JP3130587B2

JP3130587B2 - 排気ガス浄化装置のハニカムフィルタ

Info

Publication number: JP3130587B2
Application number: JP03236573A
Authority: JP
Inventors: 幸二島戸; 淳伊藤
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1991-09-17
Filing date: 1991-09-17
Publication date: 2001-01-31
Anticipated expiration: 2016-01-31
Also published as: JPH0568828A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の排気ガスを浄
化する装置のハニカムフィルタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、多孔質焼結体によって製造される
排気ガス浄化装置用のハニカムフィルタが提案されてい
る。この種のハニカムフィルタでは、ガス流入側及び流
出側にそれぞれ開口するように複数のセルが形成されて
おり、排気ガスがセル間の内壁を通過する際に浄化され
る構造を有している。このようなセルは、例えば、断面
四角形状或いは断面正三角形状の中空部を有し、その中
空部の断面積はガス流入側及び流出側でほぼ同一に形成
されている。また、フィルタのガス流入側及び流出側の
開口率は共に３０〜４３％程度である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような従来のフィ
ルタでは、セル内壁に捕集された煤の量が一定量に達す
ると、煤が燃焼されフィルタは元の状態に再生される。
ところが、所要の濾過能力、即ちセル内壁の比表面積を
確保するためにフィルタ全体を大型化すると、煤の燃焼
時に、フィルタにクラックが生じる危険性が増加する。
つまり、フィルタを大型化した場合、燃焼時にフィルタ
の各部分間で温度差が生じ易く、それによってフィルタ
に働く応力が増大し、クラックが発生する確率が高くな
る。従って、クラックの発生を回避するためには、フィ
ルタを大型化することなく、所要の濾過能力を確保する
ことが要求される。

【０００４】例えば、実開昭５８−９２４０９号公報に
開示される従来の別のフィルタでは、ガス流入側のセル
の形状を断面六角形状にし、流出側のセルの形状を断面
三角形状にすることで、流入側の開口率が流出側の開口
率より大きくなるように設定され、これにより所要の濾
過能力を確保しつつ大型化を回避している。

【０００５】しかしながら、実開昭５８−９２４０９号
公報のハニカムフィルタでは、流入側のセルピッチが
１．０〜２．５mm程度と比較的小径であったため、ガス
がフィルタを通過する際の圧力損失を充分に小さくする
ことができない。このような理由から、前記フィルタは
実用的なものではなく、よって、圧力損失を低減するた
めの更なる改善が望まれていた。

【０００６】そこで、排気ガス流入側及び流出側の開口
率、並びに流入側のセルピッチの好適な組合せについ
て、本発明者らが種々の検討を行ったところ、ハニカム
フィルタの排気ガス流入側の開口率が６０〜７０％のと
き、流出側の開口率を２０〜３０％に設定し、前記流入
側にて開口する各セルのセルピッチを２．５〜５．０mm
に設定することで、圧力損失を従来よりも低減できるこ
とを知見し、その知見に基づいて本発明を完成させた。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明では、内
燃機関の排気側に連通するケーシング内に配置されると
共に、軸線方向に延びる複数のセルを有し、各セルは少
なくとも排気ガスの流入側及び排気ガスの流出側の何れ
か一方において開口され、かつ各セルの内壁によって内
燃機関の排気ガスを浄化するハニカムフィルタにおい
て、前記ハニカムフィルタは比表面積が１．７〜２．３
ｃｍ ² ／ｇの多孔質炭化珪素焼結体で形成され、ハニカ
ムフィルタの排気ガス流入側の開口率が６０〜７０％の
とき、流出側の開口率を２０〜３０％に設定し、前記流
入側にて開口する各セルのセルピッチを２．５〜５．０
mmに設定するようにしたものである。

【０００８】上記のような比表面積、ガス流入側及び流
出側の開口率、並びにセルピッチの設定範囲内であれ
ば、排気ガスがフィルタを通過する際の圧力損失が低
く、セル中に排気ガスを容易に導入することができる。
また、所定の濾過能力（セル内壁の比表面積）を確保し
た状態でフィルタ全体を従来の１／２以下の大きさにコ
ンパクトにすることができる。従って、クラックの発生
率が確実に低下して、長期にわたるフィルタの使用が可
能になり、システム全体のコンパクト化も達成し得る。

【０００９】前記フィルタにおいては、排気ガス流入側
の開口率が６０％未満の場合または流出側の開口率が２
０％未満の場合、流入時及び流出時におけるガスの通過
抵抗が大きくなる。また、セル内壁が厚くなるため、ガ
スが内壁を通過する際に圧力が低下してしまう。

【００１０】一方、排気ガス流入側の開口率が７０％を
越える場合または流出側の開口率が３０％を越える場合
には、フィルタ通過時における抵抗が小さくなる反面、
セル内壁の厚さが薄くなることで、フィルタの強度が低
下する。

【００１１】そして、流入側のセルのセルピッチが２．
５mm未満であると、圧力損失が大きくなり、実用性が低
下してしまう。また、セルピッチが５．０mmを越える
と、煤捕集率が悪化するため、やはり実用性の低下を招
く。

【００１２】前記流入側にて開口する各セルは内壁の厚
さが０．１５〜０．５mm、気孔径が１〜５０μｍである
ことが望ましい。前記内壁の厚さが０．１５mm未満であ
るとフィルタを製造することが非常に困難になり、０．
５mmを越えると所定の濾過面積をフィルタに確保するこ
とができず実用性に劣るものとなってしまう。更に、前
記気孔径が１μｍ未満であると圧力損失が増大し、５０
μｍを越えると煤捕集率が悪化する。

【００１３】また、前記排気ガス流入側にて開口する各
セルは断面六角形状の中空部を有すると共に、排気ガス
流出側にて開口する各セルは断面三角形状の中空部を有
することが望ましい。各セルの中空部を上記形状にする
理由は、各セルを効率的に配置してフィルタをより一層
コンパクトにでき、しかもフィルタに充分な強度を確保
することができるからである。

【００１４】更に、このようなフィルタでは、フィルタ
の比表面積が１．７〜２．３cm²/gの範囲であることが
好適である。フィルタの比表面積が１．７cm²/g 未満で
は、フィルタに所定の濾過能力を確保することができな
い。一方、２．３cm²/g を越えると、流入時における圧
力損失の低下及び濾過能力の向上が図れる反面、フィル
タ全体が大型化してクラックが発生し易くなる。

【００１５】

【実施例及び比較例】以下に本発明を具体化した実施例
について、図面を参照しながら詳しく説明する。

【００１６】図１に示すように、排気ガス浄化装置１は
金属パイプ製のケーシング２を備え、そのケーシング２
の通路２ａが内燃機関Ｅの排気管路Ｅａに接続されてい
る。このケーシング２内には内燃機関Ｅから放出される
排気ガスを浄化するためのハニカムフィルタ３が配設さ
れている。また、排気管路Ｅａ内には再生処理用のバー
ナー４が装着されている。

【００１７】図２から図４に示すように、ハニカムフィ
ルタ３は全体として円柱状（長さ１３０mm、直径１４０
mm）であり、例えば炭化珪素焼結体等の多孔質焼結体に
よってハニカム状に形成されている。このハニカムフィ
ルタ３の軸線方向には複数の中空部５ａ，５ｂが形成さ
れている。各中空部５ａ，５ｂの排気ガス流入側及び流
出側の何れかの端部には、多孔質焼結体からなる封止片
６が配置されている。この封止片６によって、流入側ま
たは流出側の何れかに開口するセル７ａ，７ｂが形成さ
れている。従って、流入側に開口するセル７ａ側に導入
された排気ガスは、各セル７ａ，７ｂ間に位置する内壁
８を介して、流出側に開口する隣接のセル７ｂ側に排出
される。この時、煤のみが流入側に開口するセル７ａの
内壁８面にトラップされることで、排気ガスの浄化が行
われる。

【００１８】次に、上記のようなハニカムフィルタ３に
おける再生処理について説明する。ハニカムフィルタ３
に所定量の煤がトラップされると、バーナー４に点火さ
れ、ハニカムフィルタ３の加熱が開始される。そして、
ハニカムフィルタ３内の煤が燃焼され、フィルタ３が元
の状態に再生される。

【００１９】ここで、本実施例のハニカムフィルタ３の
構造について図２及び図３に基づいて詳細に説明する。
図２に示すように、前記排気ガス流入側にて開口する各
セル７ａの中空部５ａは、一辺が約１．７mmの断面正六
角形状に形成され、排気ガス流入側の開口率（（中空部
総断面積／フィルタ断面積）ｘ１００(%) ）は６８％で
ある。一方、図３に示すように、排気ガス流出側にて開
口する各セル７ｂの中空部５ｂは、一辺が約１．４５mm
の断面正三角形状に形成され、流出側の開口率は３０％
である。従って、排気ガス流入側の開口率は流出側の開
口率よりも大きく、この時のフィルタの比表面積、即
ち、単位重量当たりの内壁８の総面積は約２．０cm²/g
である。

【００２０】また、本実施例のハニカムフィルタ３では
流入側にて開口する各セル７ａのセルピッチが３mmに設
定されている。そして、セル７ａ，７ｂ間の内壁８の厚
さが０．２mmに、かつその気孔径が１５μｍに設定され
ている。

【００２１】以上のように形成されたハニカムフィルタ
３をディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置１に用い
て、１０ｇの煤を捕集した後に前述の再生処理を繰り返
し行った。また、煤の捕集前後における圧力損失（mma
q）を測定した。更に、本実施例のフィルタ３と同材
料、同形状及び同サイズ（１３０mmｘ１４０mm）であっ
て、流入側のセル７ａのセルピッチが２．４mm、５．１
mmのフィルタをそれぞれ製造し、比較例１及び比較例２
とした。これらについて比較検討した結果を表１に示
す。

【００２２】

【表１】

【００２３】上記の表１から明らかなように、実施例及
び比較例１，２のハニカムフィルタにおいて、煤捕集前
の圧力損失との差は、それぞれ５０mmaq，１１０mmaq，
１３０mmaqであり、実施例では比較例１，２のような大
きな排気ガス圧力の低下は見られなかった。

【００２４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の排気ガス
浄化装置のハニカムフィルタによれば、圧力損失の増大
を招くことなしに、所要の濾過能力を確保しつつフィル
タ全体を小型化することができる。よって、クラックの
発生率が少なくなり、長期にわたって使用することがで
きるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を具体化した一実施例におけるハニ
カムフィルタの装着状態を示す部分正断面図である。

【図２】図１のハニカムフィルタの拡大左側面図であ
る。

【図３】図１のハニカムフィルタの拡大右側面図であ
る。

【図４】図２のハニカムフィルタのＡ−Ａ線における
側面図である。

【符号の説明】

１排気ガス浄化装置、２ケーシング、３ハニカム
フィルタ、５ａ，５ｂ中空部、７ａ，７ｂセル、８
内壁、Ｅ内燃機関。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01D 46/00 302 B01J 35/04 301 F01N 3/02 301

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関（Ｅ）の排気側に連通するケー
シング（２）内に配置されると共に、軸線方向に延びる
複数のセル（７ａ，７ｂ）を有し、各セル（７ａ，７
ｂ）は少なくとも排気ガスの流入側及び排気ガスの流出
側の何れか一方において開口され、かつ各セル（７ａ，
７ｂ）の内壁（８）によって内燃機関（Ｅ）の排気ガス
を浄化するハニカムフィルタ（３）において、前記ハニカムフィルタ（３）は比表面積が１．７〜２．
３ｃｍ ² ／ｇの多孔質炭化珪素焼結体で形成され、ハニ
カムフィルタ（３）の排気ガス流入側の開口率が６０〜
７０％のとき、流出側の開口率を２０〜３０％に設定
し、前記流入側にて開口する各セル（７ａ）のセルピッ
チを２．５〜５．０mmに設定したことを特徴とする排気
ガス浄化装置のハニカムフィルタ。
【請求項２】前記流入側にて開口する各セル（７ａ）
は内壁（８）の厚さが０．１５〜０．５mm、気孔径が１
〜５０μｍであることを特徴とする請求項１記載の排気
ガス浄化装置のハニカムフィルタ。
【請求項３】前記排気ガス流入側にて開口する各セル
（７ａ）は断面六角形状の中空部（５ａ）を有すると共
に、排気ガス流出側にて開口する各セル（７ｂ）は断面
三角形状の中空部（５ｂ）を有することを特徴とする請
求項１または２記載の排気ガス浄化装置のハニカムフィ
ルタ。