CN113646511A - 废气净化过滤器 - Google Patents

废气净化过滤器 Download PDF

Info

Publication number
CN113646511A
CN113646511A CN202080016858.0A CN202080016858A CN113646511A CN 113646511 A CN113646511 A CN 113646511A CN 202080016858 A CN202080016858 A CN 202080016858A CN 113646511 A CN113646511 A CN 113646511A
Authority
CN
China
Prior art keywords
partition wall
exhaust gas
filter
ash
chambers
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202080016858.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113646511B (zh
Inventor
嘉山浩章
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Publication of CN113646511A publication Critical patent/CN113646511A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113646511B publication Critical patent/CN113646511B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/022—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous
    • F01N3/0222—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous the structure being monolithic, e.g. honeycombs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/0002—Casings; Housings; Frame constructions
    • B01D46/0005—Mounting of filtering elements within casings, housings or frames
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/20—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
    • B01D39/2068—Other inorganic materials, e.g. ceramics
    • B01D39/2072—Other inorganic materials, e.g. ceramics the material being particulate or granular
    • B01D39/2079—Other inorganic materials, e.g. ceramics the material being particulate or granular otherwise bonded, e.g. by resins
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/24—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies
    • B01D46/2403—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies characterised by the physical shape or structure of the filtering element
    • B01D46/2418—Honeycomb filters
    • B01D46/2425—Honeycomb filters characterized by parameters related to the physical properties of the honeycomb structure material
    • B01D46/2429—Honeycomb filters characterized by parameters related to the physical properties of the honeycomb structure material of the honeycomb walls or cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/24—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies
    • B01D46/2403—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies characterised by the physical shape or structure of the filtering element
    • B01D46/2418—Honeycomb filters
    • B01D46/2425—Honeycomb filters characterized by parameters related to the physical properties of the honeycomb structure material
    • B01D46/24492—Pore diameter
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/24—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies
    • B01D46/2403—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies characterised by the physical shape or structure of the filtering element
    • B01D46/2418—Honeycomb filters
    • B01D46/2451—Honeycomb filters characterized by the geometrical structure, shape, pattern or configuration or parameters related to the geometry of the structure
    • B01D46/2459—Honeycomb filters characterized by the geometrical structure, shape, pattern or configuration or parameters related to the geometry of the structure of the plugs
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/0006—Honeycomb structures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/033—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices
    • F01N3/035—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices with catalytic reactors, e.g. catalysed diesel particulate filters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2803—Construction of catalytic reactors characterised by structure, by material or by manufacturing of catalyst support
    • F01N3/2825—Ceramics
    • F01N3/2828—Ceramic multi-channel monoliths, e.g. honeycombs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2882—Catalytic reactors combined or associated with other devices, e.g. exhaust silencers or other exhaust purification devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/12—Special parameters characterising the filtering material
    • B01D2239/1208—Porosity
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/12—Special parameters characterising the filtering material
    • B01D2239/1216—Pore size
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/12—Special parameters characterising the filtering material
    • B01D2239/1241—Particle diameter
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/12—Special parameters characterising the filtering material
    • B01D2239/125—Size distribution
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/24—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies
    • B01D46/2403—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies characterised by the physical shape or structure of the filtering element
    • B01D46/2418—Honeycomb filters
    • B01D46/2425—Honeycomb filters characterized by parameters related to the physical properties of the honeycomb structure material
    • B01D46/24491—Porosity
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/24—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies
    • B01D46/2403—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies characterised by the physical shape or structure of the filtering element
    • B01D46/2418—Honeycomb filters
    • B01D46/2451—Honeycomb filters characterized by the geometrical structure, shape, pattern or configuration or parameters related to the geometry of the structure
    • B01D46/2455—Honeycomb filters characterized by the geometrical structure, shape, pattern or configuration or parameters related to the geometry of the structure of the whole honeycomb or segments
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00793—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as filters or diaphragms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2250/00—Combinations of different methods of purification
    • F01N2250/02—Combinations of different methods of purification filtering and catalytic conversion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2330/00—Structure of catalyst support or particle filter
    • F01N2330/06—Ceramic, e.g. monoliths
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2330/00—Structure of catalyst support or particle filter
    • F01N2330/30—Honeycomb supports characterised by their structural details
    • F01N2330/32—Honeycomb supports characterised by their structural details characterised by the shape, form or number of corrugations of plates, sheets or foils

Abstract

本发明涉及一种废气净化过滤器(1)，具有沿着过滤器轴向(X)延伸的多个腔室(11)、划分形成多个腔室(11)的多孔质的分隔壁(12)、以及在过滤器两端部将多个腔室(11)交替地封闭的密封部(13)。在废气净化过滤器(1)中，在分隔壁(12)中，通过非接触式的表面粗糙度测定而得到的分隔壁(12)表面的体积参数即突出谷部(123)的空间体积(Vvv)和突出峰部(124)的实体体积(Vmp)的合计值为1.8μm3/μm2以下。

Description

废气净化过滤器
本申请基于2019年7月31日提交的日本申请2019-141521号，将其记载内容援用于此。
技术领域
本发明涉及一种废气净化过滤器。
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，包含被称为微粒的粒子状物质(以下，有时适当称为“PM”。)。为了捕集该废气中的PM来进行废气的净化，在内燃机的排气通路中配置有废气净化过滤器。废气净化过滤器一般具有沿着过滤器轴向延伸的多个腔室、划分形成多个腔室的多孔质的分隔壁、以及在过滤器两端部交替地封闭多个腔室的密封部。
作为这种废气净化过滤器，例如在专利文献1中公开了如下构成的废气净化用蜂窝过滤器，隔着壁部(分隔壁)在长度方向上排列设置有多个贯通孔(腔室)，由多孔质陶瓷构成的分隔出柱状体的贯通孔的壁部的一部分或者全部作为粒子捕集用过滤器发挥功能。该废气净化用蜂窝过滤器适合用于柴油发动机。在该废气净化用蜂窝过滤器中，贯通孔的与长度方向垂直的截面的最长边的长度l以及柱状体的长度方向的长度L被设为60≦L/l≦500，且贯通孔的内壁的基于JIS B 0601的表面粗糙度Ra被设为Ra≦100μm。或者，贯通孔的与长度方向垂直的截面的面积S以及柱状体的长度方向的长度L被设为20≦L/S≦400，且贯通孔的内壁的基于JIS B 0601的表面粗糙度Ra被设为Ra≦100μm。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2003/074848号
发明内容
与从柴油发动机排出的PM量相比，从汽油发动机排出的PM量压倒性地少。但是，由于导入了PM的数量限制，因此在具有汽油发动机的车辆(以下，称为“汽油车辆”)中也需要搭载能够捕集从汽油发动机排出的PM的汽油微粒过滤器(以下，有时适当称为“GPF”。)。
然而，在PM中，除了固体碳(烟灰)以外，还包含来源于发动机机油等的灰分(有时记载为灰尘、Ash等。)。灰分是在PM的再生处理后还残存的成分。因而，当由于长年使用而灰分堆积在分隔壁表面上时，分隔壁的气体透过性降低，压力损失(以下，适当称为“压损”。)上升。此外，与柴油发动机相比，汽油发动机的废气的温度较高且流速也较快。因此，在汽油车辆中，重要的是抑制因由于长年使用而堆积的残存灰分引起的压损上升。
另外，在上述专利文献中，贯通孔的内壁的基于JIS B 0601的表面粗糙度Ra(即，基于线粗糙度测定的贯通孔的内壁的算术平均粗糙度)被设为100μm以下的原因在于，当贯通孔的内壁的表面粗糙度Ra超过100μm时，在蜂窝过滤器的再生处理后堆积于壁部的灰分难以从壁部剥离，在再生处理中灰分不会通过向贯通孔内部流入的高温气体而朝贯通孔的废气流出侧移动。即，该现有技术能够说是如下技术：通过将分隔壁表面的基于JIS B 0601的表面粗糙度Ra设为100μm以下，由此使从面向废气流入侧的腔室的分隔壁表面剥离的灰分穿过分隔壁内的气孔而朝废气流出侧的腔室移动。
本发明的目的在于提供一种废气净化过滤器，能够抑制因灰分堆积而引起的压损上升。
本发明的一个方案为一种废气净化过滤器，具有沿着过滤器轴向延伸的多个腔室、划分形成多个上述腔室的多孔质的分隔壁、以及在过滤器两端部将多个上述腔室交替地封闭的密封部，其中，
上述分隔壁为，基于非接触式的表面粗糙度测定的上述分隔壁表面的体积参数即突出谷部的空间体积Vvv与突出峰部的实体体积Vmp的合计值为1.8μm3/μm2以下。
上述废气净化过滤器具有上述特定构成，尤其是分隔壁表面中的突出谷部的空间体积Vvv与突出峰部的实体体积Vmp的合计值称为特定范围。因此，根据上述废气净化过滤器，能够抑制因灰分堆积而引起的压损上升。
另外，请求范围所记载的括弧内的符号表示与后述的实施方式所记载的具体手段之间的对应关系，并不限定本发明的技术范围。
附图说明
通过参照附图进行下述详细描述，本发明的上述目的以及其他的目的、特征、优点将变得更加明确。该附图为，
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截面图，
图3是表示实施方式1的废气净化过滤器中的废气流动的图，
图4是示意性地表示实施方式1的废气净化过滤器的分隔壁的沿着厚度方向的截面的图，
图5是横轴表示负载面积率、纵轴表示高度的表示基于非接触式的表面粗糙度测定的负载曲线的一例的图，且是用于对分隔壁表面的体积参数即突出谷部的空间体积Vvv以及突出峰部的实体体积Vmp进行说明的图，
图6是示意性地表示在测定Vvv和Vmp时从废气净化过滤器采集的分隔壁体的形状的图，
图7是从观察方向观察废气流入侧的分隔壁表面的图的一部分，且是用于对分隔壁表面的表面粗糙度测定时的观察区域进行说明的图，
图8的(a)是示意性地表示实施方式1的废气净化过滤器的外部形状的一例的图，图8的(b)是示意性地表示分隔壁表面的表面粗糙度测定时的废气净化过滤器的径向上的分隔壁体的采集位置的图(具体而言为图8的(c)的VIIIb-VIIIb线向视截面图)，图8的(c)是示意性地表示废气净化过滤器的过滤器轴向以及径向上的分隔壁体的采集位置的图(具体而言为图8的(b)的VIIIc-VIIIc线向视截面图)，
图9是示意性地表示PM的微观构造的图，
图10是示意性地表示在实施方式1的废气净化过滤器中抑制由于灰分堆积而引起的压损上升的机理的图，图10的(a)是表示灰分被输送止过滤器底部并堆积的状态的图，图10的(b)是表示在分隔壁表面为平坦的情况下过滤器轴向的气体流动的剪切力变大而灰分向过滤器底部的输送被促进的情况的图，图10的(c)是表示在分隔壁表面的凹凸较大的情况下过滤器轴向的气体流动的剪切力变得不充分而灰分保持贴附在分隔壁表面上的状态的图，
图11是用于对按照基于JIS B 0601所规定的线粗糙度测定的分隔壁表面的算术平均粗糙度Ra规定了分隔壁表面的状态的情况下的问题点进行说明的图，
图12是表示在测定分隔壁的连通气孔的弯曲度时使用的灰度值图的一例的图，
图13是用于对实验例中的初始PM捕集率的测定方法进行说明的图，
图14是用于对实验例中的压损的测定方法进行说明的图，
图15是表示在实验例中的表面粗糙度测定时对于试验体2的废气净化过滤器得到的废气流入侧的分隔壁表面的三维凹凸像的图，
图16表示在实验例中的表面粗糙度测定时对于试验体1C的废气净化过滤器得到的废气流入侧的分隔壁表面的三维凹凸像的图，
图17是表示在实验例中得到的基于非接触式的表面粗糙度测定的分隔壁表面的突出谷部的空间体积Vvv与突出峰部的实体体积Vmp的合计值(横轴)-灰分堆积后的压损变化率(纵轴)之间的关系的图。
具体实施方式
(实施方式1)
使用图1～图12对实施方式1的废气净化过滤器1进行说明。另外，将图1～图3所示的双向箭头的方向设为废气净化过滤器1的过滤器轴向X。
如图1～图3所例示的那样，废气净化过滤器1具有多个腔室11、分隔壁12以及密封部13。
如图1～图3所例示的那样，多个腔室11沿着过滤器轴向X延伸。具体而言，多个腔室11从废气G流入的流入端面15延伸至废气G流出的流出端面16。在与过滤器轴向X垂直的截面视图中，如图1所例示的那样，腔室形状例如能够成为四边形状。腔室形状并不限定于此，例如也可以是三角形状、六边形状等多边形、圆形状等。此外，腔室形状也可以由两种以上的不同形状的组合构成。
分隔壁12划分形成多个腔室11。具体而言，分隔壁12能够在形成为圆筒状等筒状的外壳部14的内侧，设置为在与过滤器轴向X垂直的截面视图中呈格子状等形状。在废气净化过滤器1中，分隔壁12、外壳部14例如能够由堇青石等陶瓷形成。另外，分隔壁12的厚度例如能够设为120μm～360μm。
多个腔室11具有废气G流入的流入腔室111、以及废气G流出的流出腔室112。无论是在与过滤器轴向X正交的横向上还是在与过滤器轴向X以及横向的双方正交的纵向上，流入腔室111与流出腔室112例如都能够以相互相邻的方式交替地排列形成。在该情况下，在从过滤器轴向X观察流入端面15或者流出端面16时，流入腔室111与流出腔室112例如配置成格子图案状。流入腔室111以及流出腔室112相互邻接，且在之间夹着分隔壁12而隔开。
密封部13在过滤器两端部将多个腔室11交替地封闭。具体而言，如图2所例示的那样，密封部13封闭流出腔室112中的流入端面15侧的开口部以及流入腔室111中的流出端面16侧的开口部。因而，流入腔室111为，在流入端面15侧开口，在流出端面16侧开口部由流出侧的密封部13堵塞。此外，流出腔室112为，在流出端面16侧开口，在流入端面15侧开口部由流入侧的密封部13堵塞。密封部13例如能够由堇青石等陶瓷形成，但也可以是其他材质。
在本实施方式中，如图3所例示的那样，废气G从成为废气流入侧的流入端面15向流入腔室111内流入。流入到流入腔室111内的废气G，在流入腔室111内流动并且在多孔质的分隔壁12内流动而到达流出腔室112。到达流出腔室112的废气G在流出腔室112内流动。在流出腔室112内流动的废气G从成为废气流出侧的流出端面16排出。
如图4所例示的那样，分隔壁12形成为多孔质。即，分隔壁12在内部具有气孔120。具体而言，分隔壁12能够具有使隔着分隔壁12而邻接的腔室11之间连通的连通气孔121。具体而言，连通气孔121在气体流入侧的分隔壁12表面以及气体流出侧的分隔壁12表面上开口。即，连通气孔121贯通分隔壁12，由此使相互邻接的流入腔室111与流出腔室112之间连通。在分隔壁12中，连通气孔121成为废气G的气体流路。另外，分隔壁12除了连通气孔121以外，还可以包括不使隔着分隔壁12而邻接的腔室11之间连通的非连通气孔122。
此处，如图5所例示的那样，在分隔壁12中，通过非接触式的表面粗糙度测定而得到的分隔壁12表面的体积参数、即突出谷部123的空间体积Vvv和突出峰部124的实体体积Vmp的合计值(以下，有时简称为“Vvv和Vmp的合计值”。)为1.8μm3/μm2以下。对于废气流入侧的分隔壁12表面，通过利用能够测定符合ISO25178的三维粗糙度参数即体积参数的非接触式表面粗糙度测定机来实施表面粗糙度测定，由此能够测定出分隔壁12表面的Vvv和Vmp。详细情况将后述。
使用图5对由ISO25178定义的体积参数即突出谷部123的空间体积Vvv和突出峰部124的实体体积Vmp进行说明。当通过非接触式表面粗糙度测定机对测定对象的表面实施表面粗糙度测定时，能够得到图5所例示那样的负载面积率(横轴)-高度(纵轴)之间的关系、即负载曲线。在测定分隔壁12表面的Vvv和Vmp时，如图5所示，负载面积率为10％时的高度被设为中心部125与突出峰部124之间的边界。此外，负载面积率为80％时的高度被设为中心部125与突出谷部123之间的边界。即，图5所示的负载曲线为，将负载面积率为10％和80％的位置作为边界而分为突出峰部124、中心部125、突出谷部123。突出峰部124的实体体积被设为Vmp，突出谷部123的空间体积被设为Vvv。另外，中心部125的实体体积被设为Vmc，中心部125的空间体积被设为Vvc。
如以下那样测定Vvv和Vmp。具体而言，如图6所示，从废气净化过滤器1中切出分隔壁体101。但是，除去存在密封部13的部分。分隔壁体101由与过滤器轴向X垂直的截面视图中的纵向3个腔室×横向3个腔室的合计9个腔室量形成，且成为过滤器轴向X的长度为10mm的块状体。另外，在图6所示的分隔壁体101的端面上所记载的点区域102，表示记载有点区域102的腔室11是流出腔室112，并不表示分隔壁体101具有密封部13。因而，在分隔壁体101的端面上未示出点区域102的腔室11，是使废气G流入的流入腔室111。此外，在分隔壁体101的中心部配置有流出腔室112。
接着，如图6所示，将分隔壁体101切削至图6的虚线位置P，以便能够观察配置在分隔壁体101的中心部的流出腔室112的废气流入侧的分隔壁12表面。图7表示从观察方向观察废气流入侧的分隔壁12表面的图的一部分。另外，图6所示的箭头Y1为观察方向，图7所示的符号Y2表示图6所示的箭头Y1相对于纸面垂直且朝向进深方向的情况。接着，为了能够观察废气流入侧的分隔壁12表面，将上述切削出的分隔壁体101设置于非接触式表面粗糙度测定机。作为非接触式表面粗糙度测定机，能够使用奥林巴斯公司制的激光深度显微镜“OLS4100”。另外，在激光深度显微镜“OLS4100”由于停产等理由而无法获取的情况下，能够使用能够通过相同分析原理来实施表面粗糙度测定的后续机种、例如奥林巴斯公司制的“OLS5000”等。
接着，通过非接触式表面粗糙度测定机对废气流入侧的分隔壁12表面进行表面粗糙度测定。表面粗糙度测定条件为，倍率：50倍，激光波长：405nm，扫描速度：使用测定机的“高精度模式”，观察视野：将与过滤器轴向X相同的方向即横向700μm、与过滤器轴向X垂直的方向即纵向500μm设为1个视野，并设为连续4个视野。如图7所示，分隔壁12表面的表面粗糙度测定时的观察区域O由连续4个视野O1、O2、O3以及O4构成。
接着，通过非接触式表面粗糙度测定机的分析软件，将4个视野O1～O4的各图像读入并结合。接着，当对结合后的图像进行分析时，除去高度以及深度信息的噪声。接着，取得用色阶表示高度信息的废气流入侧的分隔壁表面的三维凹凸像。接着，通过分析软件对如上述那样进行了前处理的三维凹凸像实施“表面粗糙度计测”，并导出分隔壁体101的Vvv、Vmp。
将如上述那样对从废气净化过滤器1采集的6个部位的各分隔壁体101求出的各Vvv的平均值与各Vmp的平均值相加而得到的值，成为通过非接触式的表面粗糙度测定而得到的分隔壁12表面的突出谷部123的空间体积Vvv和突出峰部124的实体体积Vmp的合计值。
具体而言，如图8所示，从如下6个部位采集分隔壁体101：通过废气净化过滤器1的直径的中心部的过滤器轴向X的中央部分1a、靠近流入端面15侧的密封部13的上游侧部分1b、靠近流出端面16侧的密封部13的下游侧部分1c、通过废气净化过滤器1的半径的中心部的过滤器轴向X的中央部分1d、靠近流入端面15侧的密封部13的上游侧部分1e、靠近流出端面16侧的密封部13的下游侧部分1f。
废气净化过滤器1通过使分隔壁12表面的突出谷部123的空间体积Vvv和突出峰部124的实体体积Vmp的合计值成为上述的特定范围，由此能够抑制由于灰分23堆积而引起的压损上升。以下，使用图9～图11对能够得到这种效果的机理进行说明。
如图9所示，PM2除了作为主成分的固体碳(烟灰)21以外，还包含可溶有机成分(SOF)22、来源于发动机机油等的灰分23。当废气G流入一侧的分隔壁12表面(面向流入腔室111的分隔壁12表面)所捕集的PM2被再生处理时，PM2中包含的灰分23残存于分隔壁12表面。当包含灰分23的PM2的堆积以及PM2的再生处理被反复进行时，灰分23逐渐堆积在分隔壁12表面上。如图10的(a)所示，堆积于分隔壁12表面的灰分23(以下，有时将其称作壁灰分231。)，会堵塞分隔壁12表面的连通气孔121的表面开口，因此成为使分隔壁12的气体透过性降低而使压损上升的原因。
但是，在分隔壁12表面的Vvv和Vmp的合计值成为上述特定范围的废气净化过滤器1中，如在图10的(b)中示意性地表示的那样，分隔壁12表面的凹凸较小(分隔壁12表面平坦)，因此由废气G产生的过滤器轴向X的剪切力F变大。而且，在上述剪切力F变得大于分隔壁12表面与壁灰分231之间的结合力的情况下，壁灰分231从分隔壁12表面剥离，剥离后的壁灰分231被朝气体流出侧的密封部13输送。所输送的壁灰分231堆积于过滤器最下游的过滤器底部10(参照图3，也能够称作流入腔室111的最下游部)。以下，有时将堆积于过滤器底部10的灰分23称作底部灰分232。壁灰分231使分隔壁12的气体透过性降低，因此使压损上升，但底部灰分232难以使分隔壁12的气体透过性降低，因此难以使压损上升。如此，废气净化过滤器1通过使分隔壁12表面的Vvv和Vmp的合计值成为上述特定范围，由此能够使底部灰分232多于壁灰分231。即，废气净化过滤器1通过使分隔壁12表面的Vvv和Vmp的合计值成为上述特定范围，由此能够促进壁灰分231的底部灰分232化。如果底部灰分232变多，则即使长年使用也能够维持分隔壁12的气体透过性，而成为低压损。根据以上的机理，废气净化过滤器1能够抑制由于长年使用导致的灰分23堆积而引起的压损上升。
与此相对，在分隔壁12表面的Vvv和Vmp的合计值未处于上述特定范围的废气净化过滤器中，如在图10的(c)中示意性地表示的那样，分隔壁12表面的凹凸较大，因此该凹凸成为妨碍而由废气G产生的过滤器轴向X的剪切力F变小。因此，壁灰分231不从分隔壁12表面剥离，而仍旧覆盖连通气孔121的表面开口。其结果，在该情况下，分隔壁12的气体透过性恶化，压损上升。
另外，在通过JIS B 0601中规定的线粗糙度测定而得到的分隔壁12表面的算术平均粗糙度Ra的规定中，出现未产生由废气G产生的过滤器轴向X的剪切力F的部分，因此在该情况下，无法抑制由于灰分23堆积而引起的压损上升。即，如图11所示，在图11的(a)的分隔壁表面状态与图11的(b)的分隔壁表面状态下，Ra相同。但是，在图11的(b)的分隔壁表面状态下，难以产生由废气G产生的过滤器轴向X的剪切力F，不产生壁灰分231的剥离，而无法抑制由于灰分23堆积而引起的压损上升。此外，虽然未图示，但是例如通过JIS B 0601中规定的线粗糙度测定而得到的分隔壁12表面的最大高度粗糙度Rz，不包含三维信息而仅是高度的参数，因此在分隔壁12表面的凸部高度相同而凸部体积较大的情况下，难以产生由废气G产生的过滤器轴向X的剪切力F，因此不产生壁灰分231的剥离，无法抑制由于灰分23堆积而引起的压损上升。与此相对，根据分隔壁12表面的Vvv和Vmp的合计值这样的指标，能够得到如下的废气净化过滤器1：不产生上述那样的问题，有效地提高由废气G产生的过滤器轴向X的剪切力F，抑制由于灰分23堆积而引起的压损上升。
从使抑制由于灰分23堆积而引起的压损上升的效果变得可靠等观点出发，Vvv和Vmp的合计值优选为1.75μm3/μm2以下，更优选为1.7μm3/μm2以下，进一步优选为1.65μm3/μm2以下，更进一步优选为1.6μm3/μm2以下，再进一步优选为1.55μm3/μm2以下。另一方面，Vvv和Vmp的合计值优选能够成为1.1μm3/μm2以上。这基于以下的理由。当Vvv和Vmp的合计值过小、即分隔壁12的凹凸过度变小时，例如在使分隔壁12担载催化剂来使用的情况下，基于锚固效应的催化剂的担载力降低，催化剂有可能从分隔壁12剥离。因此，考虑到这些情况，Vvv和Vmp的合计值优选成为1.1μm3/μm2以上。
在废气净化过滤器1中，分隔壁12的平均气孔径能够设为12μm以上。根据该构成，不仅堆积于分隔壁12表面的灰分23通过废气G的剪切力而剥离并朝过滤器底部10输送，而且灰分23容易在分隔壁12内穿过，因此更容易抑制由于灰分23堆积而引起的压损上升。从使灰分23的穿过容易产生等观点出发，分隔壁12的平均气孔径优选为14μm以上，更优选为16μm以上。另外，当分隔壁12的平均气孔径过度变大时，会产生PM2的穿过而初始的PM捕集性能降低。因此，分隔壁12的平均气孔径优选为22μm以下。从抑制初始的PM捕集性能降低等观点出发，分隔壁12的平均气孔径优选为20μm以下，更优选为18μm以下，进一步优选为16μm以下。
在废气净化过滤器1中，能够将分隔壁12的气孔率设为50％以上。根据该构成，不仅堆积于分隔壁12表面的灰分23通过废气G的剪切力而剥离并朝过滤器底部10输送，而且灰分23容易在分隔壁12内穿过，因此更容易抑制由于灰分23堆积而引起的压损上升。从使灰分23的穿过容易产生等观点出发，分隔壁12的气孔率优选为55％以上，更优选为60％以上。另一方面，能够将分隔壁12的气孔率设为70％以下。根据该构成，容易确保废气净化过滤器1自身的强度，容易抑制由于包装时的应力、PM2再生处理时的发热而引起的裂纹。即，根据该构成，容易确保废气净化过滤器1的构造可靠性。从废气净化过滤器1的强度提高等观点出发，分隔壁12的气孔率优选为67％以下，更优选为65％以下。
通过使用了水银压入法的原理的水银孔率计，来测定分隔壁12的平均气孔径以及气孔率。具体而言，从废气净化过滤器1切出试验片。但是，除去存在密封部13的部分。试验片是与过滤器轴向X正交方向的尺寸为纵向15mm×横向15mm、过滤器轴向X的长度为20mm的长方体。接着，在水银孔率计的测定腔室内收纳试验片，并对测定腔室内进行减压。之后，向测定腔室内导入水银并加压，根据加压时的压力以及导入到试验片的分隔壁12的气孔内的水银的体积，测定气孔径与气孔容积。在压力为0.5～20000psia的范围内进行测定。另外，0.5psia相当于0.35×10-3kg/mm2，20000psia相当于14kg/mm2。与该压力范围相当的气孔径的范围为0.01～420μm。作为根据压力来计算气孔径时的常数，使用接触角140°以及表面张力480dyn/cm。分隔壁12的平均气孔径是指，在分隔壁12的气孔径分布中，从气孔径较小的一侧起的累计气孔容积成为50％的气孔径(气孔容积的累计值50％的气孔径)。此外，分隔壁12的气孔率能够通过如下的关系式来计算。
分隔壁12的气孔率(％)＝总气孔容积/(总气孔容积+1/分隔壁材料的真比重)×100
另外，在分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。
在废气净化过滤器1中，分隔壁12能够将上述连通气孔121的弯曲度设为小于1.4。连通气孔121的弯曲度由连通气孔121的平均流路长度Lμm相对于分隔壁12的厚度Tμm之比来定义。根据该构成，在分隔壁12的厚度方向上成为气体流路的连通气孔121的弯曲较小，由此灰分23容易穿过分隔壁12。即，根据上述构成，成为气体流路的连通气孔121的阻力变小，灰分23难以勾挂于连通气孔121的孔壁面，能够抑制灰分23对连通气孔121的堵塞。因此，根据上述构成，不仅能够享受由于堆积于分隔壁12表面的灰分23剥离并朝过滤器底部10输送所带来的抑制压损上升的效果，而且还能够享受由于促进灰分23穿过所带来的抑制压损上升的效果。因此，根据上述构成，能够进一步抑制由于灰分23堆积而引起的压损上升。
从使灰分23的穿过容易产生等观点出发，连通气孔121的弯曲度优选为1.4以下，更优选为1.3以下。另外，当连通气孔121的弯曲度过度变小时，有可能产生PM2的穿过而初始的PM捕集性能降低。从该观点出发，连通气孔121的弯曲度优选为1.0以上，更优选为1.1以上，进一步优选为1.2以上。
如以下那样测定连通气孔121的弯曲度。从废气净化过滤器1切出分隔壁片。但是，除去存在密封部13的部分。分隔壁片是过滤器轴向X的长度为约600μm、与过滤器轴向X正交的分隔壁12表面方向的宽度为约600μm、厚度为分隔壁12厚度的长方体状(板状)。接着，对于分隔壁片在进行真空脱气的同时进行树脂包埋，使其成为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、步进：0.1°、分辨率：0.684787μm/pixel的摄像条件下取得连续断层图像。连续断层图像例如为TIFF格式。使用由Math2Market GmbH公司开发的微观构造模拟软件即“GeoDict”的接口之一的importGeo-Vol功能，在0.6874787μm/voxel的条件下读入所得到的连续断层图像。接着，为了将所读入的图像的骨架部(具体而言为陶瓷部分)与空间部(具体而言为气孔部分)分离，将图12所示那样的灰度值图中的分离为两个峰时的交叉部作为阈值，对分隔壁片进行三维模型化。接着，除去三维模型中的噪声，并除去不需要的部分，以便成为900voxel×600voxel×分隔壁12厚度voxel。接着，对于该三维模型，测定所有连通气孔121的流路长度(μm)。此处，PM2沿着气体的流动而流动。气体作为流体在连通气孔121内要通过最短流路流动。如上述那样测定长度的流路是气体在连通气孔121内流动的最短流路。即，连通气孔121的流路长度可以说是与将连通气孔121的孔径中央连结的线的长度不一定一致的参数。根据GeoDict，能够实施使气体在分隔壁12的三维模型中流动的模拟，因此能够仅确定气体流动的气孔。所得到的所有连通气孔121的流路长度的平均值，被设为连通气孔121的平均流路长度Lμm。此外，三维模型的厚度(μm)被设为计算弯曲度时的分隔壁12的厚度Tμm。然后，将如上述那样求出的连通气孔121的平均流路长度Lμm除以分隔壁12的厚度Tμm，由此计算出分隔壁片的弯曲度。分隔壁12中的连通气孔121的弯曲度成为，对于从废气净化过滤器1采集的6个部位、具体而言是与测定上述Vvv和Vmp的合计值时同样的图8所示的符号1a～1f的部分的各分隔壁片，如上述那样求出的各弯曲度的平均值。
废气净化过滤器1配置在汽油发动机的排气通路中使用、即作为GPF使用，由此能够充分发挥其效果。但是，废气净化过滤器1也能够配置在柴油发动机的排气通路中使用、即作为DPF(柴油微粒过滤器)使用。此外，废气净化过滤器1既能够在分隔壁12未担载催化剂的状态下使用，也能够在分隔壁12担载有催化剂的状态下使用。另外，在分隔壁12担载催化剂的情况下，催化剂担载量例如能够设为50g/L以上150g/L以下的范围。
上述废气净化过滤器1例如能够如以下那样制造。
在制造废气净化过滤器1时，将用于形成分隔壁12的陶瓷原料粉、粘合剂、溶剂、根据需要添加的造孔材料、分散剂、润滑剂等添加物等混合而调制原料土。用于形成分隔壁12的陶瓷原料粉能够根据构成分隔壁12的陶瓷而适当选择。例如，如果构成分隔壁12的陶瓷为堇青石，则能够包含氧化镁等镁源、氧化铝等铝源、以及氧化硅等硅源。如果构成分隔壁12的陶瓷为钛酸铝，则能够包含二氧化钛等钛源、氧化铝等铝源。如果构成分隔壁12的陶瓷为碳化硅，则能够包含碳源以及硅源。各成分的配合量能够适当调节以便得到所希望的陶瓷。在本实施方式中，以废气净化过滤器1的分隔壁12由堇青石构成的情况为例，对废气净化过滤器1的制造方法进行详细说明。
首先，制作包含堇青石形成原料的原料土。将氧化硅、滑石、氢氧化铝等调整成为堇青石成分，进而适当加入甲基纤维素等粘合剂、石墨等造孔材料、阴离子性分散剂、阳离子性分散剂等分散剂、润滑油、水等并进行混合，由此制作原料土。为了成为堇青石成分，也可以配合氧化铝、高岭土。作为氧化硅，能够使用多孔质氧化硅。在堇青石形成原料中，氧化硅、滑石也能够成为气孔形成原料。气孔形成原料是形成气孔120的材料。气孔形成原料在烧成时生成液相成分，由此形成气孔120。另一方面，在堇青石形成原料中，氢氧化铝、氧化铝、高岭土也能够成为骨材原料。骨材原料是形成气孔120以外的陶瓷部分的材料。
接着，使用模具对调制出的原料土进行挤压成型，而成型出蜂窝成型体。接着，对蜂窝成型体进行干燥、烧成。由此，形成蜂窝构造部。蜂窝构造部是由腔室11、分隔壁12以及外壳部14构成的部分。接着，能够在蜂窝构造部的烧成后或者烧成前形成密封部13。具体而言，例如，使用密封部形成用的浆料，将烧成后的蜂窝构造部或者烧成前的蜂窝成型体的腔室11的开口部交替地封闭、并进行烧成，由此形成密封部13。
此处，例如，通过调整在对蜂窝成型体进行挤压成型时使用的模具的狭缝部表面的最大高度粗糙度Rz(JIS B 0601-2001中规定)等，能够将分隔壁12表面的突出谷部123的空间体积Vvv和突出峰部124的实体体积Vmp的合计值控制为上述所希望的范围。另外，狭缝部是供原料土通过并用于对成为分隔壁12的部分进行成型的部位。此外，例如，通过调整气孔形成原料的粒子径d50、气孔形成原料的添加量等，能够将分隔壁12的平均气孔径、气孔率控制为上述所希望的范围。另外，上述的粒子径d50能够基于由激光衍射式粒度分布仪测得的体积基准的粒度分布来得到(以下，由于相同而省略。)。
此外，例如，通过促进原料土中的气孔形成原料彼此的接触等，由此能够将分隔壁12中的连通气孔121的弯曲度控制为上述所希望的范围。其原因在于，当在液相反应中气孔形成原料彼此接触的情况下，气孔形成原料扩散而成为气孔120，因此气孔120的连通性提高，其结果能够减小弯曲度。为了在原料土中使气孔形成原料彼此选择性地接触，例如能够在原料土调制时使用阴离子性分散剂、阳离子性分散剂等。另外，作为阴离子性分散剂，例如存在诺普科44-C(三洋化成公司制)等，作为阳离子性分散剂，例如存在诺普科092(三洋化成公司制)等。
更具体而言，将规定配合量的气孔形成原料(此处，为氧化硅与滑石的混合粉)平分，为了对平分后的一方的气孔形成原料赋予负电荷，而将一方的气孔形成原料、阴离子性分散剂以及水预混匀，得到第1混合物。在第1混合物中，在一方的气孔形成原料附着有阴离子性分散剂。此外，为了对平分后的另一方的气孔形成原料赋予正电荷，而将另一方的气孔形成原料、阳离子性分散剂以及水预混匀，得到第2混合物。在第2混合物中，在另一方的气孔形成原料附着有阳离子性分散剂。然后，将第1混合物、第2混合物、骨材原料、根据需要配合的其他原料等进一步混匀。如此，能够得到保持了气孔形成原料彼此的接触状态的原料土。通过调整分散剂的种类、分散剂的添加量、对气孔形成原料和分散剂进行混合的预混匀时间、挤压成型时的转速、原料土的干燥时间等，能够将分隔壁12中的连通气孔121的弯曲度控制为上述所希望的范围。另外，当对气孔形成原料和分散剂进行混合的预混匀时间变得过长时，有可能损害连通气孔121的形成，因此优选适当地调整预混匀时间。此外，当气孔形成原料周围的骨材原料的粒子径变大时，有可能损害连通气孔121的形成，因此优选也适当地调整气孔形成原料与骨材原料的粒径比。
<实验例>
-废气净化过滤器的制作-
在本实验例中，按照上述废气净化过滤器的制造方法，制作了后述的表1所示的由堇青石制的废气净化过滤器形成的试验体1～10。另外，在本实验例中，在分隔壁上未形成催化剂层。
具体而言，作为堇青石形成原料，准备多孔质氧化硅、滑石、氢氧化铝。多孔质氧化硅、滑石是气孔形成原料，氢氧化铝是骨材原料。
接着，将多孔质氧化硅与滑石的混合粉平分，向一方的混合粉中添加阴离子性分散剂和水并进行混匀，向另一方的混合粉中添加阳离子性分散剂和水并进行混匀。如此，得到含有被赋予了负电荷的气孔形成原料的浆料状的第1混合物、以及含有被赋予了正电荷的气孔形成原料的浆料状的第2混合物。第1混合物中的阴离子性分散剂的添加量相对于多孔质氧化硅与滑石的合计量100wt％为2～15wt％，水的添加量是制作原料土所需的量的一半量。作为阴离子性分散剂，使用了三洋化成工业公司制的“诺普科44-C”。此外，第2混合物中的阳离子性分散剂的添加量相对于多孔质氧化硅与滑石的合计量100wt％为2～15wt％。水的添加量是制作原料土所需的量的一半量。作为阳离子性分散剂，使用了三洋化成工业公司制的“诺普科092”。
接着，将第1混合物、第2混合物、氢氧化铝、分散剂以及润滑油进一步混匀。如此，制作出原料土。作为分散剂，使用了平均分子量为4550的聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚。
接着，使用模具对原料土进行挤压成型，在将成型后的蜂窝成型体以1410℃烧成之后，形成密封部，由此得到废气净化过滤器。
在本实验例中，通过在1～15μm的范围内调整在挤压成型时使用的模具的狭缝部表面的最大高度粗糙度Rz，由此减小分隔壁表面的凹凸，将分隔壁表面的突出谷部的空间体积Vvv和突出峰部的实体体积Vmp的合计值调整为上述所希望的范围。另外，通过流入研磨剂来调整模具的狭缝部表面的Rz。此外，通过在5～35μm的范围内变更多孔质氧化硅与滑石的混合粉(即，气孔形成材料)的粒子径d50，由此将分隔壁的平均气孔径调整为上述所希望的范围。此外，通过在相对于原料整体的量为40～70％的范围内变更多孔质氧化硅与滑石的混合粉的量，由此将分隔壁的气孔率调整为上述所希望的范围。此外，通过在2～15wt％的范围内分别变更阳离子性分散剂以及阴离子性分散剂的添加量，并且在5～150分钟的范围内分别变更第1混合物以及第2混合物的预混匀时间、原料土的混合时间，由此将连通气孔的弯曲度调整为上述所希望的范围。在本实验例中，通过这些调整的组合，得到表1所示的试验体1～10的废气净化过滤器。
接下来，为了进行比较，制作了后述的表1所示的由堇青石制的废气净化过滤器构成的试验体1C、2C。具体而言，除了将模具的狭缝部表面的Rz设为超过15μm这一点、将多孔质氧化硅与滑石的混合粉的粒子径d50设为超过35μm这一点以外，与试验体1～10的制作同样地得到试验体1C的废气净化过滤器。此外，除了将模具的狭缝部表面的Rz设为超过15μm(Rz比制作试验体1C时大)这一点、将多孔质氧化硅与滑石的混合粉的粒子径d50设为超过35μm这一点以外，与试验体1～10的制作同样地得到试验体2C的废气净化过滤器。
另外，在本实验例中，各试验体的废气净化过滤器具有如下的腔室构造：外形为
Figure BDA0003230720070000161
(过滤器直径)×L120mm(过滤器长度)，分隔壁的厚度为8.5mil，腔室数为300cpsi。
-分隔壁特性的测定-
对于各试验体，按照上述测定方法，对废气流入侧的分隔壁表面进行非接触式的表面粗糙度测定，并计算出分隔壁表面的突出谷部的空间体积Vvv和突出峰部的实体体积Vmp的合计值。此时，非接触式的表面粗糙度测定使用了奥林巴斯公司制的激光深度显微镜(非接触式表面粗糙度测定仪)“OLS4100”。此时，通过“数据处理”中的“图像粘贴”来实施OLS4100的分析软件对4个视野的图像的结合。在图像粘贴时，将“重叠宽度”设为3％，并且选择“进行图像间的接缝校正”以及“使亮度图像的明亮度均匀”。此外，在结合后的图像中的高度以及深度信息的噪声除去时，作为除去对象的亮度的阈值为“自动判定”，除去区域为“整个区域”。
此外，对于各试验体，按照上述测定方法，对分隔壁的气孔率以及平均气孔径进行了测定。此时，作为水银孔率计，使用了岛津制作所公司制的AutoPore IV9500。此外，对于各试验体，按照上述测定方法，对分隔壁内部的连通气孔的弯曲度进行了测定。此时，作为X射线CT装置，使用了Xradia公司制的“Versa XRM-500”。此外，作为微观构造模拟软件，使用了SCSK公司销售的“GeoDict 2017”。
-初始PM捕集率、初始压损以及灰分堆积后的压损变化率的测定-
(初始PM捕集率)
具体而言，初始PM捕集率如以下那样测定。如图13所示，准备试验装置9，该试验装置9具有配管部91、在内部收纳试验体的废气净化过滤器1的壳体部92、以及将配管部91与壳体部92之间相连的锥形部93。壳体部92上游侧的配管部91与产生废气的发动机E连接。在本实验例中，发动机E使用了汽油直喷发动机(排气量2.0L，涡轮，4气缸)。此外，在壳体部92上游侧的配管部91分别设置有上游侧PM粒子数计数器941以及温度传感器95。另一方面，在壳体部92下游侧的配管部91设置有下游侧PM粒子数计数器951。上游侧PM粒子数计数器941、下游侧PM粒子数计数器951使用了AVL公司制的“AVL-489”。并且，从发动机E排出的废气流向试验体的废气净化过滤器1。此时，测定流入试验体的废气净化过滤器1之前的废气中的PM数即Nin、从试验体的废气净化过滤器流出的废气中的PM数即Nout，并通过100×{1-(Nin-Nout)/Nin}的算式来计算出初始PM捕集率。另外，关于测定条件，温度为约500℃、吸入空气量为25g/sec。此外，在上述测定中，使用了未堆积PM以及灰分的初始状态且未涂布催化剂的废气净化过滤器1。
(初始压损)
具体而言，初始压损如以下那样测定。如图14所示，准备试验装置9，该试验装置9具有配管部91、在内部收纳试验体的废气净化过滤器1的壳体部92、以及将配管部91与壳体部92之间相连的锥形部93。壳体部92上游侧的配管部91与产生废气的发动机E连接。在本实验例中，发动机E使用了汽油直喷发动机(排气量2.0L，涡轮，4气缸)。此外，在试验装置9中分别设置有上游侧压力传感器961以及下游侧压力传感器971，构成为能够测定试验体的废气净化过滤器1前后的压力。上游侧压力传感器961、下游侧压力传感器971均使用了东京航空仪器公司制的“DG-932-C”。另外，符号961T表示上游侧压力传感器961用的稳压箱，符号971T是下游侧压力传感器971用的稳压箱。此外，在壳体部92上游侧的配管部91设置有上游侧A/F传感器981，在壳体部92下游侧的配管部91设置有下游侧A/F传感器991。然后，通过上游侧压力传感器961和下游侧压力传感器971对试验体的废气净化过滤器1前(上游)的压力和废气净化过滤器1后(下游)的压力进行测定，并将其差分设为压损。此时，关于测定条件，按照如下条件进行了控制，A/F：14.6±0.3，吸入空气量：100g/sec，发动机E的转速：4500rpm。关于此时的温度，废气温度为700～750℃，试验体的废气净化过滤器的中心温度为600～650℃。此外，在上述测定中，使用了未堆积PM以及灰分的初始状态且未涂布催化剂的废气净化过滤器1。
(灰分堆积后的压损变化率)
具体而言，灰分堆积后的压损变化率如以下那样测定。在汽油直喷发动机(排气量2.0L，涡轮，4气缸)的排气通路中组装试验体的废气净化过滤器。然后，为了使灰分向分隔壁的堆积加速，向对上述发动机供给燃料(市售的高辛烷值汽油)的燃料供给系统中以0.48L/小时添加发动机机油(丰田汽车公司制的“CASTLESN5W-30”)。然后，在14.5±0.4的范围内控制A/F，在试验体的废气净化过滤器中以每小时1.3g/L的堆积速率来堆积灰分。具体而言，通过反复进行在实施了以发动机转速：2500prm、进气歧管压力：-10kPa使PM堆积9分钟这样的PM堆积工序之后，切断燃料供给，以使过滤器温度不超过900℃的方式进行以发动机转速：2500prm、进气歧管压力：-90kPa使PM燃烧1分钟而进行再生处理这样的再生处理工序，由此实施灰分的堆积。此时，适当从排气通路中取出废气净化过滤器，并利用离线的电子天平来测定重量，由此掌握灰分堆积量。如此，对于未堆积PM以及灰分的初始状态且未涂布催化剂的废气净化过滤器，一边反复进行PM的再生处理一边使灰分堆积60g/L。
之后，与上述初始压损的测定同样地，对废气净化过滤器前(上游)的压力和废气净化过滤器后(下游)的压力进行测定，并将其差分设为灰分堆积后的压损。然后，在将初始压损(kPa)设为Pfresh、将灰分堆积后的压损(kPa)设为Pash-loaded时，求出通过100×(Pash-loaded-Pfresh)/Pfresh的算式计算出的值的绝对值，作为灰分堆积后的压损变化率(％)。
在本实验例中，在灰分堆积后的压损变化率小于250％的情况下，判断为能够抑制由于灰分堆积而引起的压损上升。然后，将灰分堆积后的压损变化率为220％以上且小于250％的情况设为“B”，将灰分堆积后的压损变化率为210％以上且小于220％的情况设为“A”，将灰分堆积后的压损变化率小于210％的情况设为“A+”。但是，在汽油车辆中，初始PM捕集率优选为60％以上，因此对于初始PM捕集率小于60％的情况，将等级降低一级。另一方面，在灰分堆积后的压损变化率为250％以上的情况下，无法抑制由于灰分堆积而引起的压损上升，设为“C”。
将上述实验的结果汇总表示于表1。此外，图15表示作为试验体1～10的代表而对于试验体2的废气净化过滤器得到的废气流入侧的分隔壁表面的三维凹凸像。此外，在图16中，作为比较而表示对于试验体1C的废气净化过滤器得到的废气流入侧的分隔壁表面的三维凹凸像。此外，图17表示突出谷部的空间体积Vvv和突出峰部的实体体积Vmp的合计值(横轴)-灰分堆积后的压损变化率(纵轴)之间的关系。
[表1]
Figure BDA0003230720070000191
根据表1以及图15～图17，能够得知如下情况。废气流入的分隔壁表面的突出谷部的空间体积Vvv和突出峰部的实体体积Vmp的合计值成为本发明所规定的特定范围外、分隔壁表面的凹凸较大的试验体1C以及试验体2C的废气净化过滤器，无法抑制由于灰分堆积而引起的压损上升。
与此相对，废气流入的分隔壁表面的突出谷部的空间体积Vvv和突出峰部的实体体积Vmp的合计值处于本发明所规定的特定范围内、分隔壁表面的凹凸较小的试验体1～试验体10的废气净化过滤器，能够抑制由于灰分堆积而引起的压损上升。
其原因在于，如上所述，由于废气而产生的过滤器轴向的剪切力变大，由此堆积于分隔壁表面的壁灰分剥离并朝过滤器底部输送，能够维持分隔壁表面的气体透过性。另外，如图17所示，在Vvv和Vmp的合计值为1.8μm3/μm2以下的区域中，对由于灰分堆积而引起的压损上升进行抑制的效果饱和的理由，可以认为是基于以下原因。即，在上述剪切力大于分隔壁表面与壁灰分之间的结合力的情况下，出现由于上述机理而堆积于分隔壁表面的灰分剥离的情况。因而，在Vvv和Vmp的合计值为1.8μm3/μm2以下的区域中，可以认为已经成为超过该标准的剪切力，该区域是充分地产生了壁灰分向过滤器底部的输送的区域，因此可以认为即使进一步减小分隔壁表面的凹凸，其效果也较微小。
此外，根据表1可知，通过将分隔壁12的平均气孔径设为12μm以上，能够进一步抑制由于灰分堆积而引起的压损上升。其原因在于，不仅堆积于分隔壁表面的灰分通过废气的剪切力而剥离并朝过滤器底部输送，而且灰分也容易在分隔壁内穿过。但是，当分隔壁12的平均气孔径超过22μm时，出现初始PM捕集率降低的倾向。其原因在于，由于分隔壁的平均气孔径过度变大而产生了PM的穿过。
此外，根据表1可知，通过将分隔壁的气孔率设为50％以上，能够进一步抑制由于灰分堆积而引起的压损上升。其原因在于，不仅堆积于分隔壁表面的灰分通过废气的剪切力而剥离并朝过滤器底部输送，而且灰分也容易在分隔壁内穿过。
此外，根据表1可知，通过将分隔壁中的连通气孔121的弯曲度设为小于1.4，能够进一步抑制由于灰分堆积而引起的压损上升。其原因在于，成为气体流路的连通气孔的阻力变小，灰分难以勾挂于连通气孔的孔壁面，能够抑制灰分对连通气孔内的堵塞，其结果，不仅能够享受由于堆积于分隔壁表面的灰分剥离并朝过滤器底部输送所带来的压损的上升抑制效果，而且还能够享受由于灰分的穿过被促进所带来的压损的上升抑制效果。
本发明并不限定于上述实施方式、上述实验例，能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。即，虽然根据实施方式对本发明进行了记述，但应当理解本发明并不限定于该实施方式、构造等。本发明也包括各种变形例、均等范围内的变形。并且，各种组合、方式、甚至是仅包含其中一个要素、其以上或以下的其他组合、方式也落入本发明的范畴、思想范围内。

Claims (4)

1.一种废气净化过滤器(1)，具有沿着过滤器轴向(X)延伸的多个腔室(11)、划分形成多个上述腔室的多孔质的分隔壁(12)、以及在过滤器两端部将多个上述腔室交替地封闭的密封部(13)，其中，
在上述分隔壁中，通过非接触式的表面粗糙度测定而得到的上述分隔壁表面的体积参数即突出谷部(123)的空间体积Vvv和突出峰部(124)的实体体积Vmp的合计值为1.8μm3/μm2以下。
2.根据权利要求1所述的废气净化过滤器，其中，
上述分隔壁的平均气孔径为12μm以上。
3.根据权利要求1或2所述的废气净化过滤器，其中，
上述分隔壁的气孔率为50％以上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的废气净化过滤器，其中，
上述分隔壁具有使隔着上述分隔壁而邻接的上述腔室间连通的连通气孔(121)，该连通气孔的弯曲度小于1.4。
CN202080016858.0A 2019-07-31 2020-07-14 废气净化过滤器 Active CN113646511B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-141521 2019-07-31
JP2019141521A JP6940787B2 (ja) 2019-07-31 2019-07-31 排ガス浄化フィルタ
PCT/JP2020/027331 WO2021020101A1 (ja) 2019-07-31 2020-07-14 排ガス浄化フィルタ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113646511A true CN113646511A (zh) 2021-11-12
CN113646511B CN113646511B (zh) 2022-06-24

Family

ID=74228591

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080016858.0A Active CN113646511B (zh) 2019-07-31 2020-07-14 废气净化过滤器

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11878258B2 (zh)
EP (1) EP3919169A4 (zh)
JP (1) JP6940787B2 (zh)
CN (1) CN113646511B (zh)
WO (1) WO2021020101A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024009217A1 (en) * 2022-07-06 2024-01-11 Politecnico Di Torino Method, measurement apparatus and computer program product for characterization of wear traces in tribological tests

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1639447A (zh) * 2002-03-04 2005-07-13 揖斐电株式会社 废气净化用蜂巢式过滤器以及废气净化装置
CN1705502A (zh) * 2003-02-28 2005-12-07 揖斐电株式会社 陶瓷蜂窝状结构体
CN101534921A (zh) * 2006-12-27 2009-09-16 日立金属株式会社 陶瓷蜂窝过滤器及其制造方法
JP2011104524A (ja) * 2009-11-18 2011-06-02 Ngk Insulators Ltd 触媒担持フィルタ、及び排ガス浄化システム
JP2012045523A (ja) * 2010-08-30 2012-03-08 Denso Corp ハニカム構造体並びにその製造方法
CN102470310A (zh) * 2009-10-08 2012-05-23 揖斐电株式会社 废气净化装置和废气净化方法
CN107269355A (zh) * 2016-03-30 2017-10-20 日本碍子株式会社 蜂窝结构体

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7563415B2 (en) * 2006-03-03 2009-07-21 Geo2 Technologies, Inc Catalytic exhaust filter device
EP2070576B1 (en) * 2006-09-28 2014-03-19 Hitachi Metals, Ltd. Ceramic honeycomb structure and process for producing ceramic honeycomb structure
JP5413310B2 (ja) 2008-03-31 2014-02-12 株式会社デンソー 多孔質ハニカム構造体の製造方法
WO2009141877A1 (ja) 2008-05-20 2009-11-26 イビデン株式会社 ハニカム構造体
JP5175777B2 (ja) 2009-03-04 2013-04-03 東京窯業株式会社 ハニカム構造体
JP5604047B2 (ja) 2009-03-10 2014-10-08 日本碍子株式会社 ハニカム構造体
JP2013039513A (ja) 2011-08-12 2013-02-28 Sumitomo Chemical Co 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
WO2013145210A1 (ja) 2012-03-29 2013-10-03 イビデン株式会社 押出成形用金型、押出成形用金型の製造方法及びハニカム構造体の製造方法
JP2013224609A (ja) 2012-04-20 2013-10-31 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化装置
JP5883410B2 (ja) 2013-03-29 2016-03-15 日本碍子株式会社 ハニカム構造体の製造方法
JP6259334B2 (ja) 2014-03-20 2018-01-10 日本碍子株式会社 ハニカム構造体
JP2019141521A (ja) 2018-02-23 2019-08-29 株式会社三洋物産 遊技機

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1639447A (zh) * 2002-03-04 2005-07-13 揖斐电株式会社 废气净化用蜂巢式过滤器以及废气净化装置
CN1705502A (zh) * 2003-02-28 2005-12-07 揖斐电株式会社 陶瓷蜂窝状结构体
CN101534921A (zh) * 2006-12-27 2009-09-16 日立金属株式会社 陶瓷蜂窝过滤器及其制造方法
CN102470310A (zh) * 2009-10-08 2012-05-23 揖斐电株式会社 废气净化装置和废气净化方法
JP2011104524A (ja) * 2009-11-18 2011-06-02 Ngk Insulators Ltd 触媒担持フィルタ、及び排ガス浄化システム
JP2012045523A (ja) * 2010-08-30 2012-03-08 Denso Corp ハニカム構造体並びにその製造方法
CN107269355A (zh) * 2016-03-30 2017-10-20 日本碍子株式会社 蜂窝结构体

Also Published As

Publication number Publication date
CN113646511B (zh) 2022-06-24
US20220088521A1 (en) 2022-03-24
EP3919169A8 (en) 2022-03-16
EP3919169A1 (en) 2021-12-08
JP6940787B2 (ja) 2021-09-29
WO2021020101A1 (ja) 2021-02-04
JP2021023848A (ja) 2021-02-22
EP3919169A4 (en) 2022-04-13
US11878258B2 (en) 2024-01-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4516017B2 (ja) セラミックハニカム構造体
US9101865B2 (en) Honeycomb structure and manufacturing method of the same
CN113646511B (zh) 废气净化过滤器
CN113490786B (zh) 废气净化过滤器
CN110966065A (zh) 废气净化过滤器及其制造方法
WO2020202848A1 (ja) 排ガス浄化フィルタ
CN113613755B (zh) 废气净化过滤器
CN113507974B (zh) 废气净化过滤器
CN113557352B (zh) 废气净化过滤器
US11590444B2 (en) Honeycomb filter
US20220042436A1 (en) Exhaust gas purification filter
JP2014184422A (ja) 触媒コートフィルタ及び触媒コートフィルタ用担体
EP3919155B1 (en) Exhaust gas purification filter
WO2021020014A1 (ja) 排ガス浄化フィルタ
JP6431396B2 (ja) ハニカム構造体、及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant