JP2011206679A - 目封止ハニカム構造体、及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の目封止ハニカム構造体1Aは、隔壁4の表面に配置されたPM捕集層14が、流出セルbの開口端部を目封止する目封止部13の流入側の端面まで延設されて、隔壁4及び目封止部13を挟んで隣接するPM捕集層14同士が、目封止部13の流入側の端面にて連続するように配設されてなるとともに、目封止部13の流入側の端面まで延設されたPM捕集層14が、目封止部13の流入側の端面からセルの貫通方向外側に向けて、流出セル3bの一辺の長さLに対して0.1〜2倍の長さに相当する突出高さの突起部15を形成している。
【選択図】図3
Description
ここで、図1は、本発明の目封止ハニカム構造体の一の実施形態を模式的に示す斜視図であり、図2は、図1に示す目封止ハニカム構造体の一方の端面を模式的に示す平面図であり、図3は、図1に示す目封止ハニカム構造体のセルの貫通方向を含む断面を示す概略断面図である。図4は、図3に示す目封止ハニカム構造体のガス流入側部分を拡大して示す拡大断面図である。
本実施形態の目封止ハニカム構造体を構成するハニカム基材は、図1〜図4に示すように、多数の細孔を有する多孔質の隔壁4を有し、この隔壁4によってガスの流路となる複数のセル3が区画形成されたものである。このハニカム基材2は、複数のセル3の流入側の開口端部3Xと流出側の開口端部3Yとを互い違いに目封止部13によって目封止されており、流入側の開口端部3Xが開口した流入セル3aと、流出側の開口端部3Yが開口した流出セル3bとが、隔壁4を挟んで交互に配置されている。
本実施形態の目封止ハニカム構造体は、これまでに説明したように、流入側の開口端部が開口した流入セルを区画形成する側の隔壁の表面に膜状に配設された、隔壁の平均細孔径よりも平均細孔径が小さい細孔を有する多孔質のPM捕集層を備えている。
まず、PM捕集層が形成されている隔壁を、隔壁の軸方向に対して垂直に切断する。次に、得られた隔壁の断面における所望領域を、樹脂埋め研磨する。次に、樹脂埋め研磨した断面を、走査型電子顕微鏡(SEM)によって500倍の倍率で撮像する。撮影したSEM写真を、横に100分割する直線を引き、この直線を、SEM写真の上から順に観察し、隔壁の表面に触れる直線のうち一番上の直線と、PM捕集層を形成する粒子に触れる直線のうち一番上の直線と、をそれぞれ決定する。決定された2本の直線間の幅を、その視野の(即ち、当該SEM写真における)膜厚とし、20視野の(即ち、同様の倍率で異なる部位を撮像した20枚のSEM写真における)平均値を、PM捕集層の厚さとする。
次に、本発明の目封止ハニカム構造体の製造方法の一の実施形態について具体的に説明する。本実施形態の目封止ハニカム構造体の製造方法は、これまでに説明した本発明の目封止ハニカム構造体を製造する方法である。ここで、図10は、本発明の目封止ハニカム構造体の一の実施形態において、セラミック粒子が堆積した堆積層を形成する工程を模式的に示す説明図である。
目封止ハニカム構造体を、コモンレール式2.0Lディーゼルエンジンのターボチャージャー直下に搭載し、エンジン回転数2000rpm、トルク50Nm一定でエンジンを運転し、粒子状物質としてのスス(スート)が4g/L堆積した状態で圧力損失(圧損)を測定した。なお、上記したススの堆積量は、目封止ハニカム構造体1Lあたりのススの堆積量(g)を示している。
目封止ハニカム構造体を、スス付き圧損評価と同様のエンジンに搭載し、エンジン回転数2000rpm、トルク50Nm一定でエンジンを運転し、粒子状物質としてのスス(スート)が8g/L堆積した状態で、流入セルの開口の状態を撮像し、得られた画像の二値化して算出した開口率が、90%以上ある場合を「良(良好)」とし、80%以上の場合を「可(やや良好)」とし、80%未満の場合を「不可」とした。
軽油バーナーによって排出される排ガスを、目封止ハニカム構造体に流入させ、目封止ハニカム構造体に流入する前の排ガス中の粒子状物質の粒子数(上流のPM粒子数)と、目封止ハニカム構造体から流出したガス中の粒子状物質の粒子数(下流のPM粒子数)とを測定し、下記式(1)によって、目封止ハニカム構造体の捕集効率(%)を算出した。捕集効率が80%を超えた場合を「良(良好)」とした。
(試験1)高負荷、高回転エンジン試験:
目封止ハニカム構造体を、コモンレール式2.0Lディーゼルエンジンのターボチャージャー直下に搭載し、エンジン出力点の状態で15分運転した。
(試験2)耐久評価:
耐久性評価のため、加熱加振試験として、ホットバイブレーション試験を行った。1000℃×20分、500℃×20分を繰り返し、30Gの振動を加え、100時間試験を実施した。なお、ガスの流量は、2m3とした。
まず、目封止ハニカム構造体を構成するハニカム基材を作製した。ハニカム基材は、4本×4本(計16本)のハニカムセグメントを接合したハニカムセグメント接合体を用いた。
隔壁厚さ、セル密度、突起部の形状、突起部の長さ(突起部の突起高さ)を、表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様に構成された目封止ハニカム構造体を作製した。得られた目封止ハニカム構造体に対して、上述したスス付き圧損(kPa)、入口開口率の評価、捕集効率、及び耐久試験の各種の評価及び測定を行った。測定結果を表1に示す。
隔壁厚さ、セル密度、突起部の形状、突起部の長さ(突起部の突起高さ)を、表1に示すように変更し、且つ、PM捕集層及びPM捕集層から連続する突起部を形成しないこと以外は、実施例1と同様に構成された目封止ハニカム構造体を作製した。得られた目封止ハニカム構造体に対して、上述したスス付き圧損(kPa)、入口開口率の評価、捕集効率、及び耐久試験の各種の評価及び測定を行った。測定結果を表1に示す。
隔壁厚さ、セル密度、突起部の形状、突起部の長さ(突起部の突起高さ)を、表1に示すように変更し、且つ、PM捕集層から連続する突起部を形成しないこと以外は、実施例1と同様に構成された目封止ハニカム構造体を作製した。得られた目封止ハニカム構造体に対して、上述したスス付き圧損(kPa)、入口開口率の評価、捕集効率、及び耐久試験の各種の評価及び測定を行った。測定結果を表1に示す。
実施例の結果の通り、突起部(突起物)を形成させた目封止ハニカム構造体は、突起部を形成していない目封止ハニカム構造体より圧力損失が小さいことがわかる。突起部がない場合、排気ガスが目封止部の端面に当たることにより、入口側開口部付近に気流の乱れが発生する。これにより、ススがセル内部に入ることが阻害され、入口側開口部に溜まってしまう。その結果、セルの入口開口径が小さくなり、圧力損失特性が悪化する。一方、突起部を形成した場合には、ガスの流れが突起部により整流されるため、ススが入口側開口部に溜まることが抑制される。このため、圧力損失特性が悪化することがない。また、突起部の高さが目封止部(即ち、流出セル)の一辺の長さに対して2倍を超えたあたりから、突起部の一部脱落が見られた。これは、突起部が長くなることにより、形成した突起部が不安定になり一部脱落が起きたと推測される。このため、突起部の高さは、流出セルの一辺の長さLに対して2倍未満とすることが必要である。
Claims (8)
- ガスの流路となる一方の端面から他方の端面まで延びる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁を有する筒状のハニカム基材と、
前記複数のセルのガス流入側の開口端部とガス流出側の開口端部とを互い違いに目封止する目封止部と、
前記流入側の開口端部が開口した流入セルを区画形成する側の前記隔壁の表面に膜状に配設された、前記隔壁の平均細孔径よりも平均細孔径が小さい細孔を有する多孔質のPM捕集層と、を備え、
前記PM捕集層は、前記ガス流入側の開口端部が目封止された流出セルを目封止している前記目封止部の流入側の端面まで延設されて、前記隔壁及び前記目封止部を挟んで隣接する前記PM捕集層同士が、前記目封止部の流入側の端面にて連続するように配設されてなるとともに、前記目封止部の流入側の端面まで延設された前記PM捕集層は、前記目封止部の流入側の端面から前記セルの貫通方向外側に向けて、前記流出セルの一辺の長さLに対して0.1〜2倍の長さに相当する突出高さの突起部を形成してなる目封止ハニカム構造体。 - 前記PM捕集層から連続して形成された前記突起部の突出高さが、0.05〜5mmである請求項1に記載の目封止ハニカム構造体。
- 前記PM捕集層から連続して形成された前記突起部の形状が、前記目封止部の流入側の端面を底面とする、錐形状、錐台形状、又は錐形状若しくは錐台形状の底面から頂部方向に延びる各辺が当該形状の内側に湾曲した形状である請求項1又は2に記載の目封止ハニカム構造体。
- 前記PM捕集層の厚さが、1〜100μmである請求項1〜3のいずれか一項に記載の目封止ハニカム構造体。
- 多数の細孔を有する多孔質の隔壁を有し、前記隔壁によってガスの流路となる複数のセルが区画形成されたハニカム基材の一方の端面と他方の端面において、前記複数のセルの開口端部を互い違いに目封止して目封止部を形成する工程と、
前記目封止部を形成したハニカム基材の一方の端面側から、セラミック粒子を気流を介して搬送して、前記目封止部が配設されていないセルの開口部から前記セラミック粒子を流入させ、前記ハニカム基材を構成する前記隔壁の表面に前記セラミック粒子を付着させて、前記セラミック粒子が堆積した堆積層を形成する工程と、を備え、
前記セラミック粒子が堆積した堆積層を形成する工程において、前記セラミック粒子を、前記堆積層から連続するように前記ハニカム基材の一方の端面における前記目封止部の表面にまで堆積させ、前記目封止部の表面に堆積させた前記セラミック粒子により、前記目封止部の端面から前記セルの貫通方向外側に向けて、前記セルの一辺の長さLに対して0.1〜2倍の長さに相当する突出高さの突起部を形成する目封止ハニカム構造体の製造方法。 - 前記セラミック粒子が堆積した堆積層を形成する工程において、前記目封止部を形成したハニカム基材の他方の端面側の前記目封止部が配設されていないセルの開口部から、吸引を行って、前記一方の端面側から流入させた前記セラミック粒子を前記隔壁の表面に付着させる請求項5に記載の目封止ハニカム構造体の製造方法。
- 前記セラミック粒子として、平均粒子径が、0.5〜15μmの粒子を用いる請求項5又は6に記載の目封止ハニカム構造体の製造方法。
- 前記セラミック粒子が堆積した堆積層を形成する工程における前記セラミック粒子を搬送する気体の流速が、50〜800L/minである請求項5〜7のいずれか一項に記載の目封止ハニカム構造体の製造方法。
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