CN107407172B - 排气净化过滤器 - Google Patents

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Abstract

排气净化过滤器(1)具有蜂巢构造体(2)和上游侧栓部(3)。在多个格室孔(5)中存在流入格室孔(51)和流出格室孔(52)。蜂巢构造体(2)具有中心侧区域(23)和外周侧区域(24)。在中心侧区域(23)和外周侧区域(24)各自中，流出格室孔(52)的流路截面积(Sc2、So2)大于流入格室孔(51)的流路截面积(Sc1、So1)。流路截面积(Sc1)小于流路截面积(So1)。Sc1相对于Sc2之比即流路截面积比Rc小于So1相对于So2之比即流路截面积比Ro。流入格室孔(51)与流出格室孔(52)在第一方向(X)和第二方向(Y)上均交替地排列，中心侧区域(23)中的格室壁(4)比外周侧区域(24)中的格室壁(4)厚。

Description

排气净化过滤器
技术领域
本发明涉及一种用于对内燃机的排气气体进行净化的排气净化过滤器。
背景技术
在内燃机的排气管中设置有对排气中包含的颗粒状物质(Particulate Matter：PM)进行捕集的排气净化装置。该排气净化装置具备用于对排气中包含的颗粒状物质进行捕集的排气净化过滤器。排气净化过滤器具有多个格室(Cell)壁以及被格室壁包围而形成的多个格室孔。而且，作为排气净化过滤器，存在如下排气净化过滤器：利用栓部来闭塞多个格室孔中的一部分格室孔的上游侧的端面，利用栓部来闭塞另一部分格室孔的下游侧的端面。由此，能够使流入上游侧的端面开口的格室孔的排气可靠地透过格室壁来流入下游侧的端面开口的相邻的格室孔内，并从该格室孔向外部排出。
但是，在如上所述的构造的排气净化过滤器中，存在压力损失容易增大的问题。另外，还存在如下问题：由微量地包含在机油、燃料中的杂质(S、Ca等)生成的烟灰(Ash)同排气一起到达排气净化过滤器，而该烟灰容易堆积在格室内。存在如下问题：由于该烟灰在格室内的堆积，也会增大压力损失。为了解决上述问题，提出了在蜂巢构造体中仅在格室孔的上游侧的端面配置有栓部的排气净化过滤器(专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2012/046484号
发明内容
发明要解决的问题
然而，如上所述，具备仅在一部分格室孔的上游侧的端面配置有栓部的蜂巢构造体的排气净化过滤器在排气的流速快的情况下，发生排气的窜气(从排气净化过滤器的上游侧导入的排气不透过格室壁而泄漏到下游侧)，因此需要抑制该窜气。为此，采取了通过使排气净化过滤器(蜂巢构造体)的基材长度变长、或者将2个以上的基材即2个以上的排气净化过滤器串列地配置来抑制颗粒状物质的捕集率降低的对策。但是，在该情况下存在导致排气净化过滤器的大型化的问题。
如上所述，在具有相同的格室构造的排气净化过滤器中，存在难以兼顾压力损失的降低和颗粒状物质的捕集率的提高的课题。存在如下问题：上述课题不管是在具备仅在一部分格室孔的上游侧的端面配置有栓部的蜂巢构造体的排气净化过滤器中，还是在具备利用栓部来闭塞一部分格室孔的上游侧的端面且利用栓部来闭塞另一部分格室孔的下游侧的端面的结构的蜂巢构造体的排气净化过滤器中都会产生。
本发明是为了解决上述的以往技术的问题而完成的，提供一种具备提高从内燃机排出的排气中包含的颗粒状物质(PM)、同排气一起排出的烟灰(Ash)的捕集率、降低压力损失、且具有能够容易地小型化的结构的蜂巢构造体的排气净化过滤器。
用于解决问题的方案
本发明的一个方式是一种排气净化过滤器(1)，用于对排气中的颗粒状物质进行捕集，该排气净化过滤器(1)具有蜂巢构造体(2)以及将该蜂巢构造体(2)的轴向(Z)上的上游侧端面(21)局部性地闭塞的上游侧栓部(3)。上述蜂巢构造体(2)具有多个格室壁(4)以及被该格室壁(4)包围而形成的多个格室孔(5)。在上述多个格室孔(5)中存在上述上游侧端面被敞开的流入格室孔(51)以及上述上游侧端面(21)被上述上游侧栓部(3)闭塞并且下游侧端面(22)被敞开的流出格室孔(52)。并且，上述蜂巢构造体(2)具有包括中心轴的中心侧区域(23)以及配置于该中心侧区域(23)的外周侧的外周侧区域(24)。
特征在于，在上述中心侧区域(23)和上述外周侧区域(24)各自中，上述流出格室孔(52)的流路截面积(Sc2、So2)大于上述流入格室孔(51)的流路截面积(Sc1、So1)，且上述中心侧区域(23)中的上述流入格室孔(51)的流路截面积(Sc1)小于上述外周侧区域(24)中的上述流入格室孔(51)的流路截面积(So1)，上述中心侧区域(23)中的上述流入格室孔(51)的流路截面积(Sc1)相对于上述流出格室孔(52)的流路截面积(Sc2)之比即流路截面积比Rc小于上述外周侧区域(24)中的上述流入格室孔(51)的流路截面积(So1)相对于上述流出格室孔(52)的流路截面积(So2)之比即流路截面积比Ro。并且，在从轴向(Z)观察上述蜂巢构造体(2)时，遍及上述中心侧区域(23)和上述外周侧区域(24)，上述多个格室孔(5)在相互交叉的两个方向即第一方向(X)和第二方向(Y)上排列，上述流入格室孔(51)与上述流出格室孔(52)在上述第一方向(X)和上述第二方向(Y)上均交替地排列，上述中心侧区域(23)中的上述格室壁(4)的厚度比上述外周侧区域(24)中的上述格室壁(4)的厚度厚。
发明效果
上述的本发明所涉及的排气净化过滤器具有流入格室孔和流出格室孔。因此，通过排气净化过滤器的排气首先从排气净化过滤器的上游侧被导入到流入格室孔内。起因于此时产生的流入格室孔内与流出格室孔内之间的压力差，排气的一部分透过流入格室孔内与流出格室孔之间的格室壁，流入流出格室孔。在排气透过格室壁时，排气中的颗粒状物质被捕集到格室壁。
一般，在从配置于排气流路的排气净化过滤器的上游侧端面导入排气的情况下，上游侧端面的中心轴附近的流速容易变大。因此，在形成在上游侧端面的中心轴附近的格室孔中压力损失变大，捕集率容易降低。另一方面，在形成在远离上游侧端面的中心轴的部分的格室孔中，排气的流速比较慢，因此压力损失不易变大。
因此，在本发明所涉及的排气净化过滤器中，使上述蜂巢构造体的上游侧端面的中心侧区域中的流入格室孔的流路截面积小于外周侧区域中的流入格室孔的流路截面积。由此，与由具有相同的流路截面积的格室孔构成的格室构造的情况相比，排气更容易多量地还流入外周侧区域。因此，具有如下效果：能够抑制中心侧区域中的压力损失，能够提高颗粒状物质(PM)等的捕集率。另外，在外周侧区域中也有充分的流量的排气流动，因此能够有效地利用外周侧区域的格室壁，因此能够增大作为整体的过滤面积。其结果，能够提高颗粒状物质的捕集率。另外，随之，能够在确保充分的捕集率的基础上缩短蜂巢构造体的基材长度。
另外，中心侧区域中的流路截面积比小于外周侧区域中的流路截面积比。由此，能够有效地抑制中心侧区域与外周侧区域中的排气的流速的偏差。其结果，在抑制排气的窜气的同时容易谋求排气净化过滤器的小型化。
另外，遍及中心侧区域和外周侧区域，多个格室孔在第一方向和第二方向上排列，流入格室孔与流出格室孔在第一方向X和第二方向Y上均交替地排列。而且，中心侧区域中的格室壁比外周侧区域中的格室壁厚。通过蜂巢构造体为所述结构，能够防止在中心侧区域与外周侧区域中在格室孔的排列构造上产生大的变化。由此，不需要在中心侧区域与外周侧区域之间的边界设置与格室壁不同的边界隔壁。其结果，制造容易，能够以低成本得到排气净化过滤器。另外，还能够抑制应力集中于中心侧区域与外周侧区域之间的边界，能够得到耐久性优良的排气净化过滤器。
如上，根据本发明，能够提供能够在提高颗粒状物质的捕集率的同时容易实现小型化的排气净化过滤器。此外，后述的实施方式中记载的具体的内容不限定本发明的技术范围。
附图说明
图1是本申请发明的实施方式1所涉及的排气净化过滤器的立体图。
图2是本申请发明的实施方式1所涉及的排气净化过滤器的与轴向平行的剖面图。
图3是从轴向观察的本申请发明的实施方式1所涉及的排气净化过滤器的俯视图。
图4是本申请发明的实施方式1所涉及的排气净化过滤器中的、流入格室孔与流出格室孔的排列状态的说明图。
图5是本申请发明的实施方式1所涉及的排气净化过滤器中的、中心侧区域的流入格室孔与流出格室孔的排列状态的说明图。
图6是本申请发明的实施方式1所涉及的排气净化过滤器中的、外周侧区域的流入格室孔与流出格室孔的排列状态的说明图。
图7是本申请发明的实施方式1所涉及的排气净化过滤器的变形例中的、八边形状的流入格室孔与八边形状的流出格室孔的排列状态的说明图。
图8是作为比较例的排气净化过滤器中的、圆形状的流入格室孔与圆形状的流出格室孔的排列状态的说明图。
图9是作为比较例的排气净化过滤器中的、四边形状的流入格室孔与四边形状的流出格室孔的排列状态的说明图。
图10是本申请发明的实施方式1的变形例，是从轴向观察将边界线设为正方形状的排气净化过滤器的俯视图。
图11是将本申请发明的实施方式1所涉及的排气净化过滤器设置于排气的配管内的剖面说明图。
图12是本申请发明的实施方式2所涉及的排气净化过滤器的与轴向平行的剖面图。
图13是从下游侧端面侧观察的本申请发明的实施方式2所涉及的排气净化过滤器的立体图。
图14是从下游侧端面侧观察的本申请发明的实施方式2所涉及的排气净化过滤器的俯视图。
图15是表示本申请发明的实验例1中的排气净化过滤器的压力损失(压损)与捕集率的测定结果的线图。
图16是表示本申请发明的实验例2中的排气净化过滤器的压力损失(压损)与捕集率的测定结果的线图。
具体实施方式
本申请发明所涉及的排气净化过滤器也可以具有将蜂巢构造体的下游侧端面局部性地闭塞的下游侧栓部。而且，也可以利用上述下游侧栓部来闭塞上述流入格室孔的下游侧端面。即，既可以是上述流入格室孔的上游侧端面被敞开且下游侧端面被闭塞的格室，也可以是上游侧端面和下游侧端面这双方被敞开的敞开格室。
(实施方式1)
下面，参照图1～图6来说明实施方式1所涉及的排气净化过滤器。本实施方式1所涉及的排气净化过滤器1是用于对排气中的颗粒状物质进行捕集的过滤器。如图1所示，排气净化过滤器1具有蜂巢构造体2以及将蜂巢构造体2的轴向Z上的上游侧端面21局部性地闭塞的上游侧栓部3。
如图2～图6所示，蜂巢构造体2具有多个格室壁4以及被格室壁4包围而形成的多个格室孔5。在多个格室孔5中存在上游侧端面21被敞开的流入格室孔51以及上游侧端面21被上游侧栓部3闭塞且下游侧端面22被敞开的流出格室孔52。
在本实施方式1所涉及的排气净化过滤器1中，具有只有蜂巢构造体2的上游侧端面21局部性地被上游侧栓部3闭塞的所谓的单栓构造。因此，在本实施方式1的排气净化过滤器1中，沿轴向Z贯通的敞开格室孔成为流入格室孔51，上游侧端面21被闭塞的栓塞格室孔成为流出格室孔52。
如图3、图4所示，蜂巢构造体2具有包括中心轴的中心侧区域23以及配置于中心侧区域23的外周侧的外周侧区域24。如图4～图6所示，在中心侧区域23和外周侧区域24各自中，流出格室孔52的流路截面积Sc2(mm2)、So2(mm2)大于流入格室孔51的流路截面积Sc1(mm2)、So1(mm2)。即，Sc1<Sc2，So1<So2。而且，中心侧区域23中的流入格室孔51的流路截面积Sc1小于外周侧区域24中的流入格室孔51的流路截面积So1。此外，流路截面积Sc1、Sc2、So1、So2是指各格室孔5各自的流路截面积(mm2)。
本实施方式1所涉及的排气净化过滤器1能够使用于汽车的内燃机、例如柴油发动机、汽油发动机中产生的排气气体的净化。如图1所示，排气净化过滤器1呈圆柱形状的外形。而且，构成排气净化过滤器1的蜂巢构造体2其内部被沿轴向Z形成的多个格室壁4分隔。格室壁4由具有多孔质构造的堇青石等陶瓷材料构成，在其内部形成有将相邻的格室孔5彼此连通的细孔(省略图示)。
如图1、图2所示，排气净化过滤器1在设置于内燃机的排气系统时在朝向排气的上游侧的上游侧端面21局部性地设置有上游侧栓部3。即，流出格室孔52在上游侧端面21处被上游侧栓部3闭塞。另一方面，在蜂巢构造体2的下游侧端面22处未设置上游侧栓部3，流出格室孔52的下游侧被敞开。另外，流入格室孔51其上游侧和下游侧均被敞开，沿轴向Z贯通。另外，如图3所示，与蜂巢构造体2的外周部20相面对的、即相接的格室孔不同于其它格室孔5，根据位置而形状和流路截面积发生各种变更。因此，在本说明书中，只要不特别说明，格室孔5即流入格室孔51和流出格室孔52是指除了与外周部20相面对的(相接的)格室孔以外的格室孔。换言之，流入格室孔51和流出格室孔52不包括与外周部20相面对的(相接的)格室孔。
如图3～图6所示，在从轴向Z观察蜂巢构造体2时，流出格室孔52是八边形状，流入格室孔51是四边形状。特别是在本实施方式中，流入格室孔51是正方形状，流出格室孔52是1/4旋转对称的八边形状。此外，在实际的蜂巢构造体2中，各格室孔5的形状为在其角部形成有一些曲线或锥形的形状。上述的四边形状(正方形状)、八边形状还包括这种形状，是作为概略形状还包括四边形状(正方形状)、八边形状的概念。
此外，流入格室孔51和流出格室孔52的形状未必限定于四边形状与八边形状的组合。例如，也可以如图7所示那样将流入格室孔51和流出格室孔52的形状均设为八边形状。或者，也可以如图8所示的比较例那样将流入格室孔51和流出格室孔52的形状均设为圆形状。
此外，也可以如图9所示的比较例那样将流入格室孔51和流出格室孔52的形状均设为正方形状，但是在该比较例的构造中，流出格室孔52的对角线上的格室壁4容易变薄，因此强度容易降低。相反地，如果想要确保流出格室孔52的对角线上的格室壁4的厚度，则在设计上不得不使其它部位的格室壁4变厚，因此压力损失容易增大。从该观点来看，优选的是，将流入格室孔51和流出格室孔52的形状设为如图5、图6所示的四边形状与八边形状的组合，或者，如图7所示那样均设为八边形状。另外，从确保排气的过滤面积的观点来看，也是与如图8所示的比较例的结构即将流入格室孔51和流出格室孔52的形状均设为圆形状的结构相比，更优选的是设为图5、图6所示的四边形状与八边形状的组合、或者如图7所示的八边形状彼此的组合的结构。
如图3、图4所示，在从轴向Z观察蜂巢构造体2时，遍及中心侧区域23和外周侧区域24，多个格室孔5在作为相互交叉的两个方向的第一方向X和第二方向Y上排列。而且，流入格室孔51与流出格室孔52在第一方向X和第二方向Y上均交替地排列。中心侧区域23中的格室壁4比外周侧区域24中的格室壁4厚。
在本实施方式1所涉及的排气净化过滤器中，第一方向X与第二方向Y相互正交。而且，流入格室孔51和流出格室孔52配置成格子花纹状。该排列图案包括中心侧区域23和外周侧区域24，遍及蜂巢构造体2的整体而连续地形成。
在蜂巢构造体2中，遍及中心侧区域23和外周侧区域24而格室间距一定。即，格室孔5的排列间距在第一方向X和第二方向Y上均遍及中心侧区域23和外周侧区域24而一定。因而，中心侧区域23和外周侧区域24中的流入格室孔51的流路截面积Sc1、Sc2的差异由格室壁4的厚度的差异构成。
具体地说，优选的是，将格室间距例如设为1.14～2.54mm。通过将格室间距设为1.14mm以上，容易抑制压力损失的增大。另一方面，通过将格室间距设为2.54mm以下，容易确保蜂巢构造体2的强度。并且，更优选的是，将格室间距例如设为1.27～1.80mm。另外，格室间距可能还影响捕集率(％)，因此除了压力损失(kPa)和强度以外，还考虑捕集率(％)来能够适当设定格室间距。
另外，中心侧区域23中的流入格室孔51的流路截面积Sc1相对于流出格室孔52的流路截面积Sc2之比即流路截面积比Rc(＝Sc1/Sc2)小于外周侧区域24中的流入格室孔51的流路截面积So1相对于流出格室孔52的流路截面积So2之比即流路截面积比Ro(＝So1/So2)。
在中心侧区域23中，优选的是，将流路截面积比Rc设为0.36～0.71。通过设为Rc≤0.71，能够确保排气的流速容易变快的中心侧区域23中的捕集率。另外，通过设为Rc≥0.36，能够抑制压力损失的增大。并且，更优选的是，将流路截面积比Rc设为0.4～0.59。
在外周侧区域24中，优选的是，将流路截面积比Ro设为0.4～0.91。通过设为Ro≤0.91，能够确保格室孔5间的压力差来确保外周侧区域24中的捕集率。另外，通过设为Ro≥0.4，能够抑制压力损失的增大。并且，更优选的是，将流路截面积比Ro设为0.5～0.91。
中心侧区域23中的流入格室孔51的流路截面积Sc1小于外周侧区域24中的流入格室孔51的流路截面积So1。另一方面，流出格室孔52的流路截面积Sc2、So2在中心侧区域23和外周侧区域24中同等。即，在本实施方式中，Sc2＝So2。由此，以成为Rc<Ro的方式排列有蜂巢构造体2的格室孔5。而且，如图5、图6所示，中心侧区域23中的格室壁4的厚度tc比外周侧区域24中的格室壁4的厚度to厚。
优选的是，将中心侧区域23中的格室壁4的厚度tc设为0.15～0.35mm。通过设为tc≥0.15mm，能够抑制颗粒状物质透过格室壁4来提高捕集率。另外，通过设为tc≤0.35mm，能够抑制压力损失的增大。并且，更优选的是，将中心侧区域23中的格室壁4的厚度tc设为0.18～0.28mm。
优选的是，将外周侧区域24中的格室壁4的厚度to设为0.10～0.30mm。通过设为to≥0.10mm，能够确保格室壁4的强度。另外，通过设为to≤0.30mm，能够抑制压力损失的增大。并且，更优选的是，将外周侧区域24中的格室壁4的厚度to设为0.13～0.25mm。
另外，关于中心侧区域23中的各格室孔5的流路截面积Sc1、Sc2的优选范围，能够基于上述的格室壁4的厚度、流路截面积比Rc、格室间距分别进行计算。例如，优选的是设为0.35mm2≤Sc1≤4.79mm2、0.72mm2≤Sc2≤8.23mm2。并且，更优选的是，设为0.59mm2≤Sc1≤1.98mm2、1.22mm2≤Sc2≤3.67mm2。
同样地，关于外周侧区域24中的各格室孔5的流路截面积So1、So2的优选范围，能够基于上述的格室壁4的厚度、流路截面积比Rc、格室间距分别进行计算。例如，优选的是，设为0.42mm2≤So1≤5.67mm2、0.72mm2≤So2≤8.23mm2。并且，更优选的是，设为0.71mm2≤So1≤2.66mm2、1.22mm2≤So2≤3.67mm2。
另外，在本实施方式1所涉及的排气净化过滤器1中，中心侧区域23中的流出格室孔52和外周侧区域24中的流出格室孔52的形状和大小均相同。因此，在本实施方式1所涉及的排气净化过滤器1中，如图3、图4所示，仅将以格子花纹状整齐地排列的多个格室孔5中的流入格室孔51的大小(流路截面积)在中心侧区域23与外周侧区域24中变更。
如图3所示，在从轴向Z观察蜂巢构造体2时，中心侧区域23与外周侧区域24的边界线B是八边形状。特别是在本实施方式1所涉及的排气净化过滤器1中，边界线B形成为1/4旋转对称的八边形状。在此，在图1、图4中，边界线B被示为以将配置于外周侧区域24中的内周端的多个流入格室孔51连结的方式描绘的线，但是也可以是以将配置于中心侧区域23中的外周端的多个流入格室孔51或多个流出格室孔52连结的方式描绘的线。这是因为，它们均为相似形，因此不论将哪一个选作边界线，形状都相同。
此外，边界线B的形状不限于八边形状，例如也可以如图10所示的变形例那样设为四边形状。在将边界线B设为四边形状的情况下，特别优选的是设为正方形状。在将边界线B设为四边形状、特别是正方形状的情况下，能够使蜂巢构造体2的制造容易。即，在对用于将蜂巢构造体2进行成形的模具进行放电加工时，能够将该放电加工用的电极形状统一为四边形。其结果，能够使蜂巢构造体2的制造容易。
另一方面，与将边界线B设为四边形状的情况相比，在设为八边形状的情况下，边界线B与外周面之间的距离不易根据周向的位置而变动。其结果，容易增大在将排气净化过滤器1设置到配管内时的耐荷重。
另外，优选的是，将边界线B设为使其内切圆为排气净化过滤器1的前后的配管的内径以上的大小和形状。即，排气净化过滤器1如图11所示那样配置于配管内。而且，在配置有排气净化过滤器1的部分的前后，连接有内径比排气净化过滤器1的外径小的配管101、l02。优选的是，将边界线B的内切圆的直径设定为该前后的配管的内径以上。特别优选的是，设为在从轴向Z观察时配管的内周轮廓纳入边界线B的内侧的状态。另外，优选的是，将边界线B的内切圆的直径设为蜂巢构造体2的直径的3/4以下。通过这样，确保排气向外周侧区域24的流动，容易抑制压力损失的增大。
此外，边界线B未必需要形成为以蜂巢构造体2的中心轴为中心的点对称的形状、位置。例如，还能够根据排气净化过滤器1与其前后的配管的相对位置的关系适当变更边界线B的位置、形状。
另外，在排气净化过滤器1中也可以承载有催化剂。即，还能够设为在格室壁4上涂布了含有Pt、Rh以及Pd中的至少一种的三元催化剂等催化剂的结构。另外，作为蜂巢构造体2的材质，例如能够使用堇青石、SiC(即碳化硅)、钛酸铝等。
接着，说明本实施方式1所涉及的排气净化过滤器1的作用效果。上述排气净化过滤器1具有流入格室孔51和流出格室孔52。因此，如图2所示，经过排气净化过滤器1的排气G首先从上游侧被导入到流入格室孔51。起因于此时产生的流入格室孔51内与流出格室孔52内之间的压力差，排气G的一部分透过格室壁4，流入流出格室孔52。在排气G透过格室壁4时，排气G中的颗粒状物质被捕集到格室壁4。
另外，如上所述，在排气G的流速快的情况下，如果不确保足够的基材长度，则被导入到流入格室孔51的排气G中不透过格室壁4而窜到下游侧端面22的比例有可能多。一般，在对于配置于排气流路的排气净化过滤器1从其上游侧端面21导入排气G时，其中心轴附近的流速容易变大，因此在中心轴附近容易发生窜气。另一方面，在远离中心轴的部分，排气G的流速比较慢，因此不易发生窜气。
因此，在实施方式1所涉及的排气净化过滤器1中，使蜂巢构造体2的中心侧区域23中的流入格室孔51的流路截面积Sc1小于外周侧区域24中的流入格室孔51的流路截面积So1。由此，与相同的格室构造的情况相比，排气更容易多量地还流入外周侧区域24。因此，能够抑制中心侧区域中的压力损失，能够提高捕集率。另外，排气还充分流入外周侧区域24，能够有效地利用外周侧区域24的格室壁4，因此能够增大作为整体的过滤面积。其结果，能够提高颗粒状物质的捕集率。另外，随之，能够在确保充分的捕集率的基础上缩短蜂巢构造体2的基材长度(轴向Z的长度)。
另外，中心侧区域23中的流路截面积比Rc(＝Sc1/Sc2)小于外周侧区域24中的流路截面积比Ro(＝So1/So2)。由此，能够有效地抑制中心侧区域23与外周侧区域24中的排气的流速的偏差。其结果，在抑制排气的窜气的同时容易谋求排气净化过滤器1的小型化。
另外，如图3、图4所示，遍及中心侧区域23和外周侧区域24，多个格室孔5在第一方向X和第二方向Y上排列，流入格室孔51与流出格室孔52在第一方向X和第二方向Y上均交替地排列。而且，中心侧区域23中的格室壁4比外周侧区域24中的格室壁4厚。通过蜂巢构造体2为所述结构，能够防止在中心侧区域23与外周侧区域24中在格室孔5的排列构造上产生大的变化。由此，不需要在中心侧区域23与外周侧区域24之间的边界设置与格室壁4不同的边界隔壁。其结果，制造容易，能够以低成本得到排气净化过滤器1。另外，还能够抑制应力集中于中心侧区域23与外周侧区域24之间的边界，能够得到耐久性优良的排气净化过滤器1。
另外，如图4～图6所示，流出格室孔52是八边形状，流入格室孔51是四边形状。由此，容易沿着相互正交的第一方向X和第二方向Y将流入格室孔51和流出格室孔52交替地排列。
另外，在图3所示的实施方式1所涉及的排气净化过滤器1中，中心侧区域23与外周侧区域24的边界线B是八边形状。由此，无需在中心侧区域23与外周侧区域24之间设置边界隔壁，在中心侧区域23和外周侧区域24中，能够容易地变更流入格室孔51的流路截面积。另外，能够使边界线B接近以蜂巢构造体2的中心轴为中心的圆形，因此能够遍及蜂巢构造体2的整体而有效地抑制排气的流速的偏差。
另外，流出格室孔52的流路截面积Sc2、So2在中心侧区域23和外周侧区域24中同等。即，Sc2＝So2。由此，能够得到制造容易并且在构造上稳定的排气净化过滤器1。
如上，根据本实施方式1所涉及的排气净化过滤器1，能够提供能够在提高颗粒状物质的捕集率的同时容易实现小型化的排气净化过滤器。
(实施方式2)
下面，参照图12～图14来说明实施方式2所涉及的排气净化过滤器1。如图12～图14所示，在本实施方式2所涉及的排气净化过滤器1中，具有在流入格室孔51的下游侧端面22设置有下游侧栓部30的构造。即，本实施方式2所涉及的排气净化过滤器1具有将蜂巢构造体2的下游侧端面22局部性地闭塞的下游侧栓部30。而且，流入格室孔51的下游侧端面22被下游侧栓部30闭塞。
其它结构与实施方式1的排气净化过滤器1同样。此外，以下的说明中使用的符号中与在实施方式1的说明中使用的符号相同的符号在没有特别说明的情况下具有相同的结构和动作。
在本实施方式2所涉及的排气净化过滤器1中，能够防止流入流入格室孔51的排气G从下游侧端面22窜走。
除此以外，具有与实施方式1的排气净化过滤器1同样的作用效果。
(实验例1)
在实验例1中，制造具有各种结构的排气净化过滤器的试样，对通过的排气气体的压力损失和颗粒状物质的捕集率进行了调查。作为试样，首先准备了以实施方式1所涉及的排气净化过滤器1的构造、所谓的单栓构造的排气净化过滤器1为基本构造将外周侧区域24中的流出格室孔52的开口宽度(mm)变更为四个种类的试样1～4。其中，在此准备的排气净化过滤器1如图10所示那样将边界线B设为正方形状。该正方形状的边界线B是60mm见方的正方形。这四个试样1～4中的各部的尺寸等如表1所示。[表1]
另外，蜂巢构造体2是圆柱形状，将其直径设为118.4mm，将轴向Z的长度设为118mm。另外，格室间距是1.505mm。
另外，准备了无中心侧区域23与外周侧区域24的区别而遍及整个区域具有相同的格室构造的排气净化过滤器，来作为试样5～13。这些排气净化过滤器的外形尺寸与试样1～4同样。试样5～13的各部的尺寸等如表2所示。
[表2]
(表2)
此外，压力损失和捕集率取决于蜂巢构造体的外径、长度、流出格室孔的大小、流入格室孔的大小、格室壁厚即壁厚度(mm)、格室间距、气孔特性(即，平均气孔径和气孔率)。因此，在本实验例1中使用的试样1～13中，固定了蜂巢构造体的外径、长度、格室间距、气孔特性。固定参数如下。蜂巢构造体的外径、长度如上所述。另外，格室间距是1.505mm。关于格室间距p，如图5所示那样能够定义为将流出格室孔52的宽度与流入格室孔51的宽度的平均值与格室壁的厚度相加得到的值。即，能够将格室间距p定义为图5所示的尺寸2p的一半的长度。另外，格室壁的平均气孔径是18μm，气孔率是60％。
另外，试样1～13是分别通过如下材料和制法来得到的。首先，蜂巢构造体是以化学组成由SiO2：45～55重量％、Al2O3：33～42重量％、MgO：12～18重量％构成的堇青石为主成分来构成的。作为材料，使用了至少将高岭土、二氧化硅、多孔质二氧化硅、滑石、氢氧化铝、氧化铝的原料混合了3种以上得到的材料。对该混合原料添加水、润滑油、粘合剂等并进行混炼和成形/干燥，由此得到蜂巢构造体。
在制作将蜂巢构造体进行成形时的模具时，进行了如下加工。即，在制作试样5～13的成形用的模具时，使用相同的构造的电极来进行了放电加工。另一方面，关于试样1～4的成形用的模具，由于中央的构造与外周侧的构造不同，因此分别准备构造不同的电极来进行放电加工，由此制作了模具。之后，对于利用该模具来成形的蜂巢构造体中的上游侧端面，将浆料注入到格子花纹状的模具。由此，在蜂巢构造体的规定部位处设置了栓部。然后，对具备栓部的蜂巢构造体在烧制炉中进行1430℃×20小时的热处理，由此进行了烧制。
而且，如表1、表2所示，对于将流出格室孔的大小、流入格室孔的大小、格室壁的厚度进行了各种变更的各试样1～13，测定了它们的压力损失和捕集率。评价方法如下。
首先，将试样1～13各自所涉及的排气净化过滤器安装在汽油直喷发动机的排气管内。然后，通过对排气净化过滤器的前后的压差进行测定，来测定了压力损失。另外，通过对排气净化过滤器的前后的颗粒状物质的颗粒数进行测定，来测定了各试样的捕集率。此外，将排气的温度设为450℃，将流量设为2.76m3/分钟。
将测定结果表示在表1、表2，并且在图15中示为压力损失(压损kPa)与捕集率的关系。在该图中，附加有符号E1、E2、E3、E4的标绘点分别表示试样1、试样2、试样3、试样4的测定结果。其它标绘点表示试样5～13的测定结果。观察试样5～13的测定结果可知，如果提高捕集率则压力损失也变大。而且，针对该试样5～13的压力损失与捕集率的测定值的标绘点组能够利用一个作为缓和的曲线的权衡线(Trade offline)Lt1来概略连接。即，可知捕集率与压力损失的关系处于如下的所谓的权衡的关系：如果提高捕集率则压力损失也变大，如果减小压力损失则捕集率降低。
与此相对，观察试样1～4的测定结果可知，标绘点E1～E4均存在于上述的权衡线Lt1的上侧、即捕集率高的一侧。也就是说，能够在抑制压力损失的同时提高捕集率。另外，在试样1～4中，特别是试样2、试样3、试样4的标绘点E2、E3、E4大幅脱离于权衡线Lt1。试样1中Sc2>So2，试样2和试样3中Sc2<So2，试样4中Sc2＝So2。
根据本实验例1的结果可以说，实施方式1的排气净化过滤器相比于具备相同的格室构造的排气净化过滤器而言能够在抑制压力损失的同时提高捕集率。而且，还可知特别优选的是设为Sc2≤So2。
(实验例2)
在实验例2中，针对所谓的两栓构造的排气净化过滤器，调查了通过的排气气体的压力损失和颗粒状物质的捕集率。作为试样，首先准备了以实施方式2所示的排气净化过滤器1为基本构造将外周侧区域24中的流出格室孔52的开口宽度变更为四个种类的试样21～24。其中，在此准备的排气净化过滤器1如图10所示那样将边界线B设为正方形状。该正方形状的边界线B是60mm见方的正方形。这四个试样21～24中的各部的尺寸等如表3所示。
[表3]
并且，在实验例2中，准备了无中心侧区域23与外周侧区域24的区别而遍及整个区域具有相同的格室构造的排气净化过滤器，来作为试样25～29。这些排气净化过滤器的外形尺寸与试样21～24同样。试样25～29的各部的尺寸等如表4所示。
[表4]
(表4)
除此以外，试样21～29各自的共同的参数与实验例1所示的试样1～13同样。另外，各试样的制法、评价方法等也只要没有特别说明则与实验例1的试样的情况同样。
将评价结果表示在表3、表4，并且在图16中示为压力损失(压损kPa)与捕集率的关系。在该图中，附加有符号E21、E22、E23的标绘点分别表示试样21、试样22、试样23、试样24的测定结果。其它标绘点表示试样25～29的测定结果。观察试样25～29的测定结果可知，如果提高捕集率则压力损失也变大。而且，与实验例1的情况同样地，针对该试样25～29的压力损失与捕集率的测定值的标绘点组能够利用一个权衡线Lt2来概略连接。即，可知捕集率与压力损失的关系处于如下的所谓的权衡的关系：如果提高捕集率则压力损失也变大，如果想要减小压力损失则捕集率降低。
与此相对，观察试样21～24的测定结果可知，标绘点E21～E24均存在于上述的权衡线Lt2的上侧、即捕集率高的一侧。也就是说，能够在抑制压力损失的同时提高捕集率。另外，在试样21～24中，特别是试样22、试样23、试样24的标绘点E22、E23、E24大幅脱离于权衡线Lt2。试样21中Sc2>So2，试样22和试样23中Sc2<So2，试样24中Sc2＝So2。
根据本实验例2的结果可以说，实施方式2的排气净化过滤器也相比于具备相同的格室构造的排气净化过滤器而言能够在抑制压力损失的同时提高捕集率。而且，还可知特别优选的是设为Sc2≤So2。
本发明不限定于上述的实施方式1和2所涉及的排气净化过滤器，在不脱离其宗旨的范围内能够应用于各种实施方式。例如在实施方式1中示出了将流入格室孔51设为四边形状、将流出格室孔52设为八边形状的排气净化过滤器1，但是例如也能够将流入格室孔和流出格室孔的形状均设为四边形状(正方形状)。在该情况下，优选的是，将流出格室孔的四边形状设为角部形成为曲线状的形状。另外，还能够设为使流出格室孔的流路截面积在中心侧区域和外周侧区域不同的方式。在该情况下，优选的是，使中心侧区域中的流出格室孔的流路截面积小于外周侧区域中的流出格室孔的流路截面积。
附图标记说明
1：排气净化过滤器；2：蜂巢构造体；21：上游侧端面；23：中心侧区域；24：外周侧区域；3：上游侧栓部；4：格室壁；5：格室孔；51：流入格室孔；52：流出格室孔。

Claims (7)

1.一种排气净化过滤器(1)，用于对排气中的颗粒状物质进行捕集，
该排气净化过滤器(1)具有蜂巢构造体(2)以及将该蜂巢构造体(2)的轴向(Z)上的上游侧端面(21)局部性地闭塞的上游侧栓部(3)，
上述蜂巢构造体(2)具有多个格室壁(4)以及被该格室壁(4)包围而形成的多个格室孔(5)，
在上述多个格室孔(5)中存在上述上游侧端面(21)被敞开的流入格室孔(51)以及上述上游侧端面(21)被上述上游侧栓部(3)闭塞并且下游侧端面(22)被敞开的流出格室孔(52)，
上述蜂巢构造体(2)具有包括中心轴的中心侧区域(23)以及配置于该中心侧区域(23)的外周侧的外周侧区域(24)，
上述排气净化过滤器(1)的特征在于，
在上述中心侧区域(23)和上述外周侧区域(24)各自中，上述流出格室孔(52)的流路截面积(Sc2、So2)大于上述流入格室孔(51)的流路截面积(Sc1、So1)，
上述中心侧区域(23)中的上述流入格室孔(51)的流路截面积(Sc1)小于上述外周侧区域(24)中的上述流入格室孔(51)的流路截面积(So1)，
上述中心侧区域(23)中的上述流入格室孔(51)的流路截面积(Sc1)相对于上述流出格室孔(52)的流路截面积(Sc2)之比即流路截面积比Rc小于上述外周侧区域(24)中的上述流入格室孔(51)的流路截面积(So1)相对于上述流出格室孔(52)的流路截面积(So2)之比即流路截面积比Ro，
在从轴向(Z)观察上述蜂巢构造体(2)时，遍及上述中心侧区域(23)和上述外周侧区域(24)，上述多个格室孔(5)在相互交叉的两个方向即第一方向(X)和第二方向(Y)上排列，上述流入格室孔(51)与上述流出格室孔(52)在上述第一方向(X)和上述第二方向(Y)上均交替地排列，上述中心侧区域(23)中的上述格室壁(4)的厚度比上述外周侧区域(24)中的上述格室壁(4)的厚度厚。
2.根据权利要求1所述的排气净化过滤器(1)，其特征在于，
在上述蜂巢构造体(2)中，遍及上述中心侧区域(23)和上述外周侧区域(24)而格室间距一定。
3.根据权利要求1或2所述的排气净化过滤器(1)，其特征在于，
上述中心侧区域(23)中的上述流出格室孔(52)的流路截面积(Sc2)为上述外周侧区域(24)中的上述流出格室孔(52)的流路截面积(So2)以下。
4.根据权利要求3所述的排气净化过滤器(1)，其特征在于，
在从轴向(Z)观察上述蜂巢构造体(2)时，各上述流出格室孔(52)是八边形状，各上述流入格室孔(51)是四边形状。
5.根据权利要求3所述的排气净化过滤器(1)，其特征在于，
在从轴向(Z)观察上述蜂巢构造体(2)时，上述中心侧区域(23)与上述外周侧区域(24)的边界线(B)是八边形状。
6.根据权利要求1所述的排气净化过滤器(1)，其特征在于，
在上述蜂巢构造体(2)中，上述中心侧区域(23)中的上述格室壁(4)的厚度为0.15～0.35mm的范围，上述外周侧区域(24)中的上述格室壁(4)的厚度为0.10～0.30mm的范围。
7.根据权利要求2所述的排气净化过滤器(1)，其特征在于，
上述蜂巢构造体(2)的上述中心侧区域(23)和上述外周侧区域(24)的一定的上述格室间距在1.14～2.54mm的范围内。
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