JP2013227882A - Exhaust emission control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排ガス浄化装置に関する。更に詳しくは、排ガス浄化装置から排出されるガスに含まれる煤の個数を少なくすることが可能な排ガス浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus. More specifically, the present invention relates to an exhaust gas purification device that can reduce the number of soot contained in gas discharged from the exhaust gas purification device.
内燃機関や各種の燃焼装置等から排出されるガスには、煤を主体とする粒子状物質が、多量に含まれている。この粒子状物質がそのまま大気中に放出されると、環境汚染を引き起こすおそれがある。そのため、自動車のエンジン等の排気系には、排ガス中の粒子状物質を捕集するためのフィルタを備えた排ガス浄化装置が搭載されている。そして、現在、ガソリンエンジンから排出される煤の排出個数規制導入を背景に、ガソリンエンジン用の排ガス浄化装置の開発が盛んに行われている。 Gases discharged from internal combustion engines and various combustion devices contain a large amount of particulate matter mainly composed of soot. If this particulate matter is directly released into the atmosphere, it may cause environmental pollution. For this reason, an exhaust gas purification apparatus including a filter for collecting particulate matter in the exhaust gas is mounted on an exhaust system such as an automobile engine. Currently, development of exhaust gas purifying devices for gasoline engines is actively carried out against the background of the introduction of restrictions on the number of soot discharged from gasoline engines.
上述した排ガス浄化装置における粒子状物質を捕集するためフィルタとして、例えば、ハニカムフィルタが用いられている。このハニカムフィルタは、例えば、複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁を有するハニカム構造体と、所定のセルの一方の端部及び残余のセルの他方の端部に配置された目封止部とを備えたもの挙げることができる（例えば、特許文献１参照）。 For example, a honeycomb filter is used as a filter for collecting particulate matter in the exhaust gas purification apparatus described above. This honeycomb filter includes, for example, a honeycomb structure having porous partition walls that partition a plurality of cells, and plugged portions disposed at one end of a predetermined cell and the other end of the remaining cells. (For example, refer patent document 1).
このようなハニカムフィルタでは、ハニカム構造体の一方の端部が開口したセルに排ガスを流入させると、排ガスが隔壁を通過する際に、その排ガスに含まれる煤等の粒子状物質が隔壁に捕集される。その後、粒子状物質が除去された浄化ガスが、他方の端部が開口したセルから流出する。 In such a honeycomb filter, when exhaust gas is allowed to flow into a cell in which one end of the honeycomb structure is opened, particulate matter such as soot contained in the exhaust gas is trapped in the partition when the exhaust gas passes through the partition. Be collected. Thereafter, the purified gas from which the particulate matter has been removed flows out of the cell having the other end opened.
従来の排ガス浄化装置においては、上述したように、排ガスに含まれる煤等の粒子状物質を、ハニカム構造体の隔壁に堆積させて捕集している。この際、内燃機関等の高負荷運転時において、排ガスの温度が上昇すると、隔壁に堆積した煤が燃焼し、煤の粒子径が小さくなる。そのため、従来の排ガス浄化装置は、高負荷運転時に、排ガスの流れに乗って、上述した粒子径の小さくなった煤が隔壁を通過し、浄化ガスとともに外部に放出されてしまうという問題があった。即ち、内燃機関等の通常運転時と比較して、高負荷運転時においては、浄化ガスとともに外部に放出される煤の個数が増加してしまうという問題があった。特に、ガソリンエンジンにおいては、エンジンから排出される煤の個数が、排ガス規制の対象となるため、排ガス浄化装置から排出されるガスに含まれる煤の個数を、上記高負荷運転時において低減することが可能な排ガス浄化装置の開発が要望されていた。 In the conventional exhaust gas purification apparatus, as described above, particulate matter such as soot contained in the exhaust gas is collected by being deposited on the partition walls of the honeycomb structure. At this time, when the temperature of the exhaust gas rises during high load operation of the internal combustion engine or the like, the soot accumulated on the partition wall burns and the particle size of the soot is reduced. Therefore, the conventional exhaust gas purification apparatus has a problem that the soot having a reduced particle diameter passes through the partition wall and is discharged to the outside together with the purified gas, riding on the flow of the exhaust gas during high load operation. . That is, compared with the normal operation of the internal combustion engine or the like, there is a problem that the number of soot discharged to the outside together with the purified gas is increased during the high load operation. In particular, in a gasoline engine, the number of soot discharged from the engine is subject to exhaust gas regulations, so the number of soot contained in the gas discharged from the exhaust gas purification device should be reduced during the high load operation. There has been a demand for the development of an exhaust gas purification device that can be used.
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものである。本発明は、排ガス浄化装置から排出されるガスに含まれる煤の個数を少なくすることが可能な排ガス浄化装置を提供するものである。 The present invention has been made in view of the above-described problems. The present invention provides an exhaust gas purification device that can reduce the number of soot contained in gas discharged from the exhaust gas purification device.
本発明者らは、前記のような従来技術の課題を解決するために鋭意検討した結果、以下の知見を得た。上記のように高負荷運転時において煤の粒子径が小さくなった場合であっても、排ガス浄化装置を構成するフィルタの隔壁を通過するガスの平均ろ過流速がある一定条件以下であれば、上記フィルタによって、粒子径が小さくなった煤をある程度捕集することができる。従って、隔壁を通過する排ガスの平均ろ過流速を規定することにより、排ガス浄化装置から排出されるガスに含まれる煤の個数を少なくすることができることを見出し、本発明を完成させた。具体的には、本発明により、以下の排ガス浄化装置が提供される。 As a result of intensive investigations to solve the problems of the prior art as described above, the present inventors have obtained the following knowledge. Even when the particle size of the soot is small during high load operation as described above, if the average filtration flow rate of the gas passing through the partition walls of the filter constituting the exhaust gas purification device is below a certain condition, the above The filter can collect soot with a reduced particle diameter to some extent. Therefore, the present inventors have found that the number of soot contained in the gas discharged from the exhaust gas purifying device can be reduced by defining the average filtration flow rate of the exhaust gas passing through the partition wall, thereby completing the present invention. Specifically, the following exhaust gas purification apparatus is provided by the present invention.
［１］ 流入端面から流出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及び最外周に配置された外周壁を有する筒状のハニカム構造体、及び前記ハニカム構造体の前記流入端面における所定のセルの開口部と前記流出端面における残余のセルの開口部とに配設された目封止部を備えたハニカムフィルタと、エンジン排気マニホルドの出口側に接続される流入口、及び前記流入口から流入した排ガスを流出する流出口を有し、前記ハニカムフィルタをその内部のガス通路内に保持する筒状の缶体と、を備え、前記エンジン排気マニホルドから排出された前記排ガスの温度が、前記ハニカムフィルタの前記流入端面において４５０℃以上となる場合に、前記多孔質の前記隔壁を通過する前記排ガスの平均流速が２０〜１１０ｍｍ／秒となるように構成されてなる排ガス浄化装置。 [1] A cylindrical honeycomb structure having a porous partition wall defining a plurality of cells extending from the inflow end surface to the outflow end surface and an outer peripheral wall disposed on the outermost periphery, and a predetermined in the inflow end surface of the honeycomb structure A honeycomb filter having a plugging portion disposed at an opening of the cell and an opening of the remaining cell at the outflow end surface, an inlet connected to an outlet side of the engine exhaust manifold, and the inlet A tubular can that holds the honeycomb filter in a gas passage therein, and the temperature of the exhaust gas discharged from the engine exhaust manifold is When the inflow end face of the honeycomb filter has a temperature of 450 ° C. or higher, an average flow rate of the exhaust gas passing through the porous partition walls is 20 to 110 mm / second. Exhaust gas purifying apparatus comprising configured so that.
［２］ 前記隔壁の厚さが、０．１３〜０．４８ｍｍである前記［１］に記載の排ガス浄化装置。 [2] The exhaust gas purification apparatus according to [1], wherein the partition wall has a thickness of 0.13 to 0.48 mm.
［３］ 前記ハニカムフィルタの前記セルの延びる方向に垂直な方向の断面におけるセルピッチが、１．３６〜２．５４ｍｍである前記［１］又は［２］に記載の排ガス浄化装置。 [3] The exhaust gas purification device according to [1] or [2], wherein a cell pitch in a cross section in a direction perpendicular to a cell extending direction of the honeycomb filter is 1.36 to 2.54 mm.
［４］ 前記隔壁の平均細孔径が、５〜３０μｍである前記［１］〜［３］のいずれかに記載の排ガス浄化装置。 [4] The exhaust gas purifying apparatus according to any one of [1] to [3], wherein the partition wall has an average pore diameter of 5 to 30 μm.
［５］ 前記隔壁に、前記排ガスに含まれる煤を酸化するための酸化触媒又は前記排ガスを浄化するための三元触媒が担持されている前記［１］〜［４］のいずれかに記載の排ガス浄化装置。 [5] The method according to any one of [1] to [4], wherein an oxidation catalyst for oxidizing soot contained in the exhaust gas or a three-way catalyst for purifying the exhaust gas is supported on the partition wall. Exhaust gas purification device.
［６］ ガソリンエンジン排気マニホルドに接続され、前記ガソリンエンジンから排出される前記排ガスを浄化する前記［１］〜［５］のいずれかに記載の排ガス浄化装置。 [6] The exhaust gas purification device according to any one of [1] to [5], which is connected to a gasoline engine exhaust manifold and purifies the exhaust gas discharged from the gasoline engine.
本発明の排ガス浄化装置によれば、排ガス浄化装置から排出されるガスに含まれる煤の個数を少なくすることができる。従来の排ガス浄化装置においては、排ガスの温度が４５０℃以上となる高負荷運転時において、隔壁に捕集された煤の粒子径が小さくなった場合に、粒子径が小さくなった煤がハニカムフィルタの隔壁を通り抜けて、浄化されたガスとともに多数排出されてしまうことがあった。本発明の排ガス浄化装置においては、上述したような煤の粒子径が小さくなるような温度条件において、隔壁を通過する排ガスの平均流速を２０〜１１０ｍｍ／秒としている。そのため、粒子径が小さくなった煤を含む排ガスの流速が遅くなり、粒子径が小さくなった煤が隔壁を通過してしまうのを有効に抑制することができる。 According to the exhaust gas purification apparatus of the present invention, the number of soot contained in the gas discharged from the exhaust gas purification apparatus can be reduced. In the conventional exhaust gas purifying device, when the particle size of the soot trapped in the partition wall is reduced during high load operation where the temperature of the exhaust gas is 450 ° C. or higher, the soot with the reduced particle size is the honeycomb filter. In some cases, a large amount of gas was discharged along with the purified gas. In the exhaust gas purifying apparatus of the present invention, the average flow velocity of the exhaust gas passing through the partition wall is set to 20 to 110 mm / second under the temperature condition such that the particle diameter of the soot is reduced as described above. Therefore, the flow rate of the exhaust gas containing soot having a reduced particle diameter becomes slow, and soot having a reduced particle diameter can be effectively suppressed from passing through the partition wall.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施の形態に対し適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following embodiments. It should be understood that modifications and improvements as appropriate to the following embodiments are also included in the scope of the present invention based on ordinary knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. It is.
（１）排ガス浄化装置：
図１に示すように、本発明の排ガス浄化装置の一の実施形態は、ハニカムフィルタ２０と、このハニカムフィルタ２０を収納する筒状の缶体５０と、を備えた排ガス浄化装置１００である。本実施形態の排ガス浄化装置１００は、エンジン排気マニホルドから排出される排ガスＧ１を浄化するための排ガス浄化装置である。ここで、図１は、本発明の排ガス浄化装置の一の実施形態の構成を模式的に示す断面図であり、ハニカムフィルタのセルの延びる方向の中心軸を含む断面を示す。なお、図１において、符号Ｇ１に示す矢印が、排ガスＧ１の流れを示す。また、符号Ｇ２に示す矢印が、排ガスＧ１が隔壁１を通過した後のガスＧ２の流れを示す。
(1) Exhaust gas purification device:
As shown in FIG. 1, an embodiment of the exhaust gas purification apparatus of the present invention is an exhaust gas purification apparatus 100 including a honeycomb filter 20 and a cylindrical can body 50 that houses the honeycomb filter 20. The exhaust gas purification apparatus 100 of this embodiment is an exhaust gas purification apparatus for purifying the exhaust gas G1 discharged from the engine exhaust manifold. Here, FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of an embodiment of the exhaust gas purifying apparatus of the present invention, and shows a cross section including a central axis in a cell extending direction of the honeycomb filter. In FIG. 1, an arrow indicated by reference numeral G1 indicates the flow of the exhaust gas G1. Moreover, the arrow shown to the code | symbol G2 shows the flow of gas G2 after the waste gas G1 passes the partition 1. FIG.
本実施形態の排ガス浄化装置１００のハニカムフィルタ２０は、筒状のハニカム構造体１０、及びハニカム構造体１０のセル２のいずれか一方の開口部を封止するように配置された目封止部７を備えたものである。ハニカム構造体１０は、流入端面１１から流出端面１２まで延びる複数のセル２を区画形成する多孔質の隔壁１及び最外周に配置された外周壁３を有するものである。目封止部７は、上述したようにハニカム構造体１０の流入端面１１における所定のセル２ａの開口部と、流出端面１２における残余のセル２ｂの開口部とに配置されて、それぞれのセル２（２ａ，２ｂ）のいずれか一方の開口部を封止している。 The honeycomb filter 20 of the exhaust gas purification apparatus 100 of the present embodiment includes a plugged portion disposed so as to seal either one of the cylindrical honeycomb structure 10 and the cell 2 of the honeycomb structure 10. 7 is provided. The honeycomb structure 10 includes a porous partition wall 1 that partitions and forms a plurality of cells 2 extending from the inflow end surface 11 to the outflow end surface 12 and an outer peripheral wall 3 disposed at the outermost periphery. As described above, the plugging portions 7 are arranged at the opening portions of the predetermined cells 2a on the inflow end surface 11 of the honeycomb structure 10 and the opening portions of the remaining cells 2b on the outflow end surface 12, and the respective cell 2 Either one of the openings (2a, 2b) is sealed.
また、缶体５０は、本実施形態の排ガス浄化装置１００における筐体（別言すれば、外装）であり、この缶体５０がエンジン排気マニホルドに接続可能に構成されている。即ち、缶体５０は、エンジン排気マニホルドの出口側に接続される流入口５２、及び流入口５２から流入した排ガス（即ち、隔壁１を通過した後のガスＧ２）を流出する流出口５３を有している。そして、この缶体５０の内部のガス通路内に、上記ハニカムフィルタ２０が保持されている。本実施形態の排ガス浄化装置１００により排ガスを浄化する際には、この缶体５０の流入口５２を、エンジン排気マニホルドの出口側に接続し、当該缶体５０の流入口５２から流入した排ガスを、缶体５０内に保持されたハニカムフィルタ２０によって浄化する。 Further, the can body 50 is a casing (in other words, an exterior) in the exhaust gas purification apparatus 100 of the present embodiment, and the can body 50 is configured to be connectable to the engine exhaust manifold. That is, the can body 50 has an inlet 52 connected to the outlet side of the engine exhaust manifold, and an outlet 53 for discharging the exhaust gas flowing in from the inlet 52 (that is, the gas G2 after passing through the partition wall 1). doing. The honeycomb filter 20 is held in the gas passage inside the can body 50. When exhaust gas is purified by the exhaust gas purification apparatus 100 of the present embodiment, the inlet 52 of the can body 50 is connected to the outlet side of the engine exhaust manifold, and the exhaust gas flowing from the inlet 52 of the can body 50 is exhausted. Purification is performed by the honeycomb filter 20 held in the can 50.
そして、本実施形態の排ガス浄化装置１００は、排ガスＧ１の温度が、ハニカムフィルタ２０の流入端面１１において４５０℃以上となる場合に、隔壁１を通過する排ガスＧ１の平均流速が２０〜１１０ｍｍ／秒となるように構成されている。このように構成することによって、排ガス浄化装置１００から排出されるガスＧ２に含まれる煤の個数を少なくすることができる。 And in the exhaust gas purification apparatus 100 of this embodiment, when the temperature of the exhaust gas G1 becomes 450 degreeC or more in the inflow end surface 11 of the honey-comb filter 20, the average flow velocity of the exhaust gas G1 which passes the partition 1 is 20-110 mm / sec. It is comprised so that. By comprising in this way, the number of soot contained in gas G2 discharged | emitted from the exhaust gas purification apparatus 100 can be decreased.
従来の排ガス浄化装置においては、内燃機関から排出される排ガスを浄化する際に、以下のような問題が生じることがあった。従来の排ガス浄化装置においては、排ガスの温度が４５０℃以上となる高負荷運転時において、隔壁に捕集された煤の粒子径が小さくなってしまう。そして、このように煤の粒子径が小さくなった場合に、粒子径が小さくなった煤がハニカムフィルタの隔壁を通り抜けて、浄化されたガスとともに多数排出されてしまう。即ち、従来の排ガス浄化装置では、上記高負荷運転時において、排ガス浄化装置を設置したが故に、却って、排ガス浄化装置から排出されるガスに含まれる煤の個数が多くなってしまうことがあった。特に、ガソリンエンジンにおいては、エンジンから排出される煤の個数が、排ガス規制の対象となるため、排ガス浄化装置から排出されるガスに含まれる煤の個数を、上記高負荷運転時において低減することが可能な排ガス浄化装置の開発が要望されていた。 In the conventional exhaust gas purification apparatus, the following problems may occur when purifying exhaust gas discharged from the internal combustion engine. In the conventional exhaust gas purification apparatus, the particle diameter of the soot collected on the partition walls becomes small during high-load operation where the temperature of the exhaust gas is 450 ° C. or higher. When the particle diameter of the soot is reduced in this way, a large amount of soot having a reduced particle diameter passes through the partition walls of the honeycomb filter and is discharged together with the purified gas. That is, in the conventional exhaust gas purification device, the exhaust gas purification device was installed during the high load operation, and on the contrary, the number of soot contained in the gas discharged from the exhaust gas purification device may increase. . In particular, in a gasoline engine, the number of soot discharged from the engine is subject to exhaust gas regulations, so the number of soot contained in the gas discharged from the exhaust gas purification device should be reduced during the high load operation. There has been a demand for the development of an exhaust gas purification device that can be used.
本実施形態の排ガス浄化装置１００においては、上述したような煤の粒子径が小さくなるような温度条件において、隔壁１を通過する排ガスＧ１の平均流速を２０〜１１０ｍｍ／秒としている。そのため、粒子径が小さくなった煤を含む排ガスＧ１の流速が遅くなり、粒子径が小さくなった煤が隔壁１を通過してしまうのを有効に抑制することができる。その結果、缶体５０の流出口５３から流出するガスＧ２に含まれる煤の個数を、従来の排ガス浄化装置と比較して、少なくすることができる。 In the exhaust gas purifying apparatus 100 of the present embodiment, the average flow velocity of the exhaust gas G1 passing through the partition wall 1 is set to 20 to 110 mm / second under the temperature condition such that the particle diameter of the soot is reduced as described above. Therefore, the flow rate of the exhaust gas G1 containing soot having a reduced particle diameter becomes slow, and soot having a reduced particle diameter can be effectively suppressed from passing through the partition wall 1. As a result, the number of soot contained in the gas G2 flowing out from the outlet 53 of the can body 50 can be reduced as compared with the conventional exhaust gas purification device.
「隔壁１を排ガスＧ１が通過する」とは、多孔質の隔壁１に形成された細孔を排ガスＧ１が通過して、流入端面１１の開口端が開口したセル２ｂから、流出端面１２の開口端が開口したセル２ａへと排ガスＧ１が移動することを意味する。そして、上述したように排ガスＧ１が隔壁１を通過する際に、排ガスＧ１に含まれる煤等の粒子状物質が隔壁１に捕集され、排ガスＧ１が浄化される。 “The exhaust gas G1 passes through the partition wall 1” means that the exhaust gas G1 passes through the pores formed in the porous partition wall 1 and the opening of the outflow end surface 12 from the cell 2b in which the opening end of the inflow end surface 11 is opened. It means that the exhaust gas G1 moves to the cell 2a having an open end. As described above, when the exhaust gas G1 passes through the partition wall 1, particulate matter such as soot contained in the exhaust gas G1 is collected in the partition wall 1, and the exhaust gas G1 is purified.
「隔壁１を通過する排ガスＧ１の平均流速」は、ハニカムフィルタ２０の流入端面１１から流入する排ガスの流量を、ハニカムフィルタ２０の有効ろ過面積で除算することによって求めることができる。以下、「隔壁１を通過する排ガスＧ１の平均流速」のことを、「排ガスＧ１の平均ろ過流速」ということがある。 The “average flow velocity of the exhaust gas G1 passing through the partition wall 1” can be obtained by dividing the flow rate of the exhaust gas flowing from the inflow end face 11 of the honeycomb filter 20 by the effective filtration area of the honeycomb filter 20. Hereinafter, “the average flow rate of the exhaust gas G1 passing through the partition wall 1” may be referred to as “the average filtration flow rate of the exhaust gas G1”.
「ハニカムフィルタ２０の有効ろ過面積」は、目封止部７を除くハニカムフィルタ２０の容積に、当該ハニカムフィルタ２０の幾何学的表面積を掛算し、更に、流入端面１１の開口端が開口したセル２ｂの個数の割合を掛算することによって求めることができる。なお、「流入端面１１の開口端が開口したセル２ｂの個数の割合」とは、全てのセル２の個数に対する、流入端面１１の開口端が開口したセル２ｂの個数の割合のことである。例えば、流入端面１１の開口端が開口したセル２ｂの個数と、流出端面１２の開口端が開口したセル２ａの個数とが同じ場合には、上記割合は０．５である。「幾何学的表面積」とは、セルを区画形成する単位体積当たりのハニカムフィルタ２０の隔壁１の表面積のことを意味する。また、「ハニカムフィルタの有効ろ過面積」とは、目封止部(排ガスが通過しない隔壁部分)を除いた、排ガスが通過し得る入口側が開口したセルを区画する隔壁の表面積の総和のことを意味する。上述したように、「有効ろ過面積」においては、目封止部が配置された隔壁の表面が、当該「有効ろ過面積」には含まれず、あくまで実質的にフィルタとして機能する隔壁の表面積を示す。 “Effective filtration area of the honeycomb filter 20” is a cell in which the volume of the honeycomb filter 20 excluding the plugging portion 7 is multiplied by the geometric surface area of the honeycomb filter 20 and the opening end of the inflow end face 11 is opened. It can be obtained by multiplying the ratio of the number of 2b. The “ratio of the number of cells 2b having open ends of the inflow end face 11” is the ratio of the number of cells 2b having open ends of the inflow end face 11 to the number of all cells 2. For example, when the number of cells 2b having the open end of the inflow end face 11 is the same as the number of cells 2a having the open end of the outflow end face 12, the ratio is 0.5. The “geometric surface area” means the surface area of the partition walls 1 of the honeycomb filter 20 per unit volume for defining cells. In addition, the “effective filtration area of the honeycomb filter” refers to the total surface area of the partition walls that define the cells that are open on the inlet side through which the exhaust gas can pass, excluding the plugging portions (partition walls through which the exhaust gas does not pass). means. As described above, in the “effective filtration area”, the surface of the partition wall in which the plugging portions are arranged is not included in the “effective filtration area”, and indicates the surface area of the partition wall that substantially functions as a filter. .
また、「ハニカムフィルタ２０の流入端面１１における排ガスＧ１の温度」とは、ハニカムフィルタ２０の流入端面１１の中心から、排ガスＧ１の流れの上流側に２０ｍｍ離れた位置にて測定された排ガスＧ１の温度のことを意味する。 Further, “the temperature of the exhaust gas G1 at the inflow end face 11 of the honeycomb filter 20” means that the exhaust gas G1 measured at a position 20 mm away from the center of the inflow end face 11 of the honeycomb filter 20 upstream of the flow of the exhaust gas G1. It means temperature.
本実施形態の排ガス浄化装置において、排ガスＧ１の温度が４５０℃以上の場合における「排ガスＧ１の平均ろ過流速」を規定しているのは、上述したように、上記温度が４５０℃以上の場合に、隔壁に捕集された煤の燃焼が起こるからである。即ち、排ガスＧ１の温度が４５０℃未満の状態では、煤の燃焼が十分に起こらないため、隔壁に捕集された煤の小粒子径化は起こらない。従って、排ガスＧ１の温度が４５０℃未満の状態では、排ガス浄化装置から排出されるガスに含まれる煤の個数が極端に増加することは無く、特段に「排ガスＧ１の平均ろ過流速」の制御を行わなくてもよい。本実施形態の排ガス浄化装置は、排ガスＧ１の温度が４５０℃未満の場合において、「排ガスＧ１の平均ろ過流速」が、２０〜１１０ｍｍ／秒となるように構成されていてもよいし、２０ｍｍ／秒未満又は１１０ｍｍ／秒超となるように構成されていてもよい。 In the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment, the “average exhaust flow rate of the exhaust gas G1” when the temperature of the exhaust gas G1 is 450 ° C. or higher is defined as described above when the temperature is 450 ° C. or higher. This is because burning of the soot collected in the partition wall occurs. That is, when the temperature of the exhaust gas G1 is less than 450 ° C., soot does not sufficiently burn, so that the soot trapped in the partition does not have a small particle size. Therefore, when the temperature of the exhaust gas G1 is less than 450 ° C., the number of soot contained in the gas discharged from the exhaust gas purification device does not increase extremely, and the control of the “average filtration flow rate of the exhaust gas G1” is particularly performed. It does not have to be done. The exhaust gas purifying apparatus of the present embodiment may be configured such that the “average filtration flow rate of the exhaust gas G1” is 20 to 110 mm / second when the temperature of the exhaust gas G1 is less than 450 ° C., or 20 mm / You may be comprised so that it may become less than second or more than 110 mm / sec.
上記「排ガスＧ１の平均ろ過流速」は、より遅い方が、粒子径が小さくなった煤が隔壁を通過してしまうのを抑制することができる。但し、「排ガスＧ１の平均ろ過流速」が２０ｍｍ／秒未満であると、一般的に、エンジンの排気量に対して、ハニカムフィルタが過大なろ過面積を要するため、現実的でない。また、「排ガスＧ１の平均ろ過流速」が１１０ｍｍ／秒を超えると、隔壁を通過する排ガスの流速が速すぎて、隔壁を通過する排ガスの流れに乗って、粒子径が小さくなった煤が隔壁を通過してしまう。「排ガスＧ１の平均ろ過流速」の上限値は、１００ｍｍ／秒であることが好ましい。「排ガスＧ１の平均ろ過流速」を１００ｍｍ／秒以下とすることで、例えば、ガソリンエンジンから排出される煤の排出個数規制値を十分に満足し得るものとなる。なお、想定される上記排出個数規制値としては、６×１０１１個／ｋｍ程度である。 The slower “average filtration flow rate of the exhaust gas G1” can suppress soot having a smaller particle diameter from passing through the partition wall. However, if the “average filtration flow rate of the exhaust gas G1” is less than 20 mm / second, the honeycomb filter generally requires an excessive filtration area with respect to the engine displacement, which is not realistic. In addition, when the “average filtration flow rate of the exhaust gas G1” exceeds 110 mm / second, the flow rate of the exhaust gas passing through the partition wall is too high, and the soot having a small particle size is riding on the flow of the exhaust gas passing through the partition wall. Will pass through. The upper limit value of the “average filtration flow rate of the exhaust gas G1” is preferably 100 mm / second. By setting the “average filtration flow rate of the exhaust gas G1” to 100 mm / second or less, for example, the regulation value for the number of soot discharged from a gasoline engine can be sufficiently satisfied. In addition, as the said discharge | emission number regulation value assumed, it is about 6 * 1011 piece / km.
以下、本実施形態の排ガス浄化装置について、各構成要素毎に更に詳細に説明する。 Hereinafter, the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment will be described in more detail for each component.
（１−１）ハニカムフィルタ：
本実施形態の排ガス浄化装置に用いられるハニカムフィルタとしては、例えば、図２〜図５に示すようなハニカムフィルタ２０を挙げることができる。ここで、図２は、本発明の排ガス浄化装置の一の実施形態に用いられるハニカムフィルタを模式的に示す斜視図である。図３は、図２に示すハニカムフィルタの流入端面を模式的に示す平面図である。図４は、図２に示すハニカムフィルタのセルの延びる方向に平行な断面を示す模式図である。図５は、図４中のＡに示す領域を拡大した模式図である。
(1-1) Honeycomb filter:
Examples of the honeycomb filter used in the exhaust gas purifying apparatus of the present embodiment include a honeycomb filter 20 as shown in FIGS. Here, FIG. 2 is a perspective view schematically showing a honeycomb filter used in one embodiment of the exhaust gas purifying apparatus of the present invention. FIG. 3 is a plan view schematically showing the inflow end face of the honeycomb filter shown in FIG. FIG. 4 is a schematic view showing a cross section parallel to the cell extending direction of the honeycomb filter shown in FIG. FIG. 5 is an enlarged schematic view of a region indicated by A in FIG.
図２〜図５に示すように、ハニカムフィルタ２０は、筒状のハニカム構造体１０、及びこのハニカム構造体１０の流入端面１１における所定のセル２ａの開口部と流出端面１２における残余のセル２ｂの開口部とに配設された目封止部７を備えたものである。図５に示すように、多孔質の隔壁１には、隔壁１の一方の表面から他方の表面まで通じる細孔８が形成されており、この細孔８を排ガスが通過することにより、排ガスに含まれる煤等の粒子状物質が、隔壁１によって捕集される。 As shown in FIG. 2 to FIG. 5, the honeycomb filter 20 includes a cylindrical honeycomb structure 10, an opening of a predetermined cell 2 a on the inflow end surface 11 of the honeycomb structure 10, and a remaining cell 2 b on the outflow end surface 12. The plugging part 7 arrange | positioned by this opening part is provided. As shown in FIG. 5, the porous partition wall 1 is formed with pores 8 extending from one surface of the partition wall 1 to the other surface, and the exhaust gas passes through the pores 8 to form exhaust gas. Particulate matter such as soot contained therein is collected by the partition walls 1.
ハニカムフィルタの隔壁の厚さが、０．１３〜０．４８ｍｍであることが好ましく、０．１５〜０．４３ｍｍであることが更に好ましい。隔壁の厚さが、０．１３ｍｍ未満であると、ハニカムフィルタの捕集性能が大幅に低下してしまうことがある。また、隔壁の厚さが、０．４８ｍｍを超えると、排ガス浄化装置の圧力損失が大きくなり、エンジンの出力低下への影響を及ぼすことがある。 The partition wall thickness of the honeycomb filter is preferably 0.13 to 0.48 mm, and more preferably 0.15 to 0.43 mm. When the partition wall thickness is less than 0.13 mm, the collection performance of the honeycomb filter may be significantly lowered. On the other hand, if the partition wall thickness exceeds 0.48 mm, the pressure loss of the exhaust gas purification device increases, which may affect the engine output reduction.
ハニカムフィルタのセルの延びる方向に垂直な方向の断面におけるセルピッチが、１．３６〜２．５４ｍｍであることが好ましく、１．４７〜１．８０ｍｍであることが更に好ましい。セルピッチが、１．３６ｍｍ未満であると、排ガス浄化装置の圧力損失が大きくなり、エンジンの出力低下への影響を及ぼすことがある。セルピッチが、２．５４ｍｍを超えると、ハニカムフィルタのアイソスタティック強度が大幅に低下することがある。なお、「セルピッチ」とは、ハニカムフィルタのセルの延びる方向に垂直な方向の断面における、一のセルを区画する隔壁の厚さと、当該隔壁の厚さ方向のセルの水力直径とを合計したピッチ長さを意味する。「セルの水力直径」とは、セルの断面積と内周長の比の４倍である。なお、ハニカムフィルタのセルの延びる方向に垂直な方向の断面におけるセルの形状が六角形の場合には、上記セルピッチが１．４５〜２．７３ｍｍであることが好ましく、１．５７〜１．９３ｍｍであることが更に好ましい。 The cell pitch in the cross section perpendicular to the cell extending direction of the honeycomb filter is preferably 1.36 to 2.54 mm, and more preferably 1.47 to 1.80 mm. If the cell pitch is less than 1.36 mm, the pressure loss of the exhaust gas purification device increases, which may affect the engine output reduction. If the cell pitch exceeds 2.54 mm, the isostatic strength of the honeycomb filter may be significantly reduced. Note that the “cell pitch” is a pitch obtained by summing the thickness of the partition walls partitioning one cell and the hydraulic diameter of the cells in the thickness direction of the partition wall in a cross section perpendicular to the cell extending direction of the honeycomb filter. It means length. The “cell hydraulic diameter” is four times the ratio of the cell cross-sectional area to the inner circumference. When the cell shape in the cross section in the direction perpendicular to the cell extending direction of the honeycomb filter is a hexagon, the cell pitch is preferably 1.45 to 2.73 mm, and 1.57 to 1.93 mm. More preferably.
ハニカムフィルタの隔壁の平均細孔径は、５〜３０μｍが好ましく、１０〜２５μｍが更に好ましい。平均細孔径が５μｍ未満であると、圧力損失が大きくなり、エンジンの出力低下への影響を及ぼすことがある。また、平均細孔径が３０μｍを超えると、ハニカムフィルタの捕集性能が低下することがある。平均細孔径は、水銀ポロシメータによって測定した値である。 The average pore diameter of the partition walls of the honeycomb filter is preferably 5 to 30 μm, and more preferably 10 to 25 μm. If the average pore diameter is less than 5 μm, the pressure loss increases, which may affect engine output reduction. In addition, when the average pore diameter exceeds 30 μm, the collection performance of the honeycomb filter may be deteriorated. The average pore diameter is a value measured with a mercury porosimeter.
ハニカムフィルタの隔壁の気孔率は、３５〜８０％が好ましく、４０〜６５％が更に好ましい。気孔率が３５％未満であると、圧力損失が大きくなり、エンジンの出力低下への影響を及ぼすことがある。気孔率が８０％を超えると、ハニカムフィルタのアイソスタティック強度が大幅に低下することがある。平均細孔径は、水銀ポロシメータによって測定した値である。 The porosity of the partition walls of the honeycomb filter is preferably 35 to 80%, and more preferably 40 to 65%. If the porosity is less than 35%, the pressure loss increases, which may affect engine output reduction. If the porosity exceeds 80%, the isostatic strength of the honeycomb filter may be significantly reduced. The average pore diameter is a value measured with a mercury porosimeter.
ハニカムフィルタを構成するハニカム構造体（即ち、隔壁及び外周壁）の材質については、上記「排ガスＧ１の平均ろ過流速」を実現可能な材質であれば、特に制限はない。例えば、炭化珪素、珪素−炭化珪素複合材、アルミニウムチタネート、コージェライト、ムライトからなる群から選択される少なくとも１種を主成分とすることが好ましい。また、ハニカム構造体の材質は、炭化珪素、珪素−炭化珪素複合材、アルミニウムチタネート、コージェライト又はムライトを主成分とすることが更に好ましい。また、ハニカム構造体の材質は、炭化珪素、珪素−炭化珪素複合材、アルミニウムチタネート、コージェライト又はムライトであることが特に好ましい。ここで、「主成分」は、全体の中の９０質量％を超える成分を意味する。 The material of the honeycomb structure constituting the honeycomb filter (that is, the partition walls and the outer peripheral wall) is not particularly limited as long as it can realize the above-mentioned “average filtration flow rate of the exhaust gas G1”. For example, the main component is preferably at least one selected from the group consisting of silicon carbide, silicon-silicon carbide composite material, aluminum titanate, cordierite, and mullite. Further, the material of the honeycomb structure is more preferably composed mainly of silicon carbide, silicon-silicon carbide composite material, aluminum titanate, cordierite or mullite. The material of the honeycomb structure is particularly preferably silicon carbide, silicon-silicon carbide composite material, aluminum titanate, cordierite or mullite. Here, the “main component” means a component exceeding 90% by mass in the whole.
本実施形態の排ガス浄化装置において、ハニカム構造体の形状は、特に限定されない。ハニカム構造体の形状としては、円筒形状、端面が楕円形の筒形状、端面が「正方形、長方形、三角形、五角形、六角形、八角形等」の多角形の筒形状、等が好ましい。図２〜図５に示すハニカム構造体１０においては、ハニカム構造体１０の形状は円筒形状である。外周壁は、ハニカム構造体を作製する過程において、ハニカム成形体を押出成形する際に、隔壁とともに形成されることが好ましい。また、外周壁は、セラミック材料をハニカム構造体の外周に塗工して形成したものであってもよい。 In the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment, the shape of the honeycomb structure is not particularly limited. The shape of the honeycomb structure is preferably a cylindrical shape, a cylindrical shape having an elliptical end surface, a polygonal cylindrical shape having an end surface of “square, rectangular, triangular, pentagonal, hexagonal, octagonal, etc.”. In the honeycomb structure 10 shown in FIGS. 2 to 5, the honeycomb structure 10 has a cylindrical shape. The outer peripheral wall is preferably formed together with the partition walls when the honeycomb formed body is extruded in the process of manufacturing the honeycomb structure. The outer peripheral wall may be formed by coating a ceramic material on the outer periphery of the honeycomb structure.
ハニカムフィルタを構成するハニカム構造体のセル形状（セルが延びる方向に直交する断面におけるセル形状）としては、特に制限はない。セル形状としては、三角形、四角形、六角形、八角形、円形、或いはこれらの組合せを挙げることができる。四角形のなかでも、正方形、長方形が好ましい。 The cell shape of the honeycomb structure constituting the honeycomb filter (cell shape in a cross section perpendicular to the cell extending direction) is not particularly limited. Examples of the cell shape include a triangle, a quadrangle, a hexagon, an octagon, a circle, and a combination thereof. Of the squares, squares and rectangles are preferable.
ハニカムフィルタは、ハニカム構造体の流入端面における所定のセルの開口部と流出端面における残余のセルの開口部とに配設された目封止部を備えている。目封止部は、流入端面側の端部に目封止部が配置された所定のセルと、流出端面側の端部に目封止部が配置された残余のセルとが隔壁を隔てて交互に配置されるように、ハニカム構造体のセルの開口部に配置されたものであることが好ましい。 The honeycomb filter includes plugging portions disposed at openings of predetermined cells on the inflow end face of the honeycomb structure and openings of remaining cells on the outflow end face. The plugged portion includes a predetermined cell in which the plugged portion is disposed at the end on the inflow end surface side and a remaining cell in which the plugged portion is disposed on the end on the outflow end surface side with a partition wall therebetween. It is preferable that they are arranged in the openings of the cells of the honeycomb structure so as to be alternately arranged.
ハニカムフィルタの目封止部としては、従来公知のハニカムフィルタにおいて用いられる目封止部と同様に構成されたものを用いることができる。なお、目封止部は、ハニカム構造部と同様の材質のセラミック原料を用いて形成されたものであることが好ましい。 As the plugged portion of the honeycomb filter, a plug configured in the same manner as the plugged portion used in a conventionally known honeycomb filter can be used. The plugged portion is preferably formed using a ceramic raw material having the same material as that of the honeycomb structure portion.
目封止部を形成するための目封止材は、ハニカム構造体と同様の材質のセラミック原料に、例えば、界面活性剤、水、焼結助剤等を混合してスラリー状にし、その後、ミキサー等を使用して混練することにより調製することができる。上述した目封止材には、必要に応じて造孔材等を添加してもよい。 The plugging material for forming the plugged portion is made into a slurry by mixing a ceramic raw material similar to the honeycomb structure, for example, a surfactant, water, a sintering aid, etc. It can be prepared by kneading using a mixer or the like. You may add a pore making material etc. to the plugging material mentioned above as needed.
また、ハニカムフィルタを構成するハニカム構造体の隔壁に、触媒が担持されていてもよい。隔壁に担持される触媒としては、例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の貴金属を耐熱性無機酸化物からなる担体に担持させたものを用いることができる。上記「耐熱性無機酸化物からなる担体」としては、アルミナ、チタニア、シリカ、ジルコニア、酸化セリウム、酸化タングステン、ゼオライト、遷移金属酸化物、希土類酸化物、又はこれらの混合物等からなる担体を挙げることができる。 Further, a catalyst may be supported on the partition walls of the honeycomb structure constituting the honeycomb filter. As the catalyst supported on the partition walls, for example, a catalyst in which a noble metal such as platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rh) is supported on a carrier made of a heat-resistant inorganic oxide can be used. Examples of the “support made of heat-resistant inorganic oxide” include a support made of alumina, titania, silica, zirconia, cerium oxide, tungsten oxide, zeolite, transition metal oxide, rare earth oxide, or a mixture thereof. Can do.
（１−２）缶体：
本実施形態の排ガス浄化装置は、ハニカムフィルタを収納するための缶体を備えている。缶体は、ハニカムフィルタを、その内部に保持するための胴部５１を有している。図１に示す缶体５０は、エンジン排気マニホルドの口径、及び浄化済みの排ガスが排出される排気系の口径（例えば、上記の排気管、マフラー等の口径）に適合するように、流入口５２及び流出口５３が形成されている。
(1-2) Can body:
The exhaust gas purification apparatus of the present embodiment includes a can body for housing the honeycomb filter. The can body has a body portion 51 for holding the honeycomb filter therein. The can body 50 shown in FIG. 1 has an inlet 52 so as to match the diameter of the engine exhaust manifold and the diameter of the exhaust system from which the purified exhaust gas is discharged (for example, the diameter of the exhaust pipe, the muffler, etc.). And the outflow port 53 is formed.
缶体５０の胴部５１は、ハニカムフィルタ２０の外周面を覆うようにして、その内部にハニカムフィルタ２０を保持することができるように、胴部５１の内径が、ハニカムフィルタ２０のそれぞれよりも一定割合で大きく形成された筒状体であることが好ましい。 The body portion 51 of the can body 50 covers the outer peripheral surface of the honeycomb filter 20 so that the inner diameter of the body portion 51 is larger than that of each of the honeycomb filters 20 so that the honeycomb filter 20 can be held therein. It is preferable that it is a cylindrical body formed large at a certain rate.
また、缶体５０の胴部５１と、缶体５０の流入口５２及び流出口５３とは、流入口５２から口径が漸増する拡管部と、流出口５３に向けて口径が漸減する狭管部とを更に有していてもよい。なお、例えば、エンジン排気マニホルドや排気管、マフラー等の口径と、缶体５０の胴部５１の口径が同一の場合には、上述の拡管部や狭管部については特に有していなくてもよい。 Further, the body 51 of the can body 50, the inlet 52 and the outlet 53 of the can 50 are an expanded pipe part whose diameter gradually increases from the inlet 52, and a narrow pipe part whose diameter gradually decreases toward the outlet 53. May further be included. For example, when the diameter of the engine exhaust manifold, the exhaust pipe, the muffler, etc. is the same as the diameter of the body portion 51 of the can body 50, the above-described expanded tube portion and narrow tube portion may not be particularly provided. Good.
缶体の材質としては、例えば、ステンレス製であることが好ましく、クロム系、クロム・ニッケル系のステンレス製であることが特に好ましい。 The material of the can body is preferably made of, for example, stainless steel, and particularly preferably made of chromium or chromium / nickel stainless steel.
ハニカムフィルタ２０を缶体５０の内部に保持する方法としては、例えば、ハニカムフィルタ２０の外周面の周囲をセラミック繊維製マット等の把持材３３で包み、缶体５０の内部に圧入する方法等を挙げることができる。この際、ハニカムフィルタ２０の流入端面１１が缶体５０の流入口５２側に位置し、ハニカムフィルタ２０の流出端面１２が缶体５０の流出口５３側に位置するようにして、ハニカムフィルタ２０を缶体５０の内部に保持する。上述したセラミック繊維製マット等の把持材３３を用いることにより、ハニカムフィルタ２０を外部からの衝撃から守るとともに、断熱することができる。また、上述の方法によってハニカムフィルタ２０を缶体５０の内部に配置した後、更に、ハニカムフィルタ２０の一部と缶体５０の内面とを溶接して固定してもよい。 As a method of holding the honeycomb filter 20 inside the can body 50, for example, a method of wrapping the periphery of the outer peripheral surface of the honeycomb filter 20 with a gripping material 33 such as a ceramic fiber mat and press-fitting the inside of the can body 50, etc. Can be mentioned. At this time, the honeycomb filter 20 is placed so that the inflow end surface 11 of the honeycomb filter 20 is positioned on the inlet 52 side of the can body 50 and the outflow end surface 12 of the honeycomb filter 20 is positioned on the outlet 53 side of the can body 50. It is held inside the can body 50. By using the gripping material 33 such as the ceramic fiber mat described above, the honeycomb filter 20 can be protected from external impacts and insulated. Further, after the honeycomb filter 20 is arranged inside the can body 50 by the above-described method, a part of the honeycomb filter 20 and the inner surface of the can body 50 may be further welded and fixed.
ハニカムフィルタ２０を缶体５０の内部に保持するための把持材３３としては、上述したセラミック繊維製マットを好適例として挙げることができる。このようなセラミック繊維製マットは、その入手や加工が容易であるとともに、十分な耐熱性及びクッション性を有するものである。セラミック繊維製マットとしては、バーミュキュライトを実質上含まない無膨張性マット、又は少量のバーミュキュライトを含む低膨張性マット等を挙げることができる。 As the gripping material 33 for holding the honeycomb filter 20 inside the can 50, the above-described ceramic fiber mat can be cited as a suitable example. Such a ceramic fiber mat is easy to obtain and process, and has sufficient heat resistance and cushioning properties. Examples of the ceramic fiber mat include a non-intumescent mat substantially free of vermiculite or a low-intumescent mat containing a small amount of vermiculite.
なお、ハニカムフィルタの搭載位置を変更することで、排ガスＧ１の温度が変わり、それに伴って、排ガス流量（Ａｃｔｕａｌ）が変化する。このため、本実施形態の排ガス浄化装置によって、エンジン排気マニホルドから排出された排ガスの浄化を行う際には、ハニカムフィルタの隔壁を通過する排ガスの平均流速が２０〜１１０ｍｍ／秒になるように、ハニカムフィルタの搭載位置を変更してもよい。 In addition, by changing the mounting position of the honeycomb filter, the temperature of the exhaust gas G1 changes, and the exhaust gas flow rate (Actual) changes accordingly. For this reason, when purifying the exhaust gas discharged from the engine exhaust manifold by the exhaust gas purifying apparatus of the present embodiment, the average flow rate of the exhaust gas passing through the partition walls of the honeycomb filter is 20 to 110 mm / second. The mounting position of the honeycomb filter may be changed.
（２）排ガス浄化装置の製造方法：
次に本発明の排ガス浄化装置の製造方法について、図１に示すような本実施形態の排ガス浄化装置１００を製造する方法を例に説明する。
(2) Manufacturing method of exhaust gas purification device:
Next, the method for manufacturing the exhaust gas purification apparatus of the present invention will be described by taking a method for manufacturing the exhaust gas purification apparatus 100 of the present embodiment as shown in FIG. 1 as an example.
本実施形態の排ガス浄化装置１００を製造する際には、まず、多孔質の隔壁及び外周壁を有するハニカム構造体を得、得られたハニカム構造体のセルのいずれか一方の開口部を封止して、ハニカムフィルタを作製する。 When manufacturing the exhaust gas purification apparatus 100 of the present embodiment, first, a honeycomb structure having porous partition walls and an outer peripheral wall is obtained, and one of the cells of the obtained honeycomb structure is sealed. Thus, a honeycomb filter is manufactured.
ハニカム構造体を作製する際には、まず、セラミック原料を含有する成形原料を混合し混練して坏土を得る。セラミック原料としては、炭化珪素、珪素−炭化珪素複合材、アルミニウムチタネート、コージェライト及びムライトからなる群より選択される少なくとも１種を用いることが好ましい。なお、コージェライト化原料とは、シリカが４２〜５６質量％、アルミナが３０〜４５質量％、マグネシアが１２〜１６質量％の範囲に入る化学組成となるように配合されたセラミック原料である。コージェライト化原料は、焼成されてコージェライトになるものである。 When producing a honeycomb structure, first, a forming raw material containing a ceramic raw material is mixed and kneaded to obtain a clay. As the ceramic raw material, it is preferable to use at least one selected from the group consisting of silicon carbide, silicon-silicon carbide composite material, aluminum titanate, cordierite and mullite. The cordierite forming raw material is a ceramic raw material blended so as to have a chemical composition that falls within the range of 42 to 56% by mass of silica, 30 to 45% by mass of alumina, and 12 to 16% by mass of magnesia. The cordierite forming raw material is fired to become cordierite.
また、成形原料は、上記セラミック原料に、分散媒、有機バインダ、無機バインダ、界面活性剤、造孔材等を更に混合して調製することが好ましい。各原料の組成比は、特に限定されず、作製しようとするハニカム構造体の構造、材質等に合わせた組成比とすることが好ましい。 The forming raw material is preferably prepared by further mixing the ceramic raw material with a dispersion medium, an organic binder, an inorganic binder, a surfactant, a pore former, and the like. The composition ratio of each raw material is not particularly limited, and is preferably a composition ratio in accordance with the structure and material of the honeycomb structure to be manufactured.
分散媒としては、水を用いることができる。分散媒の添加量は、セラミック原料１００質量部に対して、１０〜３０質量部であることが好ましい。 Water can be used as the dispersion medium. It is preferable that the addition amount of a dispersion medium is 10-30 mass parts with respect to 100 mass parts of ceramic raw materials.
有機バインダとしては、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルエチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、又はこれらを組み合わせたものとすることが好ましい。また、有機バインダの添加量は、セラミック原料１００質量部に対して、０．５〜５質量部が好ましい。 The organic binder is preferably methyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, hydroxypropyl ethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, polyvinyl alcohol, or a combination thereof. Moreover, the addition amount of the organic binder is preferably 0.5 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the ceramic raw material.
界面活性剤としては、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等を用いることができる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を組み合わせて使用してもよい。界面活性剤の添加量は、セラミック原料１００質量部に対して、０．５〜２質量部が好ましい。 As the surfactant, ethylene glycol, dextrin, fatty acid soap, polyalcohol and the like can be used. These may be used individually by 1 type and may be used in combination of 2 or more type. The addition amount of the surfactant is preferably 0.5 to 2 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the ceramic raw material.
造孔材としては、樹脂粒子、デンプン、カーボン等を用いることができる。造孔材は、作製するハニカム構造体の隔壁に細孔を形成するためのものである。造孔材の添加量は、作製するハニカム構造体の隔壁の平均細孔径や気孔率を考慮して適宜調製することが好ましい。 As the pore former, resin particles, starch, carbon and the like can be used. The pore former is for forming pores in the partition walls of the honeycomb structure to be manufactured. The addition amount of the pore former is preferably adjusted as appropriate in consideration of the average pore diameter and porosity of the partition walls of the honeycomb structure to be manufactured.
成形原料を混練して坏土を形成する方法としては特に制限はなく、例えば、ニーダー、真空土練機等を用いる方法を挙げることができる。 There is no restriction | limiting in particular as a method of kneading | mixing a shaping | molding raw material and forming a clay, For example, the method of using a kneader, a vacuum clay kneader, etc. can be mentioned.
次に、得られた坏土を成形して、円筒状のハニカム成形体を形成する。ハニカム成形体は、複数のセルを区画形成する隔壁を有するものである。坏土を成形してハニカム成形体を形成する方法としては特に制限はなく、押出成形、射出成形等の公知の成形方法を用いることができる。例えば、所望のセル形状、隔壁厚さ、セル密度を有する押出成形用口金を用いて押出成形する方法等を好適例として挙げることができる。押出成形用口金の材質としては、摩耗し難い超硬合金が好ましい。 Next, the obtained clay is formed to form a cylindrical honeycomb formed body. The honeycomb formed body has partition walls that partition and form a plurality of cells. A method for forming a kneaded clay to form a honeycomb formed body is not particularly limited, and a known forming method such as extrusion molding or injection molding can be used. For example, a preferable example includes a method of extrusion molding using a die for extrusion molding having a desired cell shape, partition wall thickness, and cell density. As a material of the die for extrusion molding, a cemented carbide which does not easily wear is preferable.
次に、得られたハニカム成形体を乾燥する。乾燥方法は、例えば、熱風乾燥、マイクロ波乾燥、誘電乾燥、減圧乾燥、真空乾燥、凍結乾燥等を挙げることができる。なかでも、誘電乾燥、マイクロ波乾燥又は熱風乾燥を単独で又は組み合わせて行うことが好ましい。 Next, the obtained honeycomb formed body is dried. Examples of the drying method include hot air drying, microwave drying, dielectric drying, reduced pressure drying, vacuum drying, freeze drying, and the like. Among them, it is preferable to perform dielectric drying, microwave drying, or hot air drying alone or in combination.
次に、ハニカム成形体の、一方の端面における「所定のセル」の開口部に、目封止部を配設する。なお、目封止部は、ハニカム成形体を焼成した後に、焼成後のハニカム成形体に配設してもよい。具体的には、まず、ハニカム成形体の一方の端面のセルの開口部に目封止材料を充填する。一方の端面のセルの開口部に目封止材料を充填する方法としては、マスキング工程と圧入工程とを有する方法が好ましい。マスキング工程は、ハニカム成形体の一方の端面にシートを貼り付け、シートにおける、「目封止部を形成しようとするセル」と重なる位置に孔を開ける工程である。圧入工程は、「ハニカム成形体の、シートが貼り付けられた側の端部」を目封止材料が貯留された容器内に圧入して、目封止材料をハニカム成形体のセル内に圧入する工程である。目封止材料をハニカム成形体のセル内に圧入する際には、目封止材料は、シートに形成された孔を通過し、シートに形成された孔と連通するセルのみに充填される。 Next, a plugging portion is disposed in the opening portion of the “predetermined cell” on one end face of the honeycomb formed body. The plugged portions may be disposed in the fired honeycomb formed body after the honeycomb formed body is fired. Specifically, first, the plugging material is filled into the opening of the cell on one end face of the honeycomb formed body. As a method of filling the plugging material into the opening of the cell on one end face, a method having a masking step and a press-fitting step is preferable. The masking step is a step of attaching a sheet to one end face of the honeycomb formed body and opening a hole at a position overlapping the “cell in which the plugging portion is to be formed” in the sheet. The press-fitting process involves press-fitting the plugging material into the cells of the honeycomb formed body by pressing the “end of the honeycomb formed body on the side where the sheet is attached” into the container in which the plugging material is stored. It is a process to do. When the plugging material is press-fitted into the cells of the honeycomb formed body, the plugging material passes through the holes formed in the sheet and is filled only in the cells communicating with the holes formed in the sheet.
目封止材料は、上記成形原料として挙げた各原料を適宜混合して作製することができる。目封止材料に含有されるセラミック原料としては、隔壁の原料として用いるセラミック原料と同じであることが好ましい。所定のセルの開口部に目封止材料を充填した後、その目封止材料を乾燥させることが好ましい。 The plugging material can be prepared by appropriately mixing the respective raw materials mentioned as the forming raw material. The ceramic raw material contained in the plugging material is preferably the same as the ceramic raw material used as the raw material for the partition walls. It is preferable to dry the plugging material after filling the opening of a predetermined cell with the plugging material.
次に、ハニカム成形体の、他方の端面における「残余のセル」の開口部に、一方の端面の場合と同様にして、目封止部を配設する。これにより、目封止が施されたハニカム成形体が得られる。なお、目封止材料の乾燥は、ハニカム成形体の両端面において、目封止材料を充填した後に、行ってもよい。このようしてハニカム成形体の目封止を行う際には、ハニカム成形体の一方の端面において、目封止部が形成されたセルと目封止部が形成されていないセルとが交互に並ぶことが好ましい。この場合、目封止部が形成された一方の端面において、目封止部と「セルの開口部」とにより市松模様が形成されることになる。 Next, plugging portions are disposed in the opening portions of “remaining cells” on the other end face of the honeycomb formed body in the same manner as in the case of one end face. Thereby, a honeycomb formed body with plugging is obtained. The plugging material may be dried after filling the plugging material on both end faces of the honeycomb formed body. When plugging the honeycomb formed body in this way, the cells in which the plugged portions are formed and the cells in which the plugged portions are not formed are alternately formed on one end surface of the honeycomb formed body. It is preferable to line up. In this case, a checkered pattern is formed by the plugged portion and the “cell opening” on one end face where the plugged portion is formed.
次に、目封止を施したハニカム成形体を焼成する。ハニカム成形体を焼成する前には、このハニカム成形体を仮焼することが好ましい。仮焼は、脱脂のために行うものである。仮焼の方法については特に制限はない。例えば、ハニカム成形体中の有機物の少なくとも一部を除去することができればよい。上記有機物としては、有機バインダ、界面活性剤、造孔材等を挙げることができる。有機バインダの燃焼温度は１００〜３００℃程度である。このため、仮焼は、酸化雰囲気において、２００〜１０００℃程度で、１０〜１００時間程度加熱することが好ましい。 Next, the plugged honeycomb formed body is fired. Prior to firing the honeycomb formed body, the honeycomb formed body is preferably calcined. Calcination is performed for degreasing. There is no restriction | limiting in particular about the method of calcination. For example, it is sufficient that at least a part of the organic matter in the honeycomb formed body can be removed. Examples of the organic material include an organic binder, a surfactant, and a pore former. The combustion temperature of the organic binder is about 100 to 300 ° C. For this reason, calcination is preferably performed at about 200 to 1000 ° C. for about 10 to 100 hours in an oxidizing atmosphere.
ハニカム成形体の焼成は、仮焼した成形体を構成する成形原料を焼結させて緻密化し、所定の強度を確保するために行われるものである。焼成の条件は、成形原料の種類により異なるため、その種類に応じて適当な条件を選択すればよい。例えば、コージェライト化原料を使用している場合には、焼成温度は、１３５０〜１４４０℃が好ましい。また、焼成時間は、最高温度でのキープ時間として、３〜１０時間が好ましい。仮焼、本焼成を行う装置としては、電気炉、ガス炉等を挙げることができる。 The firing of the honeycomb formed body is performed in order to sinter and densify the forming raw material constituting the calcined formed body to ensure a predetermined strength. Since the firing conditions differ depending on the type of molding raw material, appropriate conditions may be selected according to the type. For example, when the cordierite forming raw material is used, the firing temperature is preferably 1350 to 1440 ° C. In addition, the firing time is preferably 3 to 10 hours as the keep time at the maximum temperature. Examples of the apparatus for performing calcination and main firing include an electric furnace and a gas furnace.
以上のようにして、本実施形態の排ガス浄化装置用のハニカムフィルタを作製することができる。本実施形態の排ガス浄化装置用のハニカムフィルタを作製する際には、排ガス浄化装置を設置する排気系の排ガス流量等を考慮して、作製するハニカムフィルタの容積、セルの数、隔壁の厚さ、隔壁の平均細孔径、隔壁の気孔率等を適宜調製することが好ましい。即ち、ハニカムフィルタの流入端面における排ガスの温度が４５０℃以上となる場合に、隔壁を通過する排ガスの平均流速が２０〜１１０ｍｍ／秒となるようなハニカムフィルタを作製する。 As described above, the honeycomb filter for the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment can be manufactured. When manufacturing the honeycomb filter for the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment, considering the exhaust gas flow rate of the exhaust system in which the exhaust gas purification apparatus is installed, the volume of the honeycomb filter to be manufactured, the number of cells, the thickness of the partition wall It is preferable to appropriately adjust the average pore diameter of the partition walls, the porosity of the partition walls, and the like. That is, when the temperature of the exhaust gas at the inflow end face of the honeycomb filter is 450 ° C. or higher, the honeycomb filter is manufactured such that the average flow rate of the exhaust gas passing through the partition walls is 20 to 110 mm / second.
また、得られたハニカムフィルタの隔壁には、排ガスを浄化するための触媒を担持してもよい。触媒を担持する方法については特に制限はなく、従来公知のハニカムフィルタの製造方法において行われる方法に準じて行うことができる。隔壁に担持する触媒としては、排ガスに含まれる煤を酸化するための酸化触媒又は排ガスを浄化するための三元触媒を好適例として挙げることができる。 Further, a catalyst for purifying exhaust gas may be supported on the partition walls of the obtained honeycomb filter. There is no restriction | limiting in particular about the method to carry | support a catalyst, It can carry out according to the method performed in the manufacturing method of a conventionally well-known honeycomb filter. Preferred examples of the catalyst supported on the partition walls include an oxidation catalyst for oxidizing soot contained in the exhaust gas or a three-way catalyst for purifying the exhaust gas.
次に、本実施形態の排ガス浄化装置用の缶体を作製する。缶体は、ステンレス等を用いて、従来公知の金属加工方法を用いて作製することができる。缶体としては、ハニカムフィルタを保持するガス通路を構成する胴部、エンジン排気マニホルドの出口側に接続される流入口、流入口から流入した排ガスを流出する流出口を有するものであることが好ましい。 Next, a can for the exhaust gas purifying apparatus of the present embodiment is produced. The can body can be manufactured using a conventionally known metal processing method using stainless steel or the like. The can body preferably has a trunk portion constituting a gas passage for holding the honeycomb filter, an inflow port connected to the outlet side of the engine exhaust manifold, and an outflow port for discharging exhaust gas flowing in from the inflow port. .
次に、缶体の内部に、ハニカムフィルタを配置する。このようにして、本実施形態の排ガス浄化装置を製造することができる。缶体の内部にハニカムフィルタを配置する際には、ハニカムフィルタの外周面の周囲を、セラミック繊維製マット等の把持材で覆った後、把持材で覆われたハニカムフィルタを缶体の内部に配置する。このとき、ハニカムフィルタが缶体内に圧縮された状態で収納されることが好ましい。このように構成することによって、缶体内でハニカムフィルタが移動することを防止することができる。 Next, a honeycomb filter is disposed inside the can body. In this way, the exhaust gas purification apparatus of this embodiment can be manufactured. When arranging the honeycomb filter inside the can body, the periphery of the outer peripheral surface of the honeycomb filter is covered with a gripping material such as a ceramic fiber mat, and then the honeycomb filter covered with the gripping material is placed inside the can body. Deploy. At this time, the honeycomb filter is preferably stored in a compressed state in the can. By comprising in this way, it can prevent that a honey-comb filter moves within a can.
以下、本発明の排ガス浄化装置を、実施例により更に具体的に説明する。本発明は、これらの実施例によって何ら限定されるものではない。 Hereinafter, the exhaust gas purifying apparatus of the present invention will be described more specifically with reference to examples. The present invention is not limited in any way by these examples.
（実施例１）
［ハニカムフィルタの作製］
実施例１の排ガス浄化装置に使用するハニカムフィルタを作製した。具体的には、まず、セラミック原料を含有する成形原料を用いて、ハニカム成形体を成形するための坏土を調製した。セラミック原料として、コージェライト化原料を用いた。コージェライト化原料に、分散媒、有機バインダ、分散剤、造孔材を添加して、成形用の坏土を調製した。分散媒の添加量は、コージェライト化原料１００質量部に対して、３５質量部とした。有機バインダの添加量は、コージェライト化原料１００質量部に対して、６質量部とした。造孔材の添加量は、コージェライト化原料１００質量部に対して、１３質量部とした。得られたセラミック成形原料を、ニーダーを用いて混練して、坏土を得た。
Example 1
[Preparation of honeycomb filter]
A honeycomb filter used in the exhaust gas purifying apparatus of Example 1 was produced. Specifically, first, a kneaded material for forming a honeycomb formed body was prepared using a forming raw material containing a ceramic raw material. As a ceramic raw material, a cordierite forming raw material was used. A clay for molding was prepared by adding a dispersion medium, an organic binder, a dispersant and a pore former to the cordierite forming raw material. The amount of the dispersion medium added was 35 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the cordierite forming raw material. The addition amount of the organic binder was 6 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the cordierite forming raw material. The addition amount of the pore former was 13 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the cordierite forming raw material. The obtained ceramic forming raw material was kneaded using a kneader to obtain clay.
コージェライト化原料として、タルク、カオリン、アルミナ、シリカを、ＭｇＯが１３．５質量％、Ａｌ２Ｏ３が３６．０質量％、ＳｉＯ２が５０．５質量％という組成になるように調合した。 As cordierite-forming material, talc, kaolin, alumina, silica, MgO 13.5 wt%, Al 2 O 3 is 36.0 wt%, SiO 2 was prepared to have the composition of 50.5 wt% .
次に、得られた坏土を、真空押出成形機を用いて押出成形し、ハニカム成形体を得た。次に、得られたハニカム成形体の、一方の端面における「所定のセル」の開口部に、目封止部を配設した。次に、ハニカム成形体の、他方の端面における「残余のセル」の開口部に、一方の端面の場合と同様にして、目封止部を配設した。本実施例においては、上記ハニカム成形体の一方の端面を、ハニカムフィルタの流入端面とし、上記ハニカム成形体の他方の端面を、ハニカムフィルタの流出端面とすることとした。目封止部は、ハニカム成形体のセルの開口部に目封止材料を充填することによって行った。目封止材料は、ハニカム成形体を作製するための成形原料と同じ材料をスラリー状にし、その後、ミキサーを使用して混練することにより調製した。 Next, the obtained kneaded material was extruded using a vacuum extrusion molding machine to obtain a honeycomb formed body. Next, plugging portions were disposed in the opening portions of “predetermined cells” on one end face of the obtained honeycomb formed body. Next, plugged portions were disposed in the openings of “remaining cells” on the other end face of the honeycomb formed body in the same manner as in the case of one end face. In this example, one end face of the honeycomb formed body was used as the inflow end face of the honeycomb filter, and the other end face of the honeycomb formed body was used as the outflow end face of the honeycomb filter. The plugging portion was performed by filling the opening portions of the cells of the honeycomb formed body with a plugging material. The plugging material was prepared by slurrying the same material as the forming raw material for producing the honeycomb formed body and then kneading using a mixer.
本実施例においてハニカム成形体の目封止を行う際には、ハニカム成形体の一方の端面において、目封止部が形成されたセルと目封止部が形成されていないセルとが交互に並ぶようにした。 When plugging a honeycomb formed body in this example, cells with plugged portions and cells without plugged portions are alternately formed on one end surface of the honeycomb formed body. Lined up.
次に、ハニカム成形体を高周波誘電加熱乾燥した後、熱風乾燥機を用いて１２０℃で２時間乾燥した。その後、１３５０〜１４５０℃で１０時間焼成してハニカムフィルタを得た。ハニカムフィルタは、流入端面から流出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及び最外周に配置された外周壁を有する筒状のハニカム構造体と、セルの開口部を目封止する目封止部とを備えたものである。 Next, the honeycomb formed body was dried by high frequency dielectric heating and then dried at 120 ° C. for 2 hours using a hot air dryer. Then, it fired at 1350-1450 degreeC for 10 hours, and obtained the honey-comb filter. A honeycomb filter plugs a cylindrical honeycomb structure having a porous partition wall defining a plurality of cells extending from an inflow end surface to an outflow end surface and an outer peripheral wall disposed on the outermost periphery, and an opening of the cell. And a plugging portion.
また、実施例１においては、得られたハニカムフィルタの隔壁に、触媒を担持した。触媒としては、三元触媒を用いた。触媒のコート量としては、２００ｇ／Ｌとした。触媒のコート量（ｇ／Ｌ）とは、ハニカムフィルタを構成するハニカム構造体の単位体積（１Ｌ）あたりに担持される触媒の量（ｇ）のことである。 In Example 1, the catalyst was supported on the partition walls of the obtained honeycomb filter. A three-way catalyst was used as the catalyst. The coating amount of the catalyst was 200 g / L. The catalyst coating amount (g / L) is the amount (g) of the catalyst supported per unit volume (1 L) of the honeycomb structure constituting the honeycomb filter.
実施例１において作製したハニカムフィルタは、セルの延びる方向の長さ（全長）が１５２．４ｍｍであり、流入端面及び流出端面の外径が１０５．７ｍｍの円筒状のものであった。このハニカムフィルタの容積は、１３３７ｃｍ３であった。また、隔壁の厚さは０．３０ｍｍであった。セルの延びる方向に垂直な断面における各セルの形状は正方形であり、各セルのセルピッチは１．８０ｍｍであった。また、このハニカムフィルタの隔壁の気孔率は７０％であり、隔壁の平均細孔径は３０μｍであった。気孔率及び平均細孔径は、マイクロメリティクス社（Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ社）製の「オートポアＩＩＩ ９４２０（商品名）」によって測定した値である。 The honeycomb filter manufactured in Example 1 was a cylindrical filter having a length (full length) in the cell extending direction of 152.4 mm and an outer diameter of the inflow end surface and the outflow end surface of 105.7 mm. The volume of the honeycomb filter was 1337 cm 3 . The partition wall thickness was 0.30 mm. The shape of each cell in the cross section perpendicular to the cell extending direction was a square, and the cell pitch of each cell was 1.80 mm. Moreover, the porosity of the partition walls of this honeycomb filter was 70%, and the average pore diameter of the partition walls was 30 μm. The porosity and average pore diameter are values measured by “Autopore III 9420 (trade name)” manufactured by Micromeritics.
実施例１に使用したハニカムフィルタの「外径（ｍｍ）」、「全長（ｍｍ）」及び「容積（ｃｍ３）」を、表１に示す。また、このハニカムフィルタの「気孔率（％）」、「平均細孔径（μｍ）」、「隔壁厚さ（ｍｍ）」、「セルピッチ（ｍｍ）」を表１に示す。また、表１の「触媒の有無」の欄は、排ガス浄化装置に使用するハニカムフィルタの隔壁に、触媒が担持されているか否かを示すものである。ハニカムフィルタの隔壁に、触媒が担持されている場合には、「有り」と記す。 Table 1 shows the “outer diameter (mm)”, “full length (mm)”, and “volume (cm 3 )” of the honeycomb filter used in Example 1. Table 1 shows the “porosity (%)”, “average pore diameter (μm)”, “partition wall thickness (mm)”, and “cell pitch (mm)” of this honeycomb filter. The column “Presence / absence of catalyst” in Table 1 indicates whether or not the catalyst is supported on the partition walls of the honeycomb filter used in the exhaust gas purification apparatus. When the catalyst is supported on the partition walls of the honeycomb filter, “present” is indicated.
［排ガス浄化装置の製造］
実施例１において作製したハニカムフィルタを、排ガスが流入する流入口、及び流入口から流入した排ガスを流出する流出口を有する缶体の内部に収納して、実施例１の排ガス浄化装置を製造した。
[Manufacture of exhaust gas purification equipment]
The honeycomb filter manufactured in Example 1 was housed in a can body having an inlet port through which exhaust gas flows in and an outlet port through which exhaust gas flowed from the inlet port flows out to manufacture the exhaust gas purification apparatus of Example 1. .
実施例１の排ガス浄化装置を用いて、以下の方法で、煤の個数判定を行った。「煤の個数判定」の結果を表１に示す。また、この「煤の個数判定」を行った際の「排ガス流量（Ａｃｔｕａｌ）（ｍ３／分）」、「フィルタ入口排ガス温度（℃）」、及び「隔壁の平均ろ過流速（ｍｍ／秒）」についても表１に示す。 Using the exhaust gas purification apparatus of Example 1, the number of soot was determined by the following method. Table 1 shows the result of “determination of the number of baskets”. In addition, “exhaust gas flow rate (Actual) (m 3 / min)”, “filter inlet exhaust gas temperature (° C.)”, and “average filtration flow rate of the partition wall (mm / sec)” when performing the “number of soot determination” Is also shown in Table 1.
［煤の個数判定］
２．４Ｌ直噴ガソリンエンジン車両のエンジン排気マニホルドの出口側に、排ガス浄化装置を接続して、排ガス浄化装置の流出口から排出されるガスに含まれる煤の個数を、ＰＮ測定方法によって測定した。「ＰＮ測定方法」とは、国際連合（略称ＵＮ）の欧州経済委員会（略称ＥＣＥ）における自動車基準調和世界フォーラム（略称ＷＰ２９）の排出ガスエネルギー専門家会議（略称ＧＲＰＥ）による粒子測定プログラム（略称ＰＭＰ）によって提案された測定方法のことである。なお、具体的には、煤の個数判定においては、ＮＥＤＣ（Ｎｅｗ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｃｙｃｌｅ）モード走行後に排出された煤の個数の累計を、判定対象となる排ガス浄化装置の煤の個数とした。
[Determining the number of cocoons]
An exhaust gas purification device was connected to the outlet side of the engine exhaust manifold of a 2.4 L direct injection gasoline engine vehicle, and the number of soot contained in the gas discharged from the outlet of the exhaust gas purification device was measured by the PN measurement method. . The “PN measurement method” is a particle measurement program (abbreviated as GRPE) of the Emissions Energy Experts Conference (abbreviated as GRPE) of the World Forum for Harmonization of Automobile Standards (abbreviated as WP29) in the European Economic Committee (abbreviated as ECE) It is a measurement method proposed by PMP). Specifically, in the determination of the number of soot, the total number of soots discharged after traveling in the NEDC (New European Driving Cycle) mode is used as the number of soots of the exhaust gas purifying apparatus to be determined.
「煤の個数判定」の判定基準は、以下の通りである。煤の個数が、６×１０１１個／ｋｍ以下の場合を「○（良）」とする。煤の個数が、６×１０１１個／ｋｍを超えた場合であっても、排ガス浄化装置を設置することにより、煤の個数の減少が見られた場合を、「△（可）」とする。排ガス浄化装置を設置することにより、煤の個数が増加した場合を、「×（不可）」とする。 The criteria for “determination of the number of ridges” are as follows. A case where the number of ridges is 6 × 10 11 pieces / km or less is defined as “◯ (good)”. Even if the number of soot exceeds 6 × 10 11 / km, if the number of soot is reduced by installing the exhaust gas purifying device, “△ (possible)” is given. . When the number of soot is increased by installing the exhaust gas purification device, it is defined as “× (impossible)”.
［フィルタ入口排ガス温度（℃）］
ＮＥＤＣモード中の最高車速である１２０ｋｍ／時時点の、ハニカムフィルタの流入端面から排ガスの流れの上流側２０ｍｍの位置における、排ガスの温度を測定した。排ガスの温度を測定する際には、排ガス浄化装置の缶体の径方向の中心部を通過する排ガスの温度を測定した。排ガスの温度の測定は、直径０．５ｍｍのＫ型熱電対を用いた。
[Filter inlet exhaust gas temperature (℃)]
The exhaust gas temperature at a position 20 mm upstream of the exhaust gas flow from the inflow end face of the honeycomb filter at the time of 120 km / hour, which is the maximum vehicle speed in the NEDC mode, was measured. When measuring the temperature of the exhaust gas, the temperature of the exhaust gas passing through the central portion in the radial direction of the can body of the exhaust gas purification apparatus was measured. The temperature of the exhaust gas was measured using a K-type thermocouple having a diameter of 0.5 mm.
［排ガス流量（Ａｃｔｕａｌ）（ｍ３／分）］
排ガス流量の「Ａｃｔｕａｌ」とは、操業状態（オペレーション状態）のことを意味する。「排ガス流量（Ａｃｔｕａｌ）（ｍ３／分）」は、排ガス浄化装置の缶体の流入口から流入する排ガスの流量のことである。具体的には、ＮＥＤＣモード中の最高車速である１２０ｋｍ／時時点の排ガス流量を、「エンジン吸入空気量」と上記「フィルタ入口排ガス温度（℃）」から算出した。
[Exhaust gas flow rate (Actual) (m 3 / min)]
“Actual” of the exhaust gas flow rate means an operation state (operation state). “Exhaust gas flow rate (Actual) (m 3 / min)” is the flow rate of exhaust gas flowing from the inlet of the can of the exhaust gas purification device. Specifically, the exhaust gas flow rate at the time of 120 km / hour, which is the maximum vehicle speed during the NEDC mode, was calculated from the “engine intake air amount” and the “filter inlet exhaust gas temperature (° C.)”.
［隔壁の平均ろ過流速（ｍｍ／秒）］
隔壁の平均ろ過流速は、上記「排ガス流量（Ａｃｔｕａｌ）（ｍ３／分）」を、「ハニカムフィルタの有効ろ過面積」で除算することによって求めた。「ハニカムフィルタの有効ろ過面積」は、目封止部を除くハニカムフィルタの容積に、当該ハニカムフィルタの幾何学的表面積を掛算し、更に、流入端面の開口端が開口したセルの個数の割合を掛算することによって求めた。本実施例においては、流入端面の開口端が開口したセルの個数と、流出端面の開口端が開口したセルの個数とが同じであるため、上記「流入端面の開口端が開口したセルの個数の割合」は、０．５である。
[Average filtration flow rate of partition wall (mm / sec)]
The average filtration flow rate of the partition walls was obtained by dividing the “exhaust gas flow rate (Actual) (m 3 / min)” by the “effective filtration area of the honeycomb filter”. “Effective filtration area of the honeycomb filter” is obtained by multiplying the volume of the honeycomb filter excluding the plugging portion by the geometric surface area of the honeycomb filter, and further calculating the ratio of the number of cells in which the open end of the inflow end face is open. Obtained by multiplying. In this embodiment, since the number of cells having an open end on the inflow end surface is the same as the number of cells having an open end on the outflow end surface, the number of cells having an open end on the inflow end surface is described above. Is a ratio of 0.5.
（実施例２〜１２）
ハニカムフィルタの「外径」、「全長」、「容積」、「気孔率」、「平均細孔径」、「隔壁厚さ」、「セルピッチ」を表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様の方法で排ガス浄化装置を作製した。得られた実施例２〜１２の排ガス浄化装置を用いて、実施例１と同様の方法で、煤の個数判定を行った。「煤の個数判定」の結果を表１に示す。また、この「煤の個数判定」を行った際の「排ガス流量（Ａｃｔｕａｌ）（ｍ３／分）」、「フィルタ入口排ガス温度（℃）」、及び「隔壁の平均ろ過流速（ｍｍ／秒）」についても表１に示す。なお、実施例１２に関しては、排ガス浄化装置を設置する位置を、エンジンから離すことにより、「フィルタ入口排ガス温度（℃）」を調節した。
(Examples 2 to 12)
Example except that the “outer diameter”, “full length”, “volume”, “porosity”, “average pore diameter”, “partition wall thickness”, and “cell pitch” of the honeycomb filter were changed as shown in Table 1. 1 was used to produce an exhaust gas purification device. Using the obtained exhaust gas purification apparatuses of Examples 2 to 12, the number of soot was determined in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the result of “determination of the number of baskets”. In addition, “exhaust gas flow rate (Actual) (m 3 / min)”, “filter inlet exhaust gas temperature (° C.)”, and “average filtration flow rate of the partition wall (mm / sec)” when performing the “number of soot determination” Is also shown in Table 1. As for Example 12, the “filter inlet exhaust gas temperature (° C.)” was adjusted by separating the position where the exhaust gas purification device was installed from the engine.
（参考例１〜３）
ハニカムフィルタの「外径」、「全長」、「容積」、「気孔率」、「平均細孔径」、「隔壁厚さ」、「セルピッチ」を表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様の方法で排ガス浄化装置を作製した。得られた参考例１〜３の排ガス浄化装置を用いて、実施例１と同様の方法で、煤の個数判定を行った。「煤の個数判定」の結果を表１に示す。また、この「煤の個数判定」を行った際の「排ガス流量（Ａｃｔｕａｌ）（ｍ３／分）」、「フィルタ入口排ガス温度（℃）」、及び「隔壁の平均ろ過流速（ｍｍ／秒）」についても表１に示す。なお、参考例１〜３に関しては、排ガス浄化装置を設置する位置を、エンジンから離すことにより、「フィルタ入口排ガス温度（℃）」を調節した。参考例１〜３においては、フィルタ入口排ガス温度が４４０℃であるため、煤の個数判定時において、煤の燃焼による小粒子径化が生じていない。即ち、参考例１〜３の煤の個数判定は、煤の個数が増加しない状態において、排出される煤の個数を測定している。そのため、上記参考例１〜３の排ガス浄化装置については、それぞれ参考例とすることとした。
(Reference Examples 1-3)
Example except that the “outer diameter”, “full length”, “volume”, “porosity”, “average pore diameter”, “partition wall thickness”, and “cell pitch” of the honeycomb filter were changed as shown in Table 1. 1 was used to produce an exhaust gas purification device. Using the exhaust gas purification apparatuses of Reference Examples 1 to 3 obtained, the number of soot was determined in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the result of “determination of the number of baskets”. In addition, “exhaust gas flow rate (Actual) (m 3 / min)”, “filter inlet exhaust gas temperature (° C.)”, and “average filtration flow rate of the partition wall (mm / sec)” when performing the “number of soot determination” Is also shown in Table 1. In addition, regarding Reference Examples 1 to 3, the “filter inlet exhaust gas temperature (° C.)” was adjusted by separating the position where the exhaust gas purification device was installed from the engine. In Reference Examples 1 to 3, since the exhaust gas temperature at the filter inlet is 440 ° C., the particle size is not reduced due to soot combustion when determining the number of soot. That is, the determination of the number of soot in Reference Examples 1 to 3 measures the number of soot discharged in a state where the number of soot does not increase. For this reason, the exhaust gas purifying apparatuses of Reference Examples 1 to 3 were each set as a reference example.
（比較例１〜６）
ハニカムフィルタの「外径」、「全長」、「容積」、「気孔率」、「平均細孔径」、「隔壁厚さ」、「セルピッチ」を表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様の方法で排ガス浄化装置を作製した。得られた比較例１〜６の排ガス浄化装置を用いて、実施例１と同様の方法で、煤の個数判定を行った。「煤の個数判定」の結果を表１に示す。また、この「煤の個数判定」を行った際の「排ガス流量（Ａｃｔｕａｌ）（ｍ３／分）」、「フィルタ入口排ガス温度（℃）」、及び「隔壁の平均ろ過流速（ｍｍ／秒）」についても表１に示す。なお、比較例１〜３に関しては、排ガス浄化装置を設置する位置を、エンジンから離すことにより、「フィルタ入口排ガス温度（℃）」を調節した。
(Comparative Examples 1-6)
Example except that the “outer diameter”, “full length”, “volume”, “porosity”, “average pore diameter”, “partition wall thickness”, and “cell pitch” of the honeycomb filter were changed as shown in Table 1. 1 was used to produce an exhaust gas purification device. Using the exhaust gas purifying apparatuses of Comparative Examples 1 to 6 obtained, the number of soot was determined in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the result of “determination of the number of baskets”. In addition, “exhaust gas flow rate (Actual) (m 3 / min)”, “filter inlet exhaust gas temperature (° C.)”, and “average filtration flow rate of the partition wall (mm / sec)” when performing the “number of soot determination” Is also shown in Table 1. In addition, regarding Comparative Examples 1 to 3, the “filter inlet exhaust gas temperature (° C.)” was adjusted by separating the position where the exhaust gas purification device was installed from the engine.
（結果）
実施例１〜１２の排ガス浄化装置は、煤の燃焼による小粒子径化が生じる温度条件において、排ガス浄化装置から排出されるガスに含まれる煤の個数を減少させることができた。一方、比較例１〜６の排ガス浄化装置は、実施例１〜１２と同様の温度条件において、排ガス浄化装置から排出されるガスに含まれる煤の個数が明らかに増加するものであった。特に、比較例１〜６の排ガス浄化装置においては、排ガス浄化装置を設置したが故に、却って、排ガス浄化装置から排出されるガスに含まれる煤の個数が多くなってしまっていた。実施例１〜１２の排ガス浄化装置によれば、排ガスに含まれる煤を、ハニカムフィルタの隔壁によって有効に捕集することができるとともに、煤の燃焼による小粒子径化が生じる温度条件においても、排出される煤の個数の増加を抑制することができる。
(result)
In the exhaust gas purifying apparatuses of Examples 1 to 12, the number of soot contained in the gas discharged from the exhaust gas purifying apparatus was able to be reduced under the temperature condition in which the particle size was reduced by soot combustion. On the other hand, in the exhaust gas purification apparatuses of Comparative Examples 1 to 6, the number of soot contained in the gas discharged from the exhaust gas purification apparatus was clearly increased under the same temperature conditions as in Examples 1 to 12. In particular, in the exhaust gas purifying apparatuses of Comparative Examples 1 to 6, since the exhaust gas purifying apparatus was installed, the number of soot contained in the gas discharged from the exhaust gas purifying apparatus was increased. According to the exhaust gas purification apparatuses of Examples 1 to 12, the soot contained in the exhaust gas can be effectively collected by the partition walls of the honeycomb filter, and at a temperature condition in which the particle size is reduced due to soot combustion, An increase in the number of discharged soot can be suppressed.
本発明の排ガス浄化装置は、内燃機関から排出される排ガスの浄化に用いることができる。特に、ガソリンエンジンから排出される排ガスの浄化に好適に用いることができる。 The exhaust gas purification apparatus of the present invention can be used for purification of exhaust gas discharged from an internal combustion engine. In particular, it can be suitably used for purifying exhaust gas discharged from a gasoline engine.
１：隔壁、２：セル、２ａ：セル（所定のセル）、２ｂ：セル（残余のセル）、３：外周壁、７：目封止部、８：細孔、１０：ハニカム構造体、１１：流入端面、１２：流出端面、２０：ハニカムフィルタ、３３：把持材、５０：缶体、５１：胴部、５２：流入口、５３：流出口、１００：排ガス浄化装置、Ｇ１：排ガス、Ｇ２：ガス（排ガスが隔壁を通過した後のガス）。 1: partition wall, 2: cell, 2a: cell (predetermined cell), 2b: cell (remaining cell), 3: outer peripheral wall, 7: plugged portion, 8: pore, 10: honeycomb structure, 11 : Inflow end face, 12: Outlet end face, 20: Honeycomb filter, 33: Holding material, 50: Can body, 51: Body part, 52: Inlet, 53: Outlet, 100: Exhaust gas purification device, G1: Exhaust gas, G2 : Gas (gas after exhaust gas has passed through the partition wall).
Claims (6)
エンジン排気マニホルドの出口側に接続される流入口、及び前記流入口から流入した排ガスを流出する流出口を有し、前記ハニカムフィルタをその内部のガス通路内に保持する筒状の缶体と、を備え、
前記エンジン排気マニホルドから排出された前記排ガスの温度が、前記ハニカムフィルタの前記流入端面において４５０℃以上となる場合に、前記多孔質の前記隔壁を通過する前記排ガスの平均流速が２０〜１１０ｍｍ／秒となるように構成されてなる排ガス浄化装置。 A porous partition wall defining a plurality of cells extending from the inflow end surface to the outflow end surface, a cylindrical honeycomb structure having an outer peripheral wall disposed at the outermost periphery, and predetermined cells on the inflow end surface of the honeycomb structure A honeycomb filter provided with a plugging portion disposed at an opening and an opening of a remaining cell on the outflow end surface;
A cylindrical can body having an inlet connected to the outlet side of the engine exhaust manifold, and an outlet for discharging exhaust gas flowing in from the inlet, and holding the honeycomb filter in a gas passage inside thereof; With
When the temperature of the exhaust gas discharged from the engine exhaust manifold is 450 ° C. or higher at the inflow end face of the honeycomb filter, the average flow rate of the exhaust gas passing through the porous partition walls is 20 to 110 mm / second. An exhaust gas purification device configured to be
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