JP3555382B2 - 排ガスフィルターとその製造方法及びこの排ガスフィルターを備えたディーゼルエンジン - Google Patents

排ガスフィルターとその製造方法及びこの排ガスフィルターを備えたディーゼルエンジン Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンを搭載したバスやトラック及びフォークリフト等の排気ガスに含まれる黒煙を除去するのに好適な排ガスフィルターとその製造方法及びこの排ガスフィルターを備えたディーゼルエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大都市圏におけるＮＯｘや浮遊粒子状物質（以下、微粒子とする）による大気汚染が一段と進み、大きな社会問題となっている。このうち、大気中に浮遊する微粒子については、ディーゼルエンジンから排出される黒煙が微粒子全体の３０〜４０％を占めると言われており、しかもその中にはベンズピレンなどにみられるように、多環芳香族炭化水素等の変異原性や発癌性のある成分が含まれている。
【０００３】
そこで、この黒煙対策のうち最も効果が期待されるものとして、排気系中で微粒子を捕集した後に自己再生を行う排ガス浄化装置がある。この排ガス浄化装置は排気系中に設けられるもので、主に排ガス中の黒煙を捕獲する排ガスフィルターと、捕獲された黒煙を燃焼除去させる再生装置から成っている。そして、この再生装置における再生方法には、例えば電気ヒータ方式、バーナ方式、熱風方式、逆洗方式等があるが、いずれのにも一長一短がある。
【０００４】
従来、この種の排ガスフィルターの主流となっていたのは、たとえば米国特許第４３６４７６１号明細書に開示されているようなセラミックモノリシック壁流型微粒子用フィルター（以下、「セラミックモノリシック型フィルター」と記す）であった。
【０００５】
図３は従来のセラミックモノリシック型フィルターの側断面図であり、同図において、１１はハニカムセラミックスで構成された円柱状の本体であり、この本体１１には軸方向に多数のセル１２，１３が設けられている。１４は充填剤であり、この充填剤１４はセル１２，１３の排ガス入口側１５か出口側１６のいずれか一方を交互に閉塞するものとして組み込まれている。
【０００６】
このような構成の排ガスフィルターでは、黒煙を含む排ガスは出口側１６が閉塞されているセル１３に流入した後には、多孔質隔壁１７を通過して隣接する入口側１５が閉塞されているセル１２の中に押しやられる。このとき、黒煙は多孔質隔壁１７を通過することによって濾過され、したがって黒煙は多孔質隔壁１７に捕集される。そして、この捕集された黒煙の量が多くなると、多孔質隔壁１７が黒煙によって詰まり、ディーゼルエンジンの排気装置の背圧が増加する。このため、捕集された黒煙量が一定量を越えたときに黒煙を除去するようにし、背圧増加によるエンジンの負荷増加を抑える必要があった。
【０００７】
一方、黒煙中の微粒子は、固定炭素成分と有機溶剤に溶解可能な可溶性有機成分を含むものであり、これらの成分はどちらも可燃性で、エンジンの種類や負荷条件によって若干の温度差はあるが、約６５０℃以上の温度に加熱すればこれらの固定炭素成分及び可溶性有機成分は燃焼してしまう。そこで、このような可燃性を利用することで、従来では電気ヒータ、バーナ、熱風等の加熱手段を用いてこれらの黒煙を燃焼させることによって、多孔質隔壁１７を再生する方法が試みられている。
【０００８】
また、従来の排ガスフィルターは、この再生燃焼時の温度勾配により発生する熱応力を小さくするために、代表的な低熱膨張セラミックであるコージェライトを素材とするものである。たとえば、特開昭６２−２２５２４９号公報には、主成分の化学組成が重量基準でＳｉＯ２：４２〜５６％、Ａｌ２Ｏ３：３０〜４５％、ＭｇＯ：１２〜１６％で結晶相の主成分がコージェライトから成るハニカム構造を有し、気孔率が３０％以下で、ハニカム構造の軸方向の４０〜８００℃の間の熱膨張係数が０．８×１０−６以下、層方向の４０〜８００℃の間の熱膨張係数が１．０×１０−６以下としたコージェライトハニカム構造触媒坦体が開示されている。また、特開平２−５２０１５号公報には、主成分の化学組成がＳｉＯ２：４２〜５６重量％、Ａｌ２Ｏ３：３０〜４５重量％、ＭｇＯ：１２〜１６重量％で結晶相の主成分がコージェライトから成る多孔質ハニカムフィルターであって、気孔率が４０％以上５５％以下で、直径２μｍ以下の細孔容積が０．０１５ｃｃ／ｇ以下とした多孔質のセラミックハニカムフィルターが開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ディーゼルエンジンの排気系に装着された排ガスフィルターは、既に述べたように、排出される黒煙を捕集した後にはディーゼルエンジン排気装置の背圧増加を抑えるため、再生燃焼が行われる。この再生燃焼のときには、フィルター自身に発生する熱応力が作用しても、排ガスフィルターの表面や内部に亀裂等が生じることがなく、また異常燃焼による昇温によっても排ガスフィルターに溶損等が発生しないことが要求される。
【００１０】
しかしながら、先のいずれの従来例においても、排ガスフィルターの再生燃焼中に発生する急激な昇温とより高い燃焼温度によって、再生燃焼後の排ガスフィルターに亀裂と溶損とが同時に発生していた。
【００１１】
例えば、本発明者等は、コージェライトを主成分とする従来の排ガスフィルターをディーゼルエンジンの排気系に装着し、排出される黒煙を排ガスフィルターの単位体積（１リットル）当たり１５ｇ捕集した後、電気ヒータ方式により再生を実施して実際に試験を行った。この試験の際に昇温曲線を熱電対により測定したところ、排ガスフィルターの再生燃焼にともなう特定の位置の昇温速度は５０℃／ｍｉｎに達し、また燃焼温度は１４００℃に達した。そして、再生燃焼した排ガスフィルター２１をエンジンの排気系より取り外し解析したところ、図４の外観斜視図に示すように表面部分には亀裂２２が発生し、また内部には部分的に溶損が発生しているのが確認された。
【００１２】
さらに、化学組成がＳｉＯ２：４２〜５６重量％、Ａｌ２Ｏ３：３０〜４５重量％、ＭｇＯ：１２〜１６重量％で結晶相の主成分がコージェライトから成る排ガスフィルターを、ディーゼルエンジンの排気系に装着して所定の条件下で５時間運転した後、捕集された黒煙を再生燃焼するサイクル試験を繰り返したところ、２回目の運転中に黒煙が排気口から発生した。そこで、排ガスフィルターをエンジンの排気系より取り外し観察したところ、その表面部分に大きな亀裂が発生していた。
【００１３】
一方、従来の排ガスフィルターの嵩比重ｄは０．４５ｇ／ｃｍ３程度である。そして、先の試験で使用した排ガスフィルターの本体を形成しているセラミックを瑪瑙乳鉢で解砕し粉末状にして、その比熱ｈを測定したところ０．２０４ｃａｌ／ｇ℃程度であり、嵩比重と比熱の積ｄ・ｈを計算すると０．０９２ｃａｌ／ｃｍ３℃程度と比較的に小さい値となった。
【００１４】
したがって、コージェライトを主成分とする従来の排ガスフィルターは、嵩比重ｄと比熱ｈの積ｄ・ｈすなわち単位体積当たりの比熱が比較的小さいために、黒煙を捕集した後の再生燃焼中に急激な温度上昇を招き、より高い燃焼温度に達しやすい傾向にあるといえる。このことから、再生燃焼過程における急激な温度上昇と高い燃焼温度に起因して、亀裂や溶損が発生するものと推察される。
【００１５】
そこで、本発明は、排ガスフィルターの再生燃焼中に急激な昇温がなく、燃焼温度が比較的低くすることによって、表面や内部に亀裂や溶損が発生しない耐久性に優れた排ガスフィルター及びその製造方法を提供し、更には得られた排ガスフィルターを適用することで黒煙を排出させないディーゼルエンジンを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明は、排ガスフィルターの本体を構成するセラミック粉末の比熱ｈ（ｃａｌ／ｇ℃）と排ガスフィルターの嵩比重ｄ（ｇ／ｃｍ３）との関係が０．１２≦ｄ・ｈ≦０．１９（ｃａｌ／ｃｍ３℃）となるように構成し、また排ガスフィルターに捕集された微粒子を燃焼除去する温度が本体を構成するセラミックの融点の７０％以下の温度になるように構成したものである。これにより、排ガスフィルターの再生燃焼中に急激な昇温がなく、表面や内部に亀裂や溶損が発生しない排ガスフィルターが得られる。
【００１７】
更に、本発明は、排ガスフィルターの本体を構成するセラミック粉末の比熱ｈ（ｃａｌ／ｇ℃）と排ガスフィルターの嵩比重ｄ（ｇ／ｃｍ３）との関係が０．１２≦ｄ・ｈ≦０．１９（ｃａｌ／ｃｍ３℃）の耐久性に優れた排ガスフィルターを搭載したディーゼルエンジンを構成したものであり、運転中に排気口から黒煙が排出しないディーゼルエンジンが得られる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、円柱状の本体に軸線方向に空洞状とした多数のセルを備え、これらのセルの軸線方向の一端のいずれか一方を充填剤により交互に閉塞して排ガス中の微粒子を捕集可能とし、捕集された微粒子を燃焼させて除去する排ガスフィルターであって、本体をセラミックで構成するとともに、セラミックの粉末の比熱ｈ（ｃａｌ／ｇ℃）と排ガスフィルターの嵩比重ｄ（ｇ／ｃｍ３）との関係を０．１２≦ｄ・ｈ≦０．１９（ｃａｌ／ｃｍ３℃）としたことを特徴とするものであり、排ガスフィルターの再生燃焼中の急激な温度上昇を抑えるとともに燃焼温度が比較的低く保てるという作用を有し、これによって表面や内部の亀裂や溶損の発生が防止される。
【００１９】
すなわち、比熱ｈと嵩比重ｄとの積が０．１２ｃａｌ／ｃｍ３℃未満では、排ガスフィルターの特定の位置において再生燃焼中に５０℃／ｍｉｎ以上の急激な昇温が発生し、熱応力による亀裂が発生する傾向にある。また、比熱ｈと嵩比重ｄとの積が０．１９ｃａｌ／ｃｍ３℃以上となると、排ガスフィルターの温度が上がり難くなり、良好な再生燃焼が行われない傾向にあるため、いずれも好ましくない。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、排ガス中の微粒子を燃焼除去する温度が、セラミックの融点の７０％以下の温度であることを特徴とするものであり、燃焼除去温度を低く設定することによって、排ガスフィルタの熱的ダメージを抑え、再焼結に起因する細孔の減少を抑え、再生燃焼中の溶損の発生を抑えるとともに黒煙の燃え残りがない良好な再生燃焼が達成できるという作用を有する。
【００２１】
すなわち、燃焼除去する温度がセラミックの融点の７０％を越えると、排ガスフィルタの焼結温度に近くなり、熱的ダメージを受けるため、局部的に亀裂が発生し耐久性に問題が生じてしまうので好ましくない。
【００２２】
請求項３に記載の発明は、排ガスフィルターの本体を構成するセラミックの嵩比重ｄが０．６（ｇ／ｃｍ３）以上であることを特徴とするものであり、排ガスフィルターの再生燃焼中に急激な昇温がなく、燃焼温度が比較的低く保てるという作用を有する。
【００２３】
すなわち、セラミックの嵩比重ｄが０．６（ｇ／ｃｍ３）未満では、嵩比重ｄとセラミックの粉末の比熱ｈとの積ｄ・ｈが小さくなり、排ガスフィルターの特定の位置において再生燃焼中に急激な昇温が発生し、熱応力による亀裂が発生する傾向にあるため好ましくない。
【００２４】
本発明の請求項４に記載の発明は、排ガスフィルターの本体を構成するセラミックの主成分がチタン酸アルミニウムから成ることを特徴とするものであり、チタン酸アルミニウム単体の性質として他の低熱膨張材料であるコージェライトやムライトに比べて真比重が大きく、モル熱容量が大きいため、セラミックの嵩比重ｄとセラミックの粉末の比熱ｈとの積ｄ・ｈを大きくしたものとすることができる。したがって、再生燃焼中の急激な昇温と燃焼温度の異常な増加を抑えることができるという作用を有する。
【００２５】
請求項５に記載の発明は、気孔形成剤を含むセラミック可塑性練り土を軸方向に多数のセルを有したハニカム形状に押出し成形し、得られた成形体を嵩比重ｄが０．６（ｇ／ｃｍ３）以上になる温度で焼成し、両端面のセルのいずれか一方を充填剤により交互に閉塞して排ガス流路を形成することを特徴とするものであり、排ガスフィルターの再生燃焼中に急激な昇温がなく、燃焼温度が比較的低く、表面や内部に亀裂や溶損が発生しない耐久性に優れた排ガスフィルターの製造方法を実現するという作用を有する。焼成後のセラミックの嵩比重ｄが０．６（ｇ／ｃｍ３）未満では、嵩比重ｄとセラミックの粉末の比熱ｈとの積ｄ・ｈが小さくなり排ガスフィルターの特定の位置において再生燃焼中に急激な昇温が発生し、熱応力による亀裂が発生する傾向にあるため好ましくない。
【００２６】
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において前記セラミック可塑性練り土の主成分がチタン酸アルミニウムであることを特徴とするものであり、チタン酸アルミニウム単体の性質として他の低熱膨張材料であるコージェライトやムライトに比べて真比重が大きくモル熱容量が大きいため、セラミックの嵩比重ｄとセラミックの粉末の比熱ｈとの積ｄ・ｈが大きくなり、再生燃焼中の急激な昇温と燃焼温度の異常な増加を抑えることができるという作用を有する。
【００２７】
請求項７に記載の発明は、請求項１の排ガスフィルターを排気系統中に備えたことを特徴とするディーゼルエンジンであり、先に説明したように、再生燃焼の際の急激な温度上昇と燃焼温度の異常な増加が発生することがない車輛の走行を可能にするという作用を有する。
【００２８】
請求項８に記載の発明は、セラミックの主成分がチタン酸アルミニウムから成る排ガスフィルターを備えたディーゼルエンジンであり、セラミックの嵩比重ｄとセラミックの粉末の比熱Ｈとの積ｄ・Ｈを大きくしたため、排ガスフィルターに亀裂や溶損が発生しない運転を可能とするという作用を有する。
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について図１を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態における排ガスフィルターをディーゼルエンジンに装着した状態を示す要部の概略断面図であり、
図１において、３１は本発明の排ガスフィルターであり、３２は充填剤による閉塞部、３３はディーゼルエンジン３６の排ガス流入セル、３４は排ガスフィルター３１の内部に形成された多孔質隔壁３５を抜けて濾過された後の清浄な排ガスの流出セル、３９は排気口である。また、流出セル３４の出口側には電気ヒータ３８を備えるとともに排気口３９までの流路の中途にはブロアー３７を接続する。そして、ブロアー３７から空気を送り込みながら電気ヒータ３８によって排ガスフィルター３１を加熱することで、多孔質隔壁３５に濾過の際捕集された黒煙を燃焼させ、ディーゼルエンジン３６の排気装置の背圧増加を抑える。すなわち、電気ヒータ３８を着火源として、捕集された黒煙を燃焼によって除去するという排ガスフィルター３１の再生燃焼の操作を可能とする。
【００３０】
本発明の実施の形態１における排ガスフィルター３１の製造方法は次のとおりである。
【００３１】
主成分がチタン酸アルミニウムのチタン酸アルミニウム質粉末と、ヒドロキシプロピルメチルセルロースを含む結合剤と、高分子エステル系の潤滑剤と、ポリエチレン系の造孔剤と、水とを（表１）に示した比率として配合する。そして、高速ミキサーで３分間混合した後、混練機で３０〜１２０分間混練してセラミック可塑性坏土を得た。
【００３２】
【表１】
Figure 0003555382
【００３３】
得られたセラミック可塑性坏土をハニカム形状に成形できる金型を装着した真空押出し機を用いて、押出し法により直径１７０ｍｍ、高さ１８０ｍｍの軸方向に多数のセルを有するハニカム成形体を作製した。次に、押出し成形したハニカム成形体をマイクロ波乾燥機と温風乾燥機を併用して乾燥し、嵩比重ｄが０．６（ｇ／ｃｍ３）以上になるように１４５０〜１５３０℃の温度で１〜４時間保持し焼成した後、仕上げ加工して直径１４０ｍｍ及び高さ１５０ｍｍの図１に示した排ガスフィルター３１を作製した。
【００３４】
得られた排ガスフィルター３１は、本体が円柱状で、軸方向に多数のセル３３、３４を有し、両端面のセル３３、３４のいずれか一方が充填剤により交互に閉塞されており、製造上の不具合による表面や内部の亀裂や多孔質隔壁３５の変形等の構造上の欠陥がなく良好な形状と構造を有していた。
【００３５】
作製した排ガスフィルター３１の嵩比重ｄを自身の重量と体積から測定したところ、０．８４ｇ／ｃｍ３の値が得られた。また、排ガスフィルター３１の本体を形成しているセラミックを少量採取し瑪瑙乳鉢で細かく破砕して粉末状にした後、比熱ｈを示差走査熱量計（セイコ−電子製）により測定したところ０．１８８ｃａｌ／ｇ℃の値が得られた。ここで、得られた嵩比重ｄと比熱ｈの積ｄ・ｈを計算すると０．１５８ｃａｌ／ｃｍ３℃となり、この値は排ガスフィルター３１の単位体積１ｃｍ３を１℃昇温させるのに必要な熱量（ｃａｌ）に相当する。
【００３６】
一方、得られた排ガスフィルター３１を図１に示したように、排気量が３４３１ｃｃのディーゼルエンジン（トヨタ自動車株式会社製）の排気系に装着して回転トルクが２１Ｋｇｍ、回転数が１５００ｒｐｍの条件で所定時間運転し、排ガスフィルター３１に黒煙をフィルターの単位体積（１リットル）当たり１５ｇ捕集した。その後、ブロア−３７より空気を毎分約７０リットル送りながら、電気ヒ−タ３８を着火源として捕集された黒煙を燃焼させることにより、排ガスフィルター３１の再生燃焼を実施した。
【００３７】
ここで、あらかじめ排ガスフィルター３１の内部の所定の位置に挿入しておいた複数のＰｔ−ＰｔＲｈ１３％熱電対を打点式ハイブリッド記録計に接続して、経過時間に対する燃焼温度（再生燃焼曲線）を記録して昇温速度（℃／ｍｉｎ）と燃焼温度を測定した。そして、再生燃焼が完了した排ガスフィルター３１をディーゼルエンジンの排気系から取り外し、割れや溶融の発生がないかどうか再生燃焼後の状態を解析した。また、従来の技術による排ガスフィルター（直径１４０ｍｍ、高さ１５０ｍｍ）についても、前記と同じ様な条件で一連の試験及び測定を実施した。その測定結果を（表２）及び（表３）に示す。
【００３８】
【表２】
Figure 0003555382
【００３９】
【表３】
Figure 0003555382
【００４０】
（表２）及び（表３）から明らかなように、本発明の排ガスフィルターは、本体を形成しているセラミックの粉末の比熱ｈ（ｃａｌ／ｇ℃）と排ガスフィルターの嵩比重ｄ（ｇ／ｃｍ３）との関係が０．１２≦ｄ・ｈ≦０．１９（ｃａｌ／ｃｍ３℃）である。そして、これを満たす範囲では、従来例と比較すると再生燃焼中の急激な温度上昇と燃焼温度が抑えられ、その結果、再生燃焼後の排ガスフィルターの表面や内部に割れや溶損の発生はなく安定していた。
【００４１】
更に、本発明の排ガスフィルターについて、黒煙を捕集した後再生燃焼する一連の試験を前記と同じ条件で５０回繰り返し実施したが、排ガスフィルターに割れや溶損の発生はなく耐久性に優れていることも確認した。また、本発明の排ガスフィルターでは、捕集した微粒子を燃焼除去するときの燃焼温度が本体を形成しているセラミックの融点の７０％以下の温度であった。
【００４２】
一方、従来の技術による排ガスフィルターは、コージェライト質及びムライト質共に排ガスフィルターの嵩比重ｄと本体を形成しているセラミック粉末の比熱ｈとの積ｄ・ｈが本発明の排ガスフィルターの値に比べて小さいことが判る。これに伴い、再生燃焼時に５０℃／ｍｉｎを越える異常燃焼とも考えられる急激な温度上昇が生じるとともに燃焼温度も増加し、排ガスフィルターに割れと溶損が発生した。
【００４３】
また、コージェライト製の従来の技術による排ガスフィルターについて、黒煙を捕集した後に再生燃焼する一連の試験を先のものと同じ条件で実施した。これによれば、２回目の捕集時にディーゼルエンジンの排気口３９から黒煙が発生したため、この排ガスフィルターを取り外し解析したところ、表面に亀裂が発生し、また内部には局部的に溶損が発生していた。
【００４４】
以上のように、排ガスフィルターの嵩比重ｄとその本体を形成しているセラミック粉体の比熱ｈとの関係が０．１２≦ｄ・ｈ≦０．１９（ｃａｌ／ｃｍ３℃）となるようにしておけば、再生燃焼時の急激な昇温に伴う熱応力による割れが発生しない。また、燃焼温度が排ガスフィルターの本体を形成しているセラミックの融点の７０％以下の温度で安定し、かつこの排ガスフィルターをディーゼルエンジンに装着した場合でも黒煙が発生することはない。したがって、本発明によれば、信頼性と耐久性に優れた排ガスフィルター及びこれを装着したディーゼルエンジン搭載の各種の車輛を提供することができる。
【００４５】
（実施の形態２）
主成分がチタン酸アルミニウムより成るチタン酸アルミニウム質粉末と、メチルセルロース系の結合剤と、高分子エステル系の潤滑剤と、有機高分子系の造孔剤と、水とを（表４）に示した比率になるように配合し、高速ミキサーで３分間混合した後、スクリュ−式混練機を２回パスすることにより混練し、さらに３本ロールミルを通してセラミック可塑性坏土を得た。
【００４６】
【表４】
Figure 0003555382
【００４７】
得られたセラミック可塑性坏土をハニカム形状に成形できる金型を装着した真空押出し機を用いて、押出し法により直径が１７０ｍｍで高さが３００ｍｍ程度の軸方向に多数のセルを有するハニカム成形体を作製した。次に、押出し成形したハニカム成形体の側面部をラップフィルムで被覆した後マイクロ波乾燥機と温風乾燥機を併用して乾燥し、図２に示す方法で焼成した。
【００４８】
図２は本発明の実施の形態におけるハニカム成形体の焼成方法を示す断面図であり、同図において、４１はハニカム成形体、４２はアルミナ系のセラミック粉末、４３は焼成用さや、及び４４はセラミック台板をそれぞれ示している。そして、１４７０〜１５３０℃の温度で４時間保持してハニカム成形体４１を焼成し、仕上げ加工して直径：１４０ｍｍ、高さ：１５０ｍｍ、嵩比重ｄ：０．６（ｇ／ｃｍ３）以上のハニカム焼成体を得た。
【００４９】
得られたハニカム焼成体の両端面のセルのいずれか一方をチタン酸アルミニウムを主成分とする充填剤により交互に閉塞して乾燥した後、１３５０〜１４００℃の温度で熱処理して本発明の排ガスフィルターを作製した。得られた排ガスフィルターは、第１の実施の形態の場合と同様に本体が円柱状で、軸方向に多数のセルを有し、両端面のセルのいずれか一方が充填剤により交互に閉塞されており、製造上の不具合による表面や内部の亀裂や多孔質隔壁の変形等の構造上の欠陥がなく良好な形状と構造を有していた。
【００５０】
次に、得られた排ガスフィルターの嵩比重ｄと本体を形成しているセラミック粉末の比熱ｈを第１の実施形態の場合と同様の方法で測定し、嵩比重ｄと比熱ｈの積ｄ・ｈを計算すると０．１６２ｃａｌ／ｃｍ３℃であった。そして、この排ガスフィルターを排気量が３４３１ｃｃのディーゼルエンジン（トヨタ自動車株式会社製）の排気系に装着して、トルクが２１Ｋｇｍ、回転数が１５００ｒｐｍの条件で所定時間エンジンを運転し、排ガスフィルターに黒煙をフィルターの単位体積（１リットル）当たり１０ｇ捕集した後、ブロア−より空気を毎分約５０リットル送りながら電気ヒ−タを着火源として捕集された黒煙を燃焼させることにより、排ガスフィルターの再生燃焼を行う一連の試験を繰り返し実施した。
【００５１】
それによると、本発明の排ガスフィルターを搭載したディーゼルエンジンは、黒煙の捕集、再生燃焼の一連の試験を１２０回繰り返し実施しても排気口から黒煙の発生がなく、また排ガスフィルターに割れや溶損あるいは黒煙の燃え残りもなかった。一方、コージェライトよりなる従来の技術による排ガスフィルターについて、黒煙を捕集した後再生燃焼する一連の試験を前記と同じ条件で繰り返し実施したところ、１５回目の捕集時にディーゼルエンジンの排気口から黒煙が発生し、排ガスフィルターに亀裂と溶損が発生していた。
【００５２】
なお、排ガスフィルターの本体の主成分はチタン酸アルミニウムに限らず、排ガスフィルターの嵩比重ｄとその本体を構成しているセラミック粉末の比熱ｈとの関係が０．１２≦ｄ・ｈ≦０．１９（ｃａｌ／ｃｍ３℃）である排ガスフィルターを実現できるような主成分であれば差し支えない。
【００５３】
以上のように、本実施の形態においても、排ガスフィルターの嵩比重ｄとその本体を構成しているセラミック粉体の比熱ｈとの関係が０．１２≦ｄ・ｈ≦０．１９（ｃａｌ／ｃｍ３℃）である排ガスフィルターが得られる。したがって、再生燃焼時の急激な昇温に伴う割れや溶損が発生せず、黒煙の燃え残りがなく良好な再生燃焼が可能な排ガスフィルターを搭載した信頼性に優れたディーゼルエンジンを実現することができる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、排ガスフィルターの本体を構成するセラミック粉末の比熱ｈ（ｃａｌ／ｇ℃）と排ガスフィルターの嵩比重ｄ（ｇ／ｃｍ３）との関係が０．１２≦ｄ・ｈ≦０．１９（ｃａｌ／ｃｍ３℃）である排ガスフィルター及びその製造方法であるため、ディーゼルエンジンから排出される微粒子を含んだ黒煙を捕集した後の再生燃焼において、微粒子を燃焼除去するときの最高燃焼温度が、本体を形成しているセラミックの融点の７０％以下の温度で比較的低く抑えられ、また急激な昇温や異常燃焼がないため、亀裂や溶損が発生しない耐久性に優れた排ガスフィルターを得ることができる。
【００５５】
また、本発明の排ガスフィルターをディーゼルエンジンの排気系統に装着させることによって、エンジンの排気口から黒煙が発生せず、また黒煙の捕集及び再生燃焼の一連の繰り返し試験においても排ガスフィルターの表面や内部に亀裂や溶損の発生がなく、良好な再生燃焼が可能であり、信頼性に優れたディーゼルエンジンが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における排ガスフィルターをディーゼルエンジンに装着した状態を示す要部の概略断面図
【図２】本発明の実施の形態におけるハニカム成形体の焼成方法を示す断面図
【図３】従来のセラミックモノリシック型フィルターの側断面図
【図４】従来の排ガスフィルターの再生燃焼後の外観斜視図
【符号の説明】
１１ ハニカムセラミックスで構成された円柱状の本体
１２，１３ セル
１４ 充填剤
１５ 排ガス入口側
１６ 排ガス出口側
１７ 多孔質隔壁
２１ 排ガスフィルター
２２ 亀裂
３１ 排ガスフィルター
３２ 充填剤による閉塞部
３３ 排ガス流入セル
３４ 排ガス流出セル
３５ 多孔質隔壁
３６ ディーゼルエンジン
３７ ブロアー
３８ 電気ヒータ
３９ 排気口
４１ ハニカム成形体
４２ セラミック粉末
４３ 焼成用さや
４４ セラミック台板

Claims (8)

  1. 円柱状の本体に軸線方向に空洞状とした多数のセルを備え、これらのセルの軸線方向の一端のいずれか一方を充填剤により交互に閉塞して排ガス中の微粒子を捕集可能とし、捕集された微粒子を燃焼させて除去する排ガスフィルターであって、本体をセラミックで構成するとともに、セラミックの粉末の比熱ｈ（ｃａｌ／ｇ℃）と排ガスフィルターの嵩比重ｄ（ｇ／ｃｍ3）との関係を０．１２≦ｄ・ｈ≦０．１９（ｃａｌ／ｃｍ3℃）としたことを特徴とする排ガスフィルター。
  2. セラミックの粉末の比熱と排ガスフィルターの嵩比重との間の前記関係が、燃焼最高温度をセラミックの融点の７０％以下の温度域に抑制可能としてなることを特徴とする請求項１記載の排ガスフィルター。
  3. セラミックの嵩比重ｄが０．６（ｇ／ｃｍ3）以上であることを特徴とする請求項１または２記載の排ガスフィルター。
  4. セラミックの主成分がチタン酸アルミニウムから成ることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の排ガスフィルター。
  5. 気孔形成剤を含むセラミック可塑性練り土を軸方向に多数のセルを有したハニカム形状に押出し成形し、得られた成形体を嵩比重ｄが０．６（ｇ／ｃｍ3）以上になるように焼成し、両端面のセルのいずれか一方を充填剤により交互に閉塞して排ガス流路を形成することを特徴とする排ガスフィルターの製造方法。
  6. 前記セラミック可塑性練り土の主成分がチタン酸アルミニウムであることを特徴とする請求項５記載の排ガスフィルターの製造方法。
  7. 請求項１に記載の排ガスフィルターを機関の排気系統中に備えたことを特徴とするディーゼルエンジン。
  8. 排ガスフィルターを構成するセラミックの主成分がチタン酸アルミニウムから成ることを特徴とする請求項７記載のディーゼルエンジン。
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