JP2010227743A - ハニカムフィルタ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】多数の細孔を有する多孔質のセラミックからなる隔壁4によって区画された、排ガスの流路となる複数のセル3を備えるハニカム構造体であって、前記複数のセルの一方の開口端部と他方の開口端部には互い違いに目封じされてなる目封止部が形成されてなり、前記隔壁4上には、前記隔壁4より平均細孔径の小さいPM捕集層20が形成されてなり、前記ハニカム構造体の軸方向であって中央部8に形成される前記PM捕集層20の厚さは、前記ハニカム構造体の軸方向であって上流部7及び下流部9と比較して、厚く形成されているハニカム構造体1。
【選択図】図3
Description
本発明のハニカムフィルタ1は、図1〜3に示されるように、多数の細孔を有する多孔質のセラミックからなる隔壁4によって区画された、排ガスの流路となる複数のセル3を備えるハニカム構造体であって、前記複数のセルの一方の開口端部と他方の開口端部には互い違いに目封じされてなる目封止部が形成されてなり、前記隔壁4上には、前記隔壁4より平均細孔径の小さいPM捕集層20が形成されてなり、前記ハニカム構造体の軸方向であって中央部8に形成される前記PM捕集層20の厚さは、前記ハニカム構造体の軸方向であって上流部7及び下流部9と比較して、厚く形成されているハニカムフィルタとして構成されている。
本字実施形態のハニカムフィルタでは、多数の最高を有する多孔質のセラミックからなる隔壁上に、平均細孔径の小さいPM捕集層が入口層として形成されている。すなわち、PM捕集層として平均細孔径の小さい層を隔壁上に形成することにより、このPM捕集層で排ガスのスート(黒鉛)を主体とする粒子状物質(PM)を捕集、スートの細孔内部への通過を阻止する役割を果たさせている。換言すれば、このPM捕集層に、スートの細孔内部への通過を阻止する役割を果たさせているのは、細孔内部へスートが通過すると、細孔内にスートが堆積し、その堆積時に圧損するおそれが上昇するため、その圧損の上昇を抑制しながら、高いスートの燃焼速度を得るためである。
本実施形態におけるハニカムフィルタの基材は、図1〜3、図6A〜6Cに示されるように、多数の細孔を有する多孔質のセラミックからなる隔壁4によって区画された、排ガスの流路となる複数のセル3を備えている。複数のセル3の一方の開口端部11aと他方の開口端部11bには互い違いに目封じされてなる目封止部13が形成されている。ただし、ハニカム構造の全体形状については特に限定されるものではなく、例えば、図1、2に示されるような円筒状の他、四角柱状、三角柱状等の形状を挙げることができる。
い。
本発明のハニカムフィルタの一実施形態の製造方法として、まず、前述のようにPM捕集層を形成する前のハニカム構造体(接合、加工済み)を準備する。そして、そのハニカム構造体の基材に造孔材を添加した入口層であるPM捕集層を製膜する。
排気量2.Lのディーゼルエンジンに、試験対象となるDPFを搭載し、エンジン始動、1分間の暖気の後で、エンジン状態を4000回転、240Nmに変更し、10分間維持し、その際のDPF前後の圧損を測定した。
同エンジンにて、DPFを搭載し、エンジン始動、1分間の暖気を後で、エンジン状態を2000rpm、50Nmに制御し、その状態をキープし、5g/L以上のスート堆積を行い、その途中である4g/L時での圧損を比較した。
同エンジンにて、前述の[2]スート付圧損実験を実施する際、エンジン状態を2000rpm、50Nmに切り替えた直後から3分間のDPF前後のPMエミッションをSMPSで測定し、それにより捕集効率を計算した。
SiC粉末及び金属Si粉末を80:20の質量割合で混合し、これにメチルセルロース及びヒドロキシプロポキシルメチルセルロース、界面活性剤及び水を添加して混練し、可塑性の坏土を得、所定の金型を用いて坏土を押出成形し、所望形状のハニカムセグメント形状を4本×4本=計16本得た。次いで、得られたハニカムセグメント成形体をマイクロ波乾燥機で乾燥し、更に熱風乾燥機で完全に乾燥させた後、目封止をして焼成(仮焼き)した。この仮焼きの条件としては、酸化雰囲気において550℃で、3時間である。その後、焼成(本焼成)を行った。この焼成は、Ar不活性雰囲気で1400℃で、2時間焼成して行った。このようにして得られたハニカムセグメント(焼結体)を、接合剤を塗布して組み合わせ接合させるとともに、その周面に、アルミノシリケートファイバ、コロイダルシリカ、ポリビニルアルコール、及び炭化珪素を混練してなる接合用スラリーを塗布し、互いに組み付けて圧着した後、加熱乾燥して、全体形状が四角柱状のハニカムセグメント接合体を得た。さらに、そのハニカムセグメント接合体を、円柱形状に研削加工した後、その周面を、ハニカムセグメント成形体と同材料からなる外周コート層で被覆し、乾燥により硬化させることにより、φ144×152mmL、12mil/300cpsiのセグメント構造を有する円柱形状のハニカム構造体を得た。
実施例1と同様にして、隔壁気孔率40%、PM捕集層気孔率50%、上流部厚さ(上流部のPM捕集層厚さ)10μm、中央部厚さ(中央部のPM捕集層厚さ)60μm、下流部厚さ(下流部のPM捕集層厚さ)51μmからなる、実施例2のDPFを得、また、同様にして、隔壁気孔率40%、PM捕集層気孔率50%、上流部厚さ(上流部のPM捕集層厚さ)20μm、中央部厚さ(中央部のPM捕集層厚さ)60μm、下流部厚さ(下流部のPM捕集層厚さ)51μmからなる、実施例3のDPFを得、同様に隔壁気孔率40%、PM捕集層気孔率50%、上流部厚さ(上流部のPM捕集層厚さ)30μm、中央部厚さ(中央部のPM捕集層厚さ)60μm、下流部厚さ(下流部のPM捕集層厚さ)51μmからなる、実施例4のDPFを得、また、同様に隔壁気孔率40%、PM捕集層気孔率50%、上流部厚さ(上流部のPM捕集層厚さ)10μm、中央部厚さ(中央部のPM捕集層厚さ)60μm、下流部厚さ(下流部のPM捕集層厚さ)18μmからなる、実施例5のDPFを得、また、同様に隔壁気孔率40%、PM捕集層気孔率50%、上流部厚さ(上流部のPM捕集層厚さ)10μm、中央部厚さ(中央部のPM捕集層厚さ)60μm、下流部厚さ(下流部のPM捕集層厚さ)30μmからなる、実施例6のDPFを得、また、同様に隔壁気孔率40%、PM捕集層気孔率50%、上流部厚さ(上流部のPM捕集層厚さ)10μm、中央部厚さ(中央部のPM捕集層厚さ)60μm、下流部厚さ(下流部のPM捕集層厚さ)54μmからなる、実施例7のDPFを得、また、同様に隔壁気孔率40%、PM捕集層気孔率50%、上流部厚さ(上流部のPM捕集層厚さ)4μm、中央部厚さ(中央部のPM捕集層厚さ)20μm、下流部厚さ(下流部のPM捕集層厚さ)17μmからなる、実施例8のDPFを得、また、同様に隔壁気孔率40%、PM捕集層気孔率50%、上流部厚さ(上流部のPM捕集層厚さ)20μm、中央部厚さ(中央部のPM捕集層厚さ)100μm、下流部厚さ(下流部のPM捕集層厚さ)85μmからなる、実施例9のDPFを得、前述のような[1]〜[3]の実験を行った。その特性及び実験結果を表1に示す。
実施例1と同様にして、隔壁気孔率40%、PM捕集層気孔率50%、上流部厚さ(上流部のPM捕集層厚さ)2.5μm、中央部厚さ(中央部のPM捕集層厚さ)60μm、下流部厚さ(下流部のPM捕集層厚さ)51μmからなる、比較例1のDPFを得、また、同様にして、隔壁気孔率40%、PM捕集層気孔率50%、上流部厚さ(上流部のPM捕集層厚さ)32μm、中央部厚さ(中央部のPM捕集層厚さ)60μm、下流部厚さ(下流部のPM捕集層厚さ)51μmからなる、比較例2のDPFを得、また、同様にして、隔壁気孔率40%、PM捕集層気孔率50%、上流部厚さ(上流部のPM捕集層厚さ)10μm、中央部厚さ(中央部のPM捕集層厚さ)60μm、下流部厚さ(下流部のPM捕集層厚さ)16μmからなる、比較例3のDPFを得、また、同様にして、隔壁気孔率40%、PM捕集層気孔率50%、上流部厚さ(上流部のPM捕集層厚さ)10μm、中央部厚さ(中央部のPM捕集層厚さ)60μm、下流部厚さ(下流部のPM捕集層厚さ)56μmからなる、比較例4のDPFを得、また、同様にして、隔壁気孔率40%、PM捕集層気孔率50%、上流部厚さ(上流部のPM捕集層厚さ)3.6μm、中央部厚さ(中央部のPM捕集層厚さ)18μm、下流部厚さ(下流部のPM捕集層厚さ)15.3μmからなる、比較例5のDPFを得、また、同様にして、隔壁気孔率40%、PM捕集層気孔率50%、上流部厚さ(上流部のPM捕集層厚さ)21μm、中央部厚さ(中央部のPM捕集層厚さ)105μm、下流部厚さ(下流部のPM捕集層厚さ)89μmからなる、比較例6のDPFを得、前述のような[1]〜[3]の実験を行った。その特性及び実験結果を表1に示す。
表1に示されるように、実施例1〜9のDPFは、良好な結果を得ることができた。これに対し、比較例では、高負荷圧損評価では、42kPaを超えてしまい、エンジン出力に大きな悪影響を及ぼし出力が低下しているものがあり、スート付圧損評価では圧損が9kPa以上を超えてしまい、車両走行時の抵抗が上昇し燃費が5%以上悪化するものがあり、さらに捕集効率評価では、捕集効率が80%以下となって、将来的に導入される予定となっているPM個数に対する規制を達成できなくなる虞のあるものが見られ、実用化に乏しいものであることが裏づけられた。
Claims (7)
- 多数の細孔を有する多孔質のセラミックからなる隔壁によって区画された、排ガスの流路となる複数のセルを備えるハニカム構造体であって、
前記複数のセルの一方の開口端部と他方の開口端部には互い違いに目封じされてなる目封止部が形成されてなり、
前記隔壁上には、前記隔壁より平均細孔径の小さいPM捕集層が形成されてなり、
前記ハニカム構造体の軸方向であって中央部に形成される前記PM捕集層の厚さは、前記ハニカム構造体の軸方向であって上流部及び下流部と比較して、厚く形成されているハニカムフィルタ。 - 前記中央部に形成される前記PM捕集層の厚さは、20μm〜100μmである請求項1に記載のハニカムフィルタ。
- 前記上流部に形成される前記PM捕集層の厚さは、前記中央部に形成される前記PM捕集層の厚さの5%〜60%である請求項1又は2に記載のハニカムフィルタ。
- 前記下流部に形成される前記PM捕集層の厚さは、前記中央部に形成される前記PM捕集層の厚さの30%〜90%である請求項1〜3のいずれか1項に記載のハニカムフィルタ。
- 前記上流部に形成される前記PM捕集層の厚さが、前記中央部に形成される前記PM捕集層の厚さの90%以下であるとともに、前記下流部に形成されるPM捕集層の厚さが、前記中央部に形成される前記PM捕集層の厚さの80%以下であり、且つ、前記中央部に形成される前記PM捕集層の厚さが150μm以下である請求項1〜4のいずれか1項に記載のハニカムフィルタ。
- 前記ハニカム構造体であって、排ガスの入口側に形成される開口端面側に形成される前記目封止部の長さ分のみ、前記PM捕集層の厚さが30μm以下である請求項1〜5のいずれか1項に記載のハニカムフィルタ。
- 前記隔壁の一部若しくは全部及び/又はPM捕集層の一部若しくは全部に触媒が担持されている請求項1〜6のいずれか1項に記載のハニカムフィルタ。
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