CN113557352A - 废气净化过滤器 - Google Patents

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Abstract

废气净化过滤器(1)配置在汽油发动机的排气通路中。废气净化过滤器(1)具有：隔壁(11)，具有大量的气孔(110)；多个单元(12)，被隔壁(11)划分；以及密封部(13)，在过滤器两端部将多个单元(12)交替地密封。隔壁(11)中，隔壁每1mm2的连通孔(111)的数量即连通孔数为4000个以上，当设隔壁(11)的平均气孔径为Aμm，设隔壁(11)表面的气孔(110)的平均表面开口径为Bμm时，满足A≥B。

Description

废气净化过滤器
关联申请的相互参照
本申请基于2019年7月29日提出的日本专利申请第2019－139122号，这里引用其记载内容。
技术领域
本发明涉及废气净化过滤器。
背景技术
在从汽油发动机、柴油发动机等内燃机排出的废气中，包含被称作颗粒物的粒子状物质(以下有时适当称作“PM”)。为了捕获该废气中的PM而进行废气的净化，在内燃机的排气通路中配置废气净化过滤器。
作为这种废气净化过滤器，例如在专利文献1中记载了以下废气净化过滤器：当设细孔部在隔壁中所占的体积比例为ε、设将细孔部的3D模型用缩颈部相互分离而生成了细孔要素群的情况下1mm3的隔壁所包含的细孔要素的个数为N时，满足N/ε≥60000(个/mm3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017－164691号公报
发明内容
从汽油发动机排出的PM量与从柴油发动机排出的PM量相比显著较少。但是，由于导入了PM的个数限制，所以在具有汽油发动机的车辆(以下称作“汽油车辆”)中也需要搭载能够将从汽油发动机排出的PM捕获的汽油颗粒物过滤器(以下有时适当称作“GPF”)。
在GPF中，有时涂覆用来将废气净化的催化剂。涂覆了催化剂的GPF，从废气净化性能的确保及堆积的PM的再生处理等观点来看，可以考虑设置在汽油发动机的正下方或紧靠启动(S/C)催化剂的下游。该情况下，由于排气布局有限，所以希望缩小过滤器容积。但是，过滤器容积的缩小导致压力损失(以下有时适当称作“压损”)的增加。此外，由于在汽油发动机中废气的温度高且流速也快，所以与柴油发动机相比压力损失容易增加。此外，因催化剂涂覆造成的隔壁的气孔的堵塞也成为压力损失增加的原因。这样，对于GPF，要求进一步降低初始的压损。
此外，从汽油发动机排出的PM量如上述那样非常少。因此，GPF与捕获从柴油发动机排出的PM的柴油颗粒物过滤器(以下有时称作“DPF”)相比，PM堆积从隔壁内部堆积转移到隔壁外部堆积(墙面(wall)堆积)为止需要非常长的时间。根据情况，也可能有达不到隔壁外部堆积的情况。此外，如果涂覆了催化剂则隔壁的气孔被堵塞，PM捕获率变差。因此，对于GPF，要求能够确保初始的PM捕获率。
除了上述以外，在PM中，除了固体状碳(烟垢(soot))以外，还含有来源于发动机油等的灰分(Ash)。灰分是在PM的再生处理后也残留的成分。在汽油车辆中，抑制由于经年使用而堆积的残留灰分所带来的压损上升变得重要。另外，虽然DPF也由于经年使用而残留灰分堆积从而压损上升，但由于废气温度较低，在排气布局上也有余量，所以灰分堆积后的压损上升的抑制到目前为止不成为问题。
另外，专利文献1的技术认为通过采用上述结构能够使PM的捕获效率提高，但根据缩颈部的直径，难以说PM捕获率一定提高。此外，由于存在较多数量的缩颈部，还有可能导致压损变差。
本发明的目的在于，提供能够实现初始的压损降低、初始的PM捕获率的确保、以及灰分堆积后的压损上升的抑制的废气净化过滤器。
本发明的一技术方案是一种废气净化过滤器，配置在汽油发动机的排气通路中，具有：隔壁，具有大量的气孔；多个单元，被上述隔壁划分；以及密封部，在过滤器两端部将多个上述单元交替地密封；上述隔壁包括使邻接的上述单元之间连通的连通孔；上述隔壁的每1mm2的上述连通孔的数量即连通孔数为4000个以上；当设上述隔壁的平均气孔径为Aμm，设上述隔壁表面的上述气孔的平均表面开口径为Bμm时，满足A≥B。
上述废气净化过滤器具有上述特定的结构，特别是，隔壁每1mm2的连通孔数为特定个数以上，并且，隔壁的平均气孔径Aμm、隔壁表面的气孔的平均表面开口径Bμm满足A≥B。因此，根据上述废气净化过滤器，能够实现初始的压损降低、初始的PM捕获率的确保、以及灰分堆积后的压损上升的抑制。
另外，技术方案中记载的括号内的标记表示与后述的实施方式中记载的具体机构的对应关系，并不限定本发明的技术范围。
附图说明
关于本发明的上述目的及其他目的、特征及优点，一边参照附图一边通过下述详细记载会更加明确。
图1是实施方式1的废气净化过滤器的立体图。
图2是实施方式1的废气净化过滤器的沿着过滤器轴向的剖视图。
图3是表示实施方式1的废气净化过滤器中的废气的流动的图。
图4是表示对隔壁中的连通孔的数量进行测定时使用的灰度值(gray value)图的一例的图。
图5是表示对隔壁中的连通孔的数量进行测定时取得的、隔壁构造模型中的连通孔的一例的图。
图6是关于实施方式1的废气净化过滤器而表示对隔壁表面的气孔的表面开口径进行测定时取得的、由扫描型电子显微镜得到的隔壁表面的反射电子像的一例的图。
图7是表示将图6的反射电子像进行二值化处理而成的二值化图像的一例的图。
图8是示意地表示PM的微构造的图。
图9是将废气流入的隔壁表面侧放大表示的隔壁的剖视图。
图10是表示在图9所示的隔壁的表面开口附近PM发生偏析的情形的图。
图11是表示在图10所示的PM被再生处理后、包含在PM中的灰分残留的情形的图。
图12是表示在有图11所示的残留灰分的状态下PM再次被捕获的情形的图。
图13是表示通过从图12的状态起进而反复进行PM的堆积及PM的再生处理、灰分将隔壁表面的气孔的表面开口跨接的情形的图。
图14是表示图13所示的将表面开口跨接的灰分由于废气的流动而剥离、剥离了的灰分被向气体流出侧的密封部输送的情形的图。
图15是表示废气净化过滤器的透气系数的测定方法的图。
图16的(a)是表示在从废气净化过滤器取得的测定试料的上游侧端面上粘贴的密封部形成用的带的一例的图。图16的(b)是表示在从废气净化过滤器取得的测定试料的下游侧端面上粘贴的密封部形成用的带的一例的图。
图17是表示气体流速(X轴)与压损(Y轴)的关系图的一例的图。
图18是表示通过实验例得到的透气系数比kc/k10与压损上升率的关系的图。
具体实施方式
(实施方式1)
使用图1～图17对实施方式1的废气净化过滤器进行说明。如图1～图3所例示的那样，本实施方式的废气净化过滤器1配置在汽油发动机的排气通路(未图示)中而使用。即，废气净化过滤器1是能够将从汽油发动机排出的PM2(参照后述的图8)捕获的汽油颗粒物过滤器(GPF)。另外，设图1～图3所示的两端箭头的方向为废气净化过滤器1的过滤器轴向X。
废气净化过滤器1具有隔壁11、多个单元12、以及密封部13。如在图1及图2中例示的那样，隔壁11例如能够在形成为圆筒状等筒状的表皮部14的内侧以在与过滤器轴向X垂直的剖视中呈格子状等形状的方式设置。即，由隔壁11、单元12和表皮部14构成蜂窝构造部。在废气净化过滤器1中，隔壁11、表皮部14例如可以由堇青石等形成。在隔壁11的材质是堇青石的情况下，耐热冲击性提高，并且能够实现低热容化，所以容易实现废气净化过滤器1的早期预热。此外，密封部13例如可以由堇青石等陶瓷形成，但也可以是其他材质。
多个单元12被隔壁11划分而形成。单元12被隔壁11包围而形成气体流路。单元12的伸长方向通常与过滤器轴向X一致。在与过滤器轴向X垂直的剖视中，单元形状例如可以如在图1中例示的那样为四边形。单元形状并不限定于此，例如也可以是三角形、六边形等多边形或圆形等。此外，单元形状也可以通过两种以上的不同形状的组合而构成。
多个单元12如在图2中例示的那样，在过滤器两端部被密封部13交替地密封。具体而言，多个单元12能够具有：第1单元121，在废气流入侧的过滤器端面15(上游侧端面)开口，在废气流出侧的过滤器端面16(下游侧端面)被密封部13堵塞；以及第2单元122，在废气流出侧的过滤器端面16开口，在废气流入侧的过滤器端面15被密封部13堵塞。由此，如在图3中例示的那样，从废气流入侧的过滤器端面15流入到第1单元121内的废气G在第1单元121内流动并在多孔质的隔壁11内流动而达到第2单元122。达到了第2单元122的废气G在第2单元122内流动，从废气流出侧的过滤器端面16排出。
第1单元121和第2单元122在与过滤器轴向X正交的横向上以及与过滤器轴向X及横向双方正交的纵向上都能够例如以相互相邻的方式交替地排列而形成。该情况下，当从过滤器轴向X观察废气流入侧的过滤器端面15或废气流出侧的过滤器端面16时，第1单元121和第2单元122例如被配置为棋盘格图案状。相互邻接的第1单元121及第2单元122在它们之间夹着隔壁11而被隔开。
隔壁11如在图9中例示的那样，具有许多气孔110。隔壁11包括使邻接的单元12间连通的连通孔111。连通孔111具体而言使相互邻接的第1单元121、第2单元122间连通。隔壁11除了连通孔111以外可以还包括不使邻接的单元12间连通、具体而言不使相互邻接的第1单元121、第2单元122间连通的非连通孔112。另外，在图9等中，将连通孔111二维地简化表示，但可以认为连通孔111中三维地交叉的连通孔占大部分。
在废气净化过滤器1中，隔壁的每1mm2的连通孔111的数量即连通孔数被设为4000个以上。隔壁的每1mm2的连通孔数根据将由X线CT装置取得的隔壁11的断层照片三维化而得到的隔壁构造模型来计算。具体而言，隔壁的每1mm2的连通孔数如以下这样测定。
从废气净化过滤器1切割出隔壁片。但是，存在密封部13的部分除外。隔壁片被设为过滤器轴向X的长度为约700μm、与过滤器轴向X正交的隔壁表面方向的宽度为约700μm、厚度为隔壁厚度的长方体状。接着，将隔壁片一边真空脱气一边埋入树脂，作为X射线CT摄像样本。对于该样本，使用X射线CT装置，在电压：80kV、步长：0.1°、分辨率：0.684787μm/pixel的摄像条件下取得连续断层图像。得到的TIFF形式的连续断层图像，利用由Math2Market GmbH公司开发的微构造模拟软件即GeoDict的界面之一即importGeo－Vol功能，以0.6874787μm/voxel的条件读入。接着，为了将所读入的图像的骨架部与空间部分离，以图4所示那样的灰度值图中的分离为两个峰时的交叉部为阈值，将隔壁片三维模型化。接着，将三维模型的噪声除去，并将不需要部分除去，以成为600voxel×600voxel×隔壁厚度voxel。接着，使用作为GeoDict的模块之一的Porodict功能中的Percolation Path，导出该三维化的隔壁构造模型M中的连通孔111的数量。在图5中表示隔壁构造模型中的连通孔的一例。另外，图5所示的隔壁构造模型M中的上表面M1是废气流入侧的隔壁表面，背面M2是废气流出侧的隔壁表面。在上述导出后，将所导出的连通孔数换算为废气流入侧的隔壁表面(上表面M1)的每1mm2面积的连通孔数。将上述的测定对于从6处切割出的各隔壁片实施，将所得到的各连通孔数的换算值的平均值作为隔壁每1mm2的连通孔数。另外，具体而言，隔壁片从以下6处取得：废气净化过滤器1的穿过直径的中心部的过滤器轴向X上的中央部分、靠近过滤器端面15侧的密封部13的上游侧部分、靠近过滤器端面16侧的密封部13的下游侧部分、废气净化过滤器1的外周部的过滤器轴向X上的中央部分、靠近过滤器端面15侧的密封部13的上游侧部分、靠近过滤器端面16侧的密封部13的下游侧部分。
在废气净化过滤器1中，将隔壁11的平均气孔径(即，隔壁11内部的平均气孔径)设为Aμm。隔壁11的平均气孔径A如以下这样测定。
隔壁11的平均气孔径A通过利用了压汞法的原理的压汞仪来测定。具体而言，从废气净化过滤器1切割出试验片。但是，存在密封部13的部分除外。试验片成为与过滤器轴向X正交的方向的尺寸是纵15mm×横15mm、过滤器轴向X的长度是20mm的长方体。接着，将试验片容纳到压汞仪的测定单元内，将测定单元内减压。然后，向测定单元内导入水银并加压，根据加压时的压力和被导入到试验片的隔壁11的气孔110内的水银的体积，测定气孔径和气孔容积。测定在压力0.5～20000psia的范围中进行。另外，0.5psia相当于0.35×10－3kg/mm2，20000psia相当于14kg/mm2。对应于该压力范围的气孔径的范围是0.01～420μm。作为根据压力计算气孔径时的常数，使用接触角140°及表面张力480dyn/cm。平均气孔径A是在隔壁11的气孔径分布中从气孔径较小侧起的累积气孔容积为50％的气孔径(气孔容积的累计值为50％的气孔径)d50。
在废气净化过滤器1中，设隔壁11表面的气孔110的平均表面开口径为Bμm。隔壁11表面的气孔110的平均表面开口径B如以下这样测定。
在废气G流入侧的隔壁11表面及废气G流出侧的隔壁11表面，形成有由气孔110形成的表面开口113。这里，使用扫描型电子显微镜(SEM)，取得废气G流入侧的隔壁11表面(即，面向上述的第1单元121的隔壁11表面)的反射电子像。但是，存在密封部13的部分的隔壁11表面除外。此时，加速电压可以设为10kV，倍率可以设为300倍。在图6中表示隔壁11表面的反射电子像的一例。在图6的反射电子像中，黑色区域是隔壁11表面的表面开口113，淡灰色区域是隔壁11表面的骨架部114。接着，使用图像解析软件(WinROOF，三谷商事公司(日语原文：三谷商事社)制作)，对摄影图像进行二值化处理。二值化处理以将隔壁11表面的表面开口113和隔壁11表面的骨架部114区别为目的。表面开口113和骨架部114由于亮度相互不同，所以在二值化处理中，实施残留在摄影图像中的噪声的除去，在设定了任意的阈值后进行二值化处理。由于阈值根据摄影图像而不同，所以一边目视确认摄影图像，一边按每个摄影图像来设定能够将表面开口113和骨架部114分离的阈值。在图7中表示二值化图像的一例。在图7的二值化图像中，淡灰色区域是隔壁11表面的表面开口113，黑色区域是隔壁11表面的骨架部114。关于得到的二值化图像中的表面开口113，按每个表面开口113计算具有与表面开口113的面积相同面积的正圆的直径即圆对应直径，设将计算出的全部的圆对应直径累计并除以表面开口113的数量而得到的值为表面开口径。从如上述那样对隔壁11表面的不同的任意5处求出的各二值化图像得到的各表面开口径的平均值被设为隔壁11表面的气孔110的平均表面开口径B。
废气净化过滤器1中，上述的平均气孔径Aμm和平均表面开口径Bμm满足A≥B。
废气净化过滤器1，如上述那样规定的隔壁每1mm2的连通孔数为4000个以上，隔壁11的平均气孔径A的值为隔壁11表面的气孔110的平均表面开口径B的值以上(A≥B)。由此，废气净化过滤器1能够实现初始的压损降低、初始的PM捕获率的确保、以及灰分堆积后的压损上升的抑制。以下，使用图8～图14说明得到这样的效果的机理。
如图8所示，PM2除了作为主成分的固体状碳(烟垢)21以外，还包含可溶有机成分(SOF)22及来源于发动机油等的灰分(Ash)23。如图9所示，PM2在穿过隔壁11内的气孔110时被捕获。另外，图9中的箭头表示在气孔110内流动的废气G的流动。当隔壁11每1mm2的连通孔数为上述的特定值以上、设隔壁11的平均气孔径为Aμm、设隔壁11表面的平均表面开口径为Bμm时，在包含灰分23的PM2被满足A≥B的隔壁11捕获的情况下，如图10所示，PM2在废气G流入侧的隔壁11表面所形成的表面开口113附近发生偏析。进而，如图11所示，在PM2被再生处理后，PM2中含有的灰分23残留。如图12所示，在有残留的灰分23的状态下，在包含灰分23的PM2再次被隔壁11捕获的情况下，PM2在隔壁11表面的表面开口113附近发生偏析，并且还堆积在残留的灰分23附近。如图13所示，通过反复进行包含灰分23的PM2的堆积及PM2的再生处理，隔壁11表面的表面开口113被灰分23跨接。然后，如在图14中例示的那样，将表面开口113跨接的灰分23由于PM2的再生及废气G的流动而剥离，剥离了的灰分23被向气体流出侧的密封部13输送。被输送的灰分23堆积在过滤器最下游部10(参照图3，也可以称作过滤器底部)。将隔壁11外部的表面覆盖的灰分23使压损上升，但堆积在过滤器最下游部10的灰分23使压损不易上升。即，当隔壁11每1mm2的连通孔数为上述的特定值以上、设隔壁11的平均气孔径为Aμm、设隔壁11表面的平均表面开口径为Bμm时，通过采用满足A≥B的隔壁11，在隔壁11的表面开口113发生灰分23的跨接，上述的灰分23的剥离变得容易发生。结果，能够使堆积在过滤器最下游部10的灰分23比将隔壁11外部的表面覆盖的灰分23多。如果堆积在过滤器最下游部10的灰分23变多，则灰分23堆积后的隔壁11的气体透过性也变高，成为低压损。通过以上的机理，可以想到，不仅能够兼顾废气净化过滤器1的初始的压损降低以及初始的PM捕获率的确保，还能够实现灰分23堆积后的压损上升的抑制。
在废气净化过滤器1中，如果隔壁每1mm2的连通孔数小于4000个，则初始的压损降低效果下降。此外，初始的PM捕获性能也下降。隔壁每1mm2的连通孔数从初始的压损降低、初始的PM捕获性能的提高等观点来看可以优选地设为4100个以上，更优选地设为4300个以上，更加优选地设为4500个以上。隔壁每1mm2的连通孔数从初始的压损降低、强度低下抑制等观点来看可以优选地设为5500个以下，更优选地设为5300个以下，更加优选地设为5100个以下。
在废气净化过滤器1中，设连通孔111中的最小径为10μm以下的连通孔111的数量为Nmin，设连通孔111的全部数量为Nall时，由100×Nmin/Nall的式子表示的、最小径为10μm以下的连通孔111的比例优选为90％以上。根据该结构，能够使初始的PM捕获性能提高。
各连通孔111的最小径能够利用上述GeoDict的模块之一的Porodict功能中的Percolation Path而与隔壁构造模型M中的连通孔111的数量的导出同时地求出。具体而言，设隔壁构造模型M的隔壁厚度方向为Z轴，通过对每1voxel连续计算与连通孔111的孔壁面内切的内切圆中最大的最大内切圆的中心位置，从而搜索路径，在路径的搜索中途最大内切圆由于路径较窄而无法内切的情况下，通过从最初开始用1个较小的内切圆(＝比最大内切圆小相当于1voxel×2的量的内切圆)再次执行计算，从而能够求出各连通孔111的最小径。另外，GeoDict的Percolation Path的计算方法的详细情况能够适当参照GeoDict的手册的记载。
全部连通孔中的最小径为10μm以下的连通孔111的比例从初始的PM捕获性能的提高等观点来看可以优选地设为92％以上，更优选地设为93％以上，更加优选地设为95％以上。
在废气净化过滤器1中，如果平均气孔径A变得比平均表面开口径B小(A<B)，则包含灰分23的PM2容易向隔壁11的气孔110内侵入，灰分23容易堆积在气孔110内。因此，难以发生跨接于表面开口113的灰分23的剥离，导致因车辆的经年使用而堆积残留的灰分23带来的压损上升。废气净化过滤器1，从可靠地抑制因车辆的经年使用而堆积残留的灰分23所带来的压损上升等观点来看，平均气孔径Aμm和平均表面开口径Bμm优选的是满足A>B。
在废气净化过滤器1中，隔壁11的平均气孔径A能够设为超过15μm且小于21μm。通过使隔壁11的平均气孔径A超过15μm，容易得到初始的压损降低效果。通过使隔壁11的平均气孔径A小于21μm，容易确保初始的PM捕获性能。
在废气净化过滤器1中，隔壁11表面的气孔110的平均表面开口径B能够设为11μm以上20μm以下。通过将隔壁11表面的气孔110的平均表面开口径B设为11μm以上，容易得到初始的压损降低效果。通过将隔壁11表面的气孔110的平均表面开口径B设为20μm以下，包含灰分23的PM2不易堆积到隔壁11内部，容易发生灰分23的剥离，容易抑制因车辆的经年使用而堆积残留的灰分23所带来的压损上升。
在废气净化过滤器1中，废气G流入侧的隔壁11表面的气孔110的表面开口率能够设为30％以上40％以下。通过将隔壁11表面的气孔110的表面开口率设为30％以上，容易得到初始的压损降低效果。此外，通过将隔壁11表面的气孔110的表面开口率设为40％以下，包含灰分23的PM2不易堆积在隔壁11内部，容易发生灰分23的剥离，容易抑制因车辆的经年使用而堆积残留的灰分23所带来的压损上升。
隔壁11表面的气孔110的表面开口率能够通过100×(上述的全部的二值化图像中的各表面开口113的面积的合计值)/(全部的二值化图像的面积的合计值)的式子计算。全部的二值化图像是指，在隔壁11表面的气孔110的平均表面开口径B的测定方法的说明中描述过的5处二值化图像。
在废气净化过滤器1中，隔壁11的气孔率能够设为60％以上70％以下。通过将隔壁11的气孔率设为60％以上，容易实现初始的压损降低和PM捕获性能的提高。此外，通过将隔壁11的气孔率设为70％以下，容易确保废气净化过滤器1自身的强度，容易抑制因装箱(casing)时的应力或PM2的再生处理时的发热所造成的破裂。隔壁11的气孔率从初始的压损降低等观点来看可以优选地设为62％以上，更优选地设为63％以上。此外，隔壁11的气孔率从废气净化过滤器1的强度提高等观点来看可以优选地设为68％以下，更优选地设为67％以下，更加优选地设为66％以下。另外，这些上下限分别能够任意地组合。
隔壁11的气孔率与隔壁11的平均气孔径A的测定方法同样，通过利用了压汞法原理的压汞仪来测定。具体而言，隔壁11的气孔率能够通过以下的关系式来计算。
隔壁11的气孔率(％)＝总气孔容积/(总气孔容积+1/隔壁材料的真比重)×100
另外，在隔壁材料为堇青石的情况下，作为堇青石的真比重，能够使用2.52。
废气净化过滤器1，在堆积了20g/L以上40g/L以下的灰分23的状态下，当设距废气流入侧的过滤器端面15为10mm的位置X10(参照图2)处的隔壁11的透气系数为k10，设废气流入侧的过滤器端面15与废气流出侧的过滤器端面16之间的中央位置XC(参照图2)处的隔壁的透气系数为kc时，能够做成透气系数比kc/k10的值为1.5以下的结构。根据该结构，能够可靠地抑制灰分堆积后的压损上升。
在上述中，如果灰分23的堆积量变得比20g/L少，则在距废气流入侧的过滤器端面15为10mm的位置X10以及废气流入侧的过滤器端面15与废气流出侧的过滤器端面16之间的中央位置XC，灰分23都不堆积在隔壁11外部或者是微量的，所以难以得知灰分23的剥离所带来的效果。因此，在上述中，将灰分23的堆积量设为20g/L以上。另一方面，如果灰分23的堆积量变得比40g/L多，则剥离而堆积在过滤器最下游部10的灰分23变多，可以想到其影响会达到废气流入侧的过滤器端面15与废气流出侧的过滤器端面16之间的中央位置XC，难以得知灰分23的剥离所带来的效果。因此，在上述中，将灰分23的堆积量设为40g/L以下。
kc/k10是表示透气系数kc与透气系数k10的大小关系的指标。灰分23越堆积，隔壁11的透气系数的值越小。此外，关于被导入到废气净化过滤器1的单元12内的废气G的流速，距废气流入侧的过滤器端面15为10mm的位置X10比废气流入侧的过滤器端面15与废气流出侧的过滤器端面16之间的中央位置XC快。即，成为这样的关系：相比于废气流入侧的过滤器端面15与废气流出侧的过滤器端面16之间的中央位置XC，灰分23的堆积量在距废气流入侧的过滤器端面15为10mm的位置X10处较多。如果将其替换为透气系数而考虑，则灰分23堆积后的透气系数k10与透气系数kc的关系为，透气系数kc比透气系数k10大。即，在不具备本发明的结构的以往的废气净化过滤器中，通常kc/k10的值变大。在实验例中后述，具体而言，如果kc/k10的值超过1.5，则相对于初始压损而言的灰分23堆积后的压损上升率变高，是不优选的。认为这是因为，距废气流入侧的过滤器端面15为10mm的位置X10处的隔壁11表面的灰分23没有剥离而堆积到气孔110内。由此，为了抑制压损上升率，kc/k10的值优选的是1.5以下。认为这是因为，距废气流入侧的过滤器端面15为10mm的位置X10周边的隔壁11表面的灰分23的剥离被促进。但是，并不是全部的灰分23剥离而被输送并堆积到过滤器最下游部10的密封部13附近。一部分灰分23残留在隔壁11内及隔壁11表面附近。作为上述结果，在kc/k10的值为1.5以下的范围中，能够将相对于初始压损而言的灰分23堆积后的压损上升率抑制得较低。
另外，各透气系数k10、kc如以下这样测定。首先，使20g/L以上40g/L以下的灰分23堆积于废气净化过滤器1。灰分23的堆积能够通过使用包含2％的来源于发动机油的灰分的汽油使汽油发动机动作、使灰分向搭载在排气通路中的废气净化过滤器1堆积来实施。具体而言，(1)在理想空燃比(stoichiometry)气氛下，在废气净化过滤器1的中心温度800℃下以9分钟的条件使PM2堆积，(2)在大气气氛下，在废气净化过滤器1的中心温度800℃～900℃下以1分钟的条件将PM2再生处理。通过反复进行上述(1)的PM2的堆积和上述(2)的PM2的再生处理，使灰分23堆积于废气净化过滤器1。灰分23的堆积量能够适当通过将废气净化过滤器1取出并进行重量测定来掌握。
接着，对于堆积了上述规定量的灰分23的废气净化过滤器1，从距废气流入侧的过滤器端面15为10mm的位置X10、以及废气流入侧的过滤器端面15与废气流出侧的过滤器端面16之间的中央位置XC，分别挖取不包括密封部13的测定试料。此时，位置X10处的测定试料以使距废气流入侧的过滤器端面15为10mm的位置成为上游侧端面的方式取得。另一方面，中央位置XC处的测定试料以使中央位置XC成为上游侧端面的方式取得。各测定试料的形状被做成直径为30mm、过滤器轴向的长度为25mm的圆柱形状。另外，被挖出的各测定试料的表皮部14例如能够通过胶粘来形成。
接着，如在图15中例示的那样，向测定试料3的过滤器轴向X上的两端面315、316分别粘贴聚酯胶带(polyester tape)315a、316a。接着，例如通过钎焊烙铁等使聚酯胶带315a、316a部分地消失，以使得由聚酯胶带315a、316a形成交替的密封部13。这样，在测定试料3的作为废气流入侧的过滤器端面的上游侧端面315，如图16的(a)所例示的那样，例如使13个单元12开口并通过由聚酯胶带315a形成的密封部13使其余的单元12堵塞。另一方面，在测定试料3的作为废气流出侧的过滤器端面的下游侧端面316，如图16的(b)所例示的那样，例如使24个单元12开口并通过由聚酯胶带316a形成的密封部13使其余的单元12堵塞。即，代替由陶瓷构成的密封部13而形成由聚酯胶带315a、316a形成的密封部13。另外，这里，在透气系数的测定时，说明了由聚酯胶带315a、316a形成了密封部13的测定试料3，但使用形成有陶瓷制的密封部13的测定试料3也能得到同样的结果。
接着，如在图15中例示的那样，使气体从测定试料3的上游侧端面315朝向测定试料3的下游侧端面316流动，通过孔径仪(permporometer)4测定气体流速与压损的关系。具体而言，测定变更了气体流速时的压损。另外，图15中的箭头表示气体的流动。并且，求出气体流速(X轴)与压损(Y轴)的关系图。在图17中表示气体流速(X轴)与压损(Y轴)的关系图的一例。在该关系图中，表示了孔径仪4的实测值(标绘点)和通过以下的式(i)～(viii)求出的计算值(虚线)。以下，对式(i)～(viii)进行说明。
废气净化过滤器1的压损ΔP(单位：Pa)、气体向单元12流入时的收缩压损ΔPinlet与气体从单元12流出时的扩大压损ΔPexit之和ΔPinlet/exit(单位：Pa)、单元12内的气体穿过时的压损ΔPchannel(单位：Pa)、以及隔壁11的气体穿过时的压损ΔPwall(单位：Pa)满足下述的式(i)的关系。
ΔP＝ΔPinlet/exit+ΔPchannel+ΔPwall…(i)
此外，ΔPinlet/exit、单元12的开口面积Aopen(单位：m2)、废气流入侧的过滤器端面15中的单元12的开口面积Ain(单位：m2)、单元12内的气体流速Vchannel(单位：m/s)、空气密度ρ(单位：kg/m3)满足下述的式(ii)的关系。
[数学式1]
Figure BDA0003236442000000141
此外，ΔPchannel+ΔPwall、透气系数k(单位：m2)、废气净化过滤器1的过滤器轴向X的长度L(单位：m)、单元12的水力直径a1(单位：m)、隔壁11的厚度w(单位：m)、单元12内的摩擦系数F(单位：无因次)、雷诺数(单位：无因次)、气体粘度μ(单位：Pa·s)和单元12内的气体流速Vchannel(单位：m/s)满足下述的式(iii)～式(viii)的关系。另外，在式(iii)中，e是指数函数exp。
[数学式2]
Figure BDA0003236442000000142
[数学式3]
Figure BDA0003236442000000143
[数学式4]
Figure BDA0003236442000000144
[数学式5]
Figure BDA0003236442000000145
[数学式6]
Figure BDA0003236442000000146
[数学式7]
Figure BDA0003236442000000151
基于上述式(i)～(viii)，计算压损值。在图17中例示的气体流速(X轴)与压损(Y轴)的关系图所示的作为计算值的虚线，是通过计算求出的压损值。根据式(i)～(viii)可以理解到，除了透气系数k，通过对过滤器长度L、单元的开口面积Aopen、水力直径a1、隔壁11的厚度w进行测定来计算压损值，即使变更气体流速，它们的值也不变化。因而，通过对透气系数输入任意的值，能够导出气体流速(X轴)与压损(Y轴)的关系图中的计算值。
例如，如果输入透气系数较大的值，则压损值变得比实测值低，计算值低于实测值。另一方面，如果输入透气系数较小的值，则计算值高于实测值。因此，为了以使计算值最接近于实测值的方式进行近似，通过最小二乘法算出计算值与实测值的差最小的透气系数k。该计算值成为透气系数k。即，透气系数k是根据由孔径仪测定的压损的实测值，通过式(i)～(viii)反向计算透气系数而得到的值。如以上这样，能够求出堆积了规定量的灰分的状态下的规定位置处的透气系数k10、kc。另外，孔径仪例如能够使用Porous Materials公司制造的CEP－1100AXSHJ等。
上述的废气净化过滤器1通过在隔壁11上载放有催化剂的状态下使用而能够发挥充分的效果，但也能够在不在隔壁11上载放催化剂的状态下使用。另外，在使隔壁11载放催化剂的情况下，催化剂量例如能够设为30g/L以上150g/L以下。通常，如果载放催化剂则隔壁11内的气孔110的一部分被催化剂堵塞。此外，催化剂的载放方法有各种各样的方法，例如有在隔壁11内均匀地载放的情况、或较多地载放于隔壁11表层的方法等，但通过这些载放方法，既有PM捕获率提高的情况，也有变差的情况。在本发明中，隔壁11表面的表面开口径是重要的，考虑这一点，优选的是将催化剂均匀地载放在隔壁11内的方法。只要是将催化剂均匀地载放在隔壁11内的方法，则隔壁11表面的气孔110的平均表面开口径与隔壁11的平均气孔径之比相对于不进行催化剂载放的情况而言不发生变化。由此，有PM捕获率下降、初始压损上升的倾向，但灰分23堆积压损的作用效果不变。
<实验例>
对实施例及比较例的各废气净化过滤器进行说明。在本实验例中，各废气净化过滤器以堇青石为主成分，该堇青石具有包含SiO2：45质量％以上55质量％以下、Al2O3：33质量％以上42质量％以下、MgO：12质量％以上18质量％以下的化学成分。另外，以堇青石为主成分是指50质量％以上为堇青石。因而，在制造本实验例的各废气净化过滤器时，使用包括Si源、Al源及Mg源的堇青石形成原料，以通过烧成来生成堇青石。
－废气净化过滤器的制造－
(实施例1)
在制造实施例1的废气净化过滤器时，通过调配多孔质二氧化硅(Si源)、滑石(Mg源)、氢氧化铝(Al源)来调制堇青石形成原料，以成为表1所示的调配比例(质量％)。
另外，使用的多孔质二氧化硅的视密度是0.22g/cm3。在视密度的测定中，使用了作为振实密度(tap density)法流动性附着力测定器的SEISHIN(日语原文：セイシン)公司制造的振实密度计。具体而言，在将二氧化硅填充到测定器的筒体中之后，通过振实使二氧化硅压缩，根据压缩状态的二氧化硅的质量和筒体的体积，计算视密度。此外，对于氢氧化铝，一并使用了平均粒径为3μm和平均粒径为8μm的氢氧化铝。“平均粒径”是指通过激光衍射/散射法求出的粒度分布中的体积累计值为50％时的粒径。
在堇青石形成原料中添加水(溶剂)、甲基纤维素(粘合剂)、分散剂，以成为表1所示的调配比例(质量％)，通过用混匀机混合，制作出包含堇青石形成原料的坯土。上述分散剂主要用于抑制粒子彼此的凝聚，使分散性提高，具体而言，使用了平均分子量为4550的聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚。
[表1]
Figure BDA0003236442000000161
这里，在如实施例1那样使用多孔质二氧化硅的原料类中，由于粒子间的间隙大量存在，所以在进行坯土化时需要较多的溶剂(这里是水)。这样，为了在溶剂量较多的状态下提高上述的分散性，加强坯土混匀时的搅拌是有效的。但是，通过该搅拌而抑制粒子的凝聚，难以直接确认粒子是否分散到了坯土内。
因此，在本实验例中，作为混匀了的坯土内的新的粒子分散性的指标而导入了坯土密度背离率。具体而言，将用金属模挤压成形前的坯土取出，随机地抽取8处坯土。将抽取到的坯土投放到岛津制作所公司(日语原文：島津製作所社)制造的加压测定器“autograph”中的直径25mm、长度20mm的测定器内，通过1kN的加压进行压缩，根据所取出的坯土的容积及重量来计算坯土密度。将对于8处坯土计算出的坯土密度的平均值设为实测的坯土密度。相对于此，将预先根据原料的调配比例计算的坯土密度设为计算的坯土密度。通过确认实测的坯土密度相对于该计算的坯土密度的差(背离率)，能够判断粒子分散性。实测的坯土密度越是小于计算的坯土密度，越是由于分散剂的较差浸润性而在粒子表面存在较多空气，所以粒子分散性变差。另一方面，实测的坯土密度越是接近于计算的坯土密度的值，粒子分散性越好。
在实施例1中，任意改变混匀机的速度、使坯土反复通过混匀机的次数，使用了以下的坯土密度背离率调整为小于10％的坯土。另外，如果提高混匀机的速度，则有坯土密度背离率向变小的方向变动的倾向。此外，如果增加坯土反复通过混匀机的次数，则有坯土密度背离率向变小的方向变动的倾向。
坯土密度背离率(％)＝100×{(计算的坯土密度)－(实测的坯土密度)}/(计算的坯土密度)
将如上述那样调整后的坯土通过挤压成形而成形为蜂窝状。成形体在干燥后切断为规定的长度。
接着，将成形体在1430℃下进行烧成，得到蜂窝构造的烧结体。
接着，使用浸渍法，利用包含与蜂窝构造的烧结体相同种类的陶瓷原料的浆料，将单元的废气流入端面和废气流出端面交替地填埋并烧成，形成密封部。
通过以上步骤，制造出实施例1的废气净化过滤器。
(实施例2～实施例7)
在实施例1中，将堇青石形成原料中的多孔质二氧化硅的平均粒径、视密度进行了变更。多孔质二氧化硅的平均粒径越大则形成的隔壁的气孔径越大，多孔质二氧化硅的视密度越小则形成的隔壁的气孔率越高。此外，在粒径大小不同的氢氧化铝的调配中如果增加大粒径的比例则表面开口率和平均表面开口径变大。进而，如果将烧成时的1200℃至1430℃间的升温速度加快，则能够使气孔径和平均表面开口径变大。将这些条件组合而进行制造。另外，氢氧化铝的总调配比例与实施例1相同，将粒径大小不同的氢氧化铝的调配进行变更，其他的坯土的调配比例与实施例1相同。并且，与实施例1同样，任意改变混匀机的速度及使坯土反复通过混匀机的次数，使用将坯土密度背离率调整为小于10％的坯土，使烧成时的1200℃至1430℃间的升温速度变化，从而制造出实施例2～实施例7的废气净化过滤器。
(比较例1)
在比较例1的废气净化过滤器的制造时，通过将熔融二氧化硅(Si源)、滑石(Mg源)、氢氧化铝(Al源)进行调配以成为表2所示的调配比例(质量％)，调制出堇青石形成原料。另外，所使用的熔融二氧化硅的视密度为1.35g/cm3。
对堇青石形成原料添加水(溶剂)、甲基纤维素(粘合剂)、润滑油、石墨以成为表2所示的调配比例，通过用混匀机混合，制作出包含堇青石形成原料的坯土。润滑油用于使坯土与成形机及金属模表面的金属部的滑动提高而加快成形速度。对于润滑油，使用了作为植物油的菜籽油。此外，坯土密度背离率调整为小于10％。使用如上述那样调整后的坯土，之后与实施例1同样地制造出比较例1的废气净化过滤器。
[表2]
Figure BDA0003236442000000181
Figure BDA0003236442000000191
(比较例2)
在实施例1中，任意改变混匀机的速度及使坯土反复通过混匀机的次数，使用坯土密度背离率调整为10％以上的坯土，从而制造出比较例2的废气净化过滤器。
(比较例3、比较例4)
在比较例1中，将堇青石形成原料中的熔融二氧化硅及滑石的平均粒径、石墨的调配比例进行了变更。除此以外，与比较例1同样，调整坯土以使坯土密度背离率为10％以上，制造出比较例3、比较例4的废气净化过滤器。
－隔壁特性的测定－
对于实施例、比较例的废气净化过滤器，测定了隔壁特性。具体而言，按照上述的测定方法，测定了隔壁的气孔率、隔壁的平均气孔径A。此时，对于压汞仪，使用岛津制作所公司制造的自动压汞仪(auto pore)IV9500。此外，按照上述的测定方法，测定了隔壁表面的气孔的平均表面开口径B、隔壁表面的气孔的表面开口率。此时，对于SEM，使用FEI公司制造的Quanta250FEG。对于图像解析软件，使用三谷商事公司制作的WinROOF Ver.7.4。此外，按照上述的测定方法，求出了隔壁每1mm2的连通孔数、全部连通孔中的最小径为10μm以下的连通孔的比例。此时，对于X射线CT装置，使用Xradia公司制造的“Versa XRM－500”。此外，对于微构造模拟软件，使用由SCSK公司销售的GeoDict 2017。此外，按照上述的测定方法，求出了废气净化过滤器的透气系数比kc/k10的值。此时，对于孔径仪，使用PorousMaterials公司制造的CEP－1100AXSHJ。
－评价－
对于各废气净化过滤器，测定了初始PM捕获率、初始压损、灰分堆积后的压损。另外，关于初始PM捕获率、初始压损及灰分堆积后的压损，使用了体积为φ118.4mm(过滤器直径)×L120mm(过滤器长)、隔壁的厚度为8.5mil、单元数为300cpsi的具有单元构造的废气净化过滤器。
(初始PM捕获率、初始压损)
初始PM捕获率如以下这样进行了测定。将制造出的废气净化过滤器安装到汽油直喷发动机的排气管内，使包含PM的废气流到废气净化过滤器中。此时，测定向废气净化过滤器流入前的废气中的PM数即Nin、从废气净化过滤器流出的废气中的PM数即Nout，通过100×(Nin－Nout)/Nin的式子，计算出初始PM捕获率。此时，测定条件设为温度450℃、废气流量2.8m3/分钟。在上述PM数的测定中，使用AVL公司制造的PM粒子数计数器“AVL－489”。另一方面，初始压损如以下这样进行了测定。与初始PM捕获率的测定同时地，通过压力传感器测定废气净化过滤器前(上游)的压力和废气净化过滤器后(下游)的压力，将差量作为初始压损。此时，测定条件设为温度720℃、废气流量11.0m3/分钟。另外，无论在哪个测定中，都使用PM未堆积的初始状态且未涂覆催化剂的各废气净化过滤器。
在本实验例中，对于初始PM捕获率为70％以上的情况，认为充分确保了初始的PM捕获率而设为“A”。对于初始PM捕获率为60％以上且小于70％的情况，认为确保了初始的PM捕获率而设为“B”。对于初始PM捕获率小于60％的情况，认为没有确保初始的PM捕获率而设为“C”。此外，对于初始压损为6kPa以下的情况，认为充分得到了初始的压损降低的效果而设为“A”。对于初始压损为超过6kPa且在7kPa以下的情况，认为得到了初始的压损降低的效果而设为“B”。对于初始压损超过7kPa的情况，认为没有得到初始的压损降低的效果而设为“C”。
(灰分堆积后的压损)
对于PM未堆积的初始状态并且未涂覆催化剂的各废气净化过滤器，使20g/L以上40g/L以下的灰分进行了堆积。使用包含2％的来源于发动机油的灰分的汽油而使汽油发动机动作，使灰分向搭载在排气通路中的废气净化过滤器堆积从而实施了灰分的堆积。具体而言，通过反复进行(1)在理想空燃比气氛下在废气净化过滤器的中心温度800℃下以9分钟的条件使PM堆积的PM堆积、和(2)在大气气氛下在废气净化过滤器的中心温度800℃～900℃下以1分钟的条件将PM进行再生处理的PM再生处理，使灰分堆积于废气净化过滤器。此时，灰分的堆积量通过适当将废气净化过滤器取出并进行重量测定来掌握。然后，与上述初始压损同样地，通过压力传感器测定了废气净化过滤器前的压力和废气净化过滤器后的压力，将差量作为灰分堆积后压损。在本实验例中，对于堆积了30g/L的灰分时的灰分堆积后压损为13kPa以下的情况，认为充分得到了灰分堆积后的压损上升的抑制效果而设为“A”。同样，对于灰分堆积后压损超过13kPa且在15kPa以下的情况，认为得到了灰分堆积后的压损上升的抑制效果而设为“B”。对于灰分堆积后压损超过15kPa的情况，认为没有得到灰分堆积后的压损上升的抑制效果而设为“C”。此外，当设初始压损为Pfresh，设灰分堆积后的压损为Pash－loaded时，通过100×(Pash－loaded－Pfresh)/Pfresh的式子求出了相对于初始压损而言的灰分堆积后的压损上升率。在图18中表示透气系数比kc/k10与压损上升率的关系。另外，图18是作为各实施例的代表例而表示实施例1的废气净化过滤器的结果的图。
将上述实验的结果统一表示在表3中。
[表3]
Figure BDA0003236442000000211
如表3所示，确认到：隔壁每1mm2的连通孔数被设为特定个数以上、并且隔壁的平均气孔径Aμm、隔壁表面的气孔的平均表面开口径Bμm满足A≥B的实施例1～实施例7的废气净化过滤器能够实现初始的压损降低、初始的PM捕获率的确保以及灰分堆积后的压损上升的抑制。
相对于此，隔壁每1mm2的连通孔数小于特定个数、或者隔壁的平均气孔径Aμm、隔壁表面的气孔的平均表面开口径Bμm满足A<B的比较例1～比较例4的废气净化过滤器没能实现初始的压损降低、初始的PM捕获率的确保及灰分堆积后的压损上升的抑制中的某个。
将实施例4、6与实施例1～3、5、7的废气净化过滤器比较可知，如果全部连通孔中的最小径为10μm以下的连通孔111的比例为90％以上，则能够使初始的PM捕获性能提高。此外，将实施例5与实施例1～4、6、7的废气过滤器比较可知，使隔壁的平均气孔径A在超过15μm的范围中越大，越容易得到初始的压损降低效果。此外，将实施例4与实施例1～3、5～7的废气过滤器比较可知，通过使隔壁的平均气孔径A在小于21μm的范围中更小，容易确保初始的PM捕获性能。此外，将实施例1～7、比较例2的废气净化过滤器比较可知，通过将隔壁表面的气孔的表面开口率设为30％以上，容易得到初始的压损降低效果。此外，将实施例1～7、比较例1、3、4的废气净化过滤器比较可知，通过将隔壁表面的气孔的表面开口率设为40％以下，包含灰分的PM不易堆积在隔壁内部，容易发生灰分的剥离，容易抑制因车辆的经年使用而堆积残留的灰分带来的压损上升。
另外，实施例1～7的废气净化过滤器在堆积了20g/L以上40g/L以下的灰分的状态下，透气系数比kc/k10的值为1.5以下。根据该结构，如图18所示，可以说能够可靠地抑制灰分堆积后的压损上升。
本发明并不限定于上述实施方式、实验例，在不脱离其主旨的范围内能够进行各种变更。此外，在实施方式、实验例中表示的各结构可以分别任意地组合。即，将本发明依据实施方式进行了记述，但应理解的是本发明并不限定于该实施方式及构造等。本发明也包含各种各样的变形例及等价范围内的变形。除此以外，各种各样的组合及形态，进而在它们中仅包含一要素、其以上或其以下的其他组合及形态也落入在本发明的范畴及思想范围中。

Claims (4)

1.一种废气净化过滤器(1)，配置在汽油发动机的排气通路中，其特征在于，
具有：
隔壁(11)，具有大量的气孔(110)；
多个单元(12、121、122)，被上述隔壁划分；以及
密封部(13)，在过滤器两端部将多个上述单元交替地密封；
上述隔壁包括使邻接的上述单元之间连通的连通孔(111)；
上述隔壁的每1mm2的上述连通孔的数量即连通孔数为4000个以上；
当设上述隔壁的平均气孔径为Aμm，设上述隔壁表面的上述气孔的平均表面开口径为Bμm时，满足A≥B。
2.如权利要求1所述的废气净化过滤器(1)，其特征在于，
当设上述连通孔中的最小径为10μm以下的上述连通孔的数量为Nmin，设上述连通孔的全部数量为Nall时，由100×Nmin/Nall的式子表示的、上述最小径为10μm以下的上述连通孔的比例为90％以上。
3.如权利要求1或2所述的废气净化过滤器(1)，其特征在于，
上述隔壁的平均气孔径A超过15μm且小于21μm；
上述隔壁表面的上述气孔的平均表面开口径B为11μm以上20μm以下。
4.如权利要求1～3中任一项所述的废气净化过滤器(1)，其特征在于，
上述隔壁表面的上述气孔的表面开口率为30％以上40％以下。
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Citations (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030024220A1 (en) * 2001-08-06 2003-02-06 Mikio Ishihara Exhaust gas purification filter
JP2005095884A (ja) * 2003-08-29 2005-04-14 Hitachi Metals Ltd セラミックハニカム構造体及びセラミックハニカム構造体押出成形用坏土
CN1925901A (zh) * 2004-12-28 2007-03-07 揖斐电株式会社 过滤器和过滤器集合体
JP2007192230A (ja) * 2001-08-06 2007-08-02 Denso Corp 排ガス浄化フィルタ
CN101522281A (zh) * 2006-11-30 2009-09-02 日立金属株式会社 陶瓷蜂窝过滤器及其制造方法
EP2236189A1 (en) * 2009-03-24 2010-10-06 NGK Insulators, Ltd. Honeycomb structure
CN101939271A (zh) * 2007-08-31 2011-01-05 康宁股份有限公司 堇青石蜂窝体制品及其制造方法
CN101959571A (zh) * 2007-10-12 2011-01-26 日立金属株式会社 堇青石质陶瓷蜂窝过滤器及其制造方法
EP2339135A1 (en) * 2009-12-25 2011-06-29 NGK Insulators, Ltd. Substrate with surface-collection-layer and catalyst-carrying substrate with surface-collection-layer
JP2011167581A (ja) * 2010-02-16 2011-09-01 Ngk Insulators Ltd 排気ガス浄化装置
CN102481503A (zh) * 2009-09-04 2012-05-30 日立金属株式会社 陶瓷蜂窝构造体及其制造方法
CN102834158A (zh) * 2010-04-01 2012-12-19 日立金属株式会社 陶瓷蜂窝过滤器及其制造方法
EP2565408A1 (en) * 2011-09-05 2013-03-06 NGK Insulators, Ltd. Wall flow type exhaust gas purification filter
CN103140269A (zh) * 2011-09-29 2013-06-05 日本碍子株式会社 蜂窝过滤器及其制造方法
US20150211397A1 (en) * 2014-01-27 2015-07-30 Denso Corporation Exhaust gas purification filter and method of producing the same
JP2015175359A (ja) * 2014-03-18 2015-10-05 日本碍子株式会社 排ガス浄化装置
US20160138448A1 (en) * 2013-06-10 2016-05-19 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purification filter
US20160288449A1 (en) * 2015-03-31 2016-10-06 Ngk Insulators, Ltd. Honeycomb structure and manufacturing method of honeycomb structure
DE102017002530A1 (de) * 2016-03-25 2017-09-28 Ngk Insulators, Ltd. Wabenstruktur
CN107427823A (zh) * 2015-03-24 2017-12-01 日立金属株式会社 陶瓷蜂窝结构体
JP2019002298A (ja) * 2017-06-13 2019-01-10 株式会社デンソー 排ガス浄化フィルタ
US20190203621A1 (en) * 2017-12-28 2019-07-04 Honda Motor Co.,Ltd. Exhaust purifying filter
CN109967071A (zh) * 2017-12-28 2019-07-05 丰田自动车株式会社 废气净化催化剂

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003040687A (ja) * 2000-06-30 2003-02-13 Ngk Insulators Ltd ハニカムセラミックス構造体とその製造方法
WO2008136232A1 (ja) 2007-04-27 2008-11-13 Ngk Insulators, Ltd. ハニカムフィルタ
JP5864329B2 (ja) * 2012-03-28 2016-02-17 日本碍子株式会社 ハニカム構造体
JP5990095B2 (ja) * 2012-12-18 2016-09-07 日本碍子株式会社 微粒子捕集フィルタ
JP6174517B2 (ja) 2014-05-02 2017-08-02 日本碍子株式会社 ハニカム構造体
JP6581828B2 (ja) 2015-07-17 2019-09-25 日本碍子株式会社 ハニカムフィルタ
JP2017164691A (ja) 2016-03-16 2017-09-21 住友化学株式会社 ハニカムフィルタ

Patent Citations (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030024220A1 (en) * 2001-08-06 2003-02-06 Mikio Ishihara Exhaust gas purification filter
JP2007192230A (ja) * 2001-08-06 2007-08-02 Denso Corp 排ガス浄化フィルタ
JP2005095884A (ja) * 2003-08-29 2005-04-14 Hitachi Metals Ltd セラミックハニカム構造体及びセラミックハニカム構造体押出成形用坏土
CN1925901A (zh) * 2004-12-28 2007-03-07 揖斐电株式会社 过滤器和过滤器集合体
CN101522281A (zh) * 2006-11-30 2009-09-02 日立金属株式会社 陶瓷蜂窝过滤器及其制造方法
CN101939271A (zh) * 2007-08-31 2011-01-05 康宁股份有限公司 堇青石蜂窝体制品及其制造方法
CN101959571A (zh) * 2007-10-12 2011-01-26 日立金属株式会社 堇青石质陶瓷蜂窝过滤器及其制造方法
EP2236189A1 (en) * 2009-03-24 2010-10-06 NGK Insulators, Ltd. Honeycomb structure
CN102481503A (zh) * 2009-09-04 2012-05-30 日立金属株式会社 陶瓷蜂窝构造体及其制造方法
EP2339135A1 (en) * 2009-12-25 2011-06-29 NGK Insulators, Ltd. Substrate with surface-collection-layer and catalyst-carrying substrate with surface-collection-layer
JP2011167581A (ja) * 2010-02-16 2011-09-01 Ngk Insulators Ltd 排気ガス浄化装置
CN102834158A (zh) * 2010-04-01 2012-12-19 日立金属株式会社 陶瓷蜂窝过滤器及其制造方法
EP2565408A1 (en) * 2011-09-05 2013-03-06 NGK Insulators, Ltd. Wall flow type exhaust gas purification filter
CN103140269A (zh) * 2011-09-29 2013-06-05 日本碍子株式会社 蜂窝过滤器及其制造方法
US20160138448A1 (en) * 2013-06-10 2016-05-19 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purification filter
US20150211397A1 (en) * 2014-01-27 2015-07-30 Denso Corporation Exhaust gas purification filter and method of producing the same
JP2015175359A (ja) * 2014-03-18 2015-10-05 日本碍子株式会社 排ガス浄化装置
CN107427823A (zh) * 2015-03-24 2017-12-01 日立金属株式会社 陶瓷蜂窝结构体
US20160288449A1 (en) * 2015-03-31 2016-10-06 Ngk Insulators, Ltd. Honeycomb structure and manufacturing method of honeycomb structure
DE102017002530A1 (de) * 2016-03-25 2017-09-28 Ngk Insulators, Ltd. Wabenstruktur
JP2019002298A (ja) * 2017-06-13 2019-01-10 株式会社デンソー 排ガス浄化フィルタ
US20190203621A1 (en) * 2017-12-28 2019-07-04 Honda Motor Co.,Ltd. Exhaust purifying filter
CN109967071A (zh) * 2017-12-28 2019-07-05 丰田自动车株式会社 废气净化催化剂

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
林延松: "汽油机颗粒捕集器的快速积灰与灰分分析", 《汽车技术》, pages 53 - 58 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113557352B (zh) 2023-10-31
JP7002504B2 (ja) 2022-02-04
EP3919157A1 (en) 2021-12-08
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WO2021020015A1 (ja) 2021-02-04
EP3919157A8 (en) 2022-03-16
EP3919157A4 (en) 2022-05-18

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