ない領域から燃
焼が行えるとともに、スス捕集量が９ｇ／リッターと多
い量で燃焼を行っても流入側、流出側のいずれのフィル
ターにも燃焼熱等によるクラックの発生が認められず信
頼性の高いディーゼルエンジン排ガス用フィルターが得
られることがわかった。又、短時間で着火できるために
ヒーター通電時間が短縮でき、電力が少なくてすみ、バ
ッテリー等への負担が極めて少ないこともわかった。一
方、比較例の熱伝導率の低い無機繊維質からなるディー
ゼルエンジン排ガス用フィルターはススの捕集量が３ｇ
／リッターと少なくても短時間で着火燃焼することがわ
かった。又、スス捕集量を９ｇ／リッターと大きくする
とススの異常燃焼で、フィルターは内部が高温になり局
部的に温度勾配が大きく、該フィルターにクラック等が
発生することがわかった。他の比較例である熱伝導率の
高いディーゼルエンジン排ガス用フィルターは、ススの
捕集量が３〜６ｇ／リッターでは、ススに着火せず再生
機能を発揮せず、再生に多大の電気エネルギーを要する
ことがわかった。反面、ススの量を９ｇ／リッターと大
きく捕集した場合はヒーター通電時間を長くするとスス
に着火してフィルターに捕集されたススを完全に燃焼す
ることができた。又、燃焼してもクラック等の発生が認
められなかった。これは該フィルター内部で異常燃焼し
ても熱伝導率が大きいために熱が分散して局部的な熱の
集中が起こりにくく、結果的にクラック等が発生しない
ものと思われる。

【００３２】（実施例２〜１３，比較例３〜１０）排ガ
スの流入側のフィルターと流出側のフィルターについ
て、それぞれのフィルターの熱伝導率を変化させて、ス
スを捕集・燃焼及び該フィルターの再生試験を行い燃焼
の状況，外観状況について検討を行った。その結果を
（表２）に示す。

【００３３】

【表２】

【００３４】この（表２）から明らかなように、本実施
例の流入側，流出側のフィルターの熱伝導率が各々０．
０４〜０．１９kcal／mh℃，０．１９５〜０．５０kcal
／mh℃のフィルターを用いることによって、燃焼も完全
に行われ各フィルター内部にススの残留がなく安定した
再生が行われるとともに、燃焼熱による各フィルターの
クラックの発生がないことがわかった。反対に、比較例
は、熱伝導の影響からススの燃焼熱の伝わりかたが不均
一になって、一部未燃焼部分が発生したり、ススの燃焼
時の熱が局部的に発生して、該フィルターの一部にクラ
ック等の発生が認められた。

【００３５】（実施例１４〜１６，比較例１１，１２）
次に、熱伝導率の異なる二つのフィルターから合成して
なる本実施例のディーゼルエンジン排ガス用フィルター
の全長Ｌと、流入側を形成する小熱伝導率部のフィルタ
ー長の組合せによるディーゼルエンジン排ガス用フィル
ターへの影響を詳細に検討した。尚、流入側のフィルタ
ーの熱伝導率は０．１０kcal／mh℃、流出側のフィルタ
ーの熱伝導率は、０．２５kcal／mh℃のフィルターを用
いて、ススの捕集・燃焼及びディーゼルエンジン排ガス
用フィルターの再生試験を行った。その結果を（表３）
に示す。

【００３６】

【表３】

【００３７】この（表３）の結果から明らかなように、
本実施例では、ススの捕集・燃焼及び該フィルターの再
生が安定して行われ、各フィルター内にススの残留がな
く、また、各フィルターにクラック等が発生しないこと
がわかった。反対に比較例は、ススの燃焼熱が該フィル
ターの後方部に伝わらなく後方部が未燃焼になったり、
あるいはススの燃焼が局部的に発生して該フィルターに
クラック等が発生し、ディーゼルエンジン排ガス用フィ
ルターとしての機能を満足することができないことがわ
かった。

【００３８】又、実施例のディーゼルエンジン排ガス用
フィルターをフィルターケースに充填する実験を行った
ところ機械的応力によるフィルターのワレ，クラック等
の発生が認められなかった。

【００３９】尚、本実施例では排ガスの流入側に電気ヒ
ーターを設けて燃焼させるフィルターについて述べた
が、排ガスの流入方向とは逆の方向からススを着火させ
る方式でも電気ヒーター側に熱伝導率の低いフィルター
を配置することで同様の効果が得られた。

【００４０】

【発明の効果】以上のように本発明は、熱伝導率の異な
るフィルターを２種類、排気ガスの流入方向に対して平
行に合成しているので、捕集した微粒子を着火する流入
側フィルターの熱伝導率が０．０４〜０．１９kcal／mh
℃、流出側フィルターの熱伝導率が０．１９５〜０．５
０kcal／mh℃の範囲内で一つのディーゼルエンジン排ガ
ス用フィルターを形成しているので、ススの捕集量が少
ない領域から捕集量の高い領域迄安定して燃焼再生がで
きるものであり、同時にススの着火時間も従来のディー
ゼルエンジン排ガス用フィルターに比べ短時間で着火す
ることが出来、ヒーター等の電力が少なくバッテリー等
への負担を軽減化させることができる。又、高密度部の
全体でしめる割合が大きいため、フィルター強度が高く
ケース等へのフィルターを実装する時の作業性に優れた
ディーゼルエンジン排ガス用フィルターを実現できるも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるディーゼルエンジン
排ガス用フィルターの斜視図

【図２】図１のＡ−Ａ線の断面端面図

【図３】ロール状セラミックハニカム成形体を製造する
コルゲート成形加工工程の要部斜視図

【図４】従来のディーゼルエンジン排ガス用フィルター
の斜視図

【図５】図４のＢ−Ｂ線断面図

【符号の説明】

１，５０ ディーゼルエンジン排ガス用フィルター ２ 流入側フィルター ３ 流出側フィルター ４ 接合面 ５，７，５１ セル ６，５２ 流入側プラグ材 ８，５３ 流出側プラグ材 ９，１０ セラミックシート １１ コルゲート大ギヤ １２ コルゲート小ギヤ １３，１９ 糊ローラー １４，２１ プラグ材 １５，２２ プラグノズル １６ 圧着ローラー １７ 圧着ベルト １８ コルゲートペア ２０ フィルター成形体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松枝 聖 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 渡辺 浩一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 池田 幸則 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ディーゼルエンジンの排ガスの流入方向に
   対して平行に合成された、熱伝導率の低いセラミックス
   からなる流入側フィルターと、熱伝導率の高いセラミッ
   クスからなる流出側フィルターと、を備えたことを特徴
   とするディーゼルエンジン排ガス用フィルター。
2. 【請求項２】前記流入側フィルターの熱伝導率が０．０
   ４〜０．１９kcal／mh℃及び／又は前記流出側フィルタ
   ーの熱伝導率が０．１９５〜０．５０kcal／mh℃である
   ことを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジン
   排ガス用フィルター。
3. 【請求項３】前記流入側フィルターの軸方向に対する長
   さをＬ₁、前記流出側フィルターの軸方向に対する長さ
   をＬ₂とすると、Ｌ₁／Ｌ₂＝５／９５〜４５／５５であ
   ることを特徴とする請求項１又は２の内いずれか１に記
   載のディーゼルエンジン排ガス用フィルター。