JP2020165397A - 排ガス浄化フィルタ - Google Patents
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Abstract
Description
多数の気孔(110)を有する隔壁(11)と、
上記隔壁により区画された複数のセル(12,121,122)と、
フィルタ両端部において複数の上記セルを交互に目封じする封止部(13)と、を有しており、
上記隔壁の平均気孔径をAμm、上記隔壁表面における上記気孔の平均表面開口径をBμmとしたとき、
A≧Bを満たし、かつ、Aが5μm以上15μm未満であり、
100×(A−B)/Bの式にて算出される割合が30%以下である、排ガス浄化フィルタ(1)にある。
実施形態1に係る排ガス浄化フィルタについて、図1〜図15を用いて説明する。図1〜図3に例示されるように、本実施形態の排ガス浄化フィルタ1は、ガソリンエンジンの排気通路(不図示)に配置されて使用されるものである。つまり、排ガス浄化フィルタ1は、ガソリンエンジンから排出されるPM2(後述の図6参照)を捕集可能なガソリンパティキュレートフィルタ(GPF)である。なお、図1〜図3に示される両端矢印の方向を排ガス浄化フィルタ1のフィルタ軸方向Xとする。
隔壁11の気孔率(%)=総気孔容積/(総気孔容積+1/隔壁材料の真比重)×100
なお、隔壁材料がコーディエライトの場合、コーディエライトの真比重としては2.52を用いることができる。
ΔP=ΔPinlet/exit+ΔPchannel+ΔPwall ・・・(i)
実施例および比較例の各排ガス浄化フィルタについて説明する。本実験例では、各排ガス浄化フィルタは、SiO2:45質量%以上55質量%以下、Al2O3:33質量%以上42質量%以下、MgO:12質量%以上18質量%以下を含む化学組成を有するコーディエライトを主成分とする。なお、コーディエライトを主成分とするとは、50質量%以上がコーディエライトであることを意味する。したがって、本実験例における各排ガス浄化フィルタの作製にあたっては、焼成によってコーディエライトが生成するようにSi源、Al源およびMg源を含むコーディエライト形成原料が用いられる。
(実施例1)
実施例1の排ガス浄化フィルタの作製にあたり、表1に示す配合割合(質量%)となるように、多孔質シリカ(Si源)、タルク(Mg源)、水酸化アルミニウム(Al源)を配合することにより、コーディエライト形成原料を調製した。
坏土密度乖離率(%)=100×{(計算による坏土密度)−(実測による坏土密度)}/(計算による坏土密度)
実施例1において、コーディエライト形成原料における多孔質シリカの平均粒子径、嵩密度を変更した。多孔質シリカの平均粒子径が大きくなるほど、形成される隔壁の気孔径が大きくなり、多孔質シリカの嵩密度が小さくなるほど、形成される隔壁の気孔率が高くなる。また、粒子径の大小異なる水酸化アルミニウムの配合において粒子径大の割合を増やすと表面開口率と平均表面開口径が大きくなる。さらに焼成時における1200℃から1430℃間の昇温速度を速くすると、気孔径と平均表面開口径を大きくすることができる。これらの条件を組み合わせて作製した。なお、水酸化アルミニウムの総配合割合は実施例1と同じとし、粒子径の大小異なる水酸化アルミニウムの配合を変更し、その他の坏土の配合割合は、実施例1と同じとした。そして、実施例1と同様にして、混練機の速度や混練機に坏土を繰り返し通す回数を任意に変化させ、坏土密度乖離率が10%未満となるように調整した坏土を用い、焼成時における1200℃から1430℃間の昇温速度を変化させることにより、実施例2〜実施例8の排ガス浄化フィルタを作製した。
実施例1において、コーディエライト形成原料における多孔質シリカの平均粒子径、嵩密度を変更するとともに、混練機の速度や混練機に坏土を繰り返し通す回数を任意に変化させ、坏土密度乖離率が10%以上となるように調整した坏土を用いることにより、実施例9の排ガス浄化フィルタを作製した。なお、使用した多孔質シリカの嵩密度は、0.25g/cm3である。
実施例9において、コーディエライト形成原料における多孔質シリカの平均粒子径、嵩密度を変更した。その他は、実施例9と同様にして、坏土密度乖離率が10%以上となるように坏土を調整し、実施例10および実施例11の排ガス浄化フィルタを作製した。
比較例1の排ガス浄化フィルタの作製にあたり、表2に示す配合割合(質量%)となるように、溶融シリカ(Si源)、タルク(Mg源)、水酸化アルミニウム(Al源)を配合することにより、コーディエライト形成原料を調製した。なお、使用した溶融シリカの嵩密度は、1.30g/cm3である。
比較例1において、コーディエライト形成原料における溶融シリカおよびタルクの平均粒子径、グラファイトの配合割合を変更した。その他は、比較例1と同様にして、坏土密度乖離率が10%未満となるように坏土を調整し、比較例2、比較例3の排ガス浄化フィルタを作製した。
比較例4の排ガス浄化フィルタの作製にあたり、表3に示す配合割合(質量%)となるように、多孔質シリカ(Si源)、タルク(Mg源)、水酸化アルミニウム(Al源)を配合することにより、コーディエライト形成原料を調製した。なお、使用した多孔質シリカの嵩密度は、0.25g/cm3である。
比較例4において、コーディエライト形成原料における多孔質シリカの平均粒子径、嵩密度を変更した。その他は、比較例4と同様にして、坏土密度乖離率が10%以上となるように坏土を調整し、比較例5および比較例6の排ガス浄化フィルタを作製した。
実施例、比較例の排ガス浄化フィルタについて、隔壁特性を測定した。具体的には、上述した測定方法に従って、隔壁の平均気孔径A、隔壁の気孔径分布におけるX−Y(気孔径d75−気孔径d25)、隔壁の気孔率を測定した。この際、水銀ポロシメータには、島津製作所社製のオートポアIV9500を用いた。また、上述した測定方法に従って、隔壁表面における気孔の平均表面開口径B、隔壁表面における気孔の表面開口率を測定した。この際、SEMには、FEI社製のQuanta250FEGを用いた。画像解析ソフトには、三谷商事社製のWinROOF Ver.7.4を用いた。また、得られた隔壁の平均気孔径Aと隔壁表面における気孔の平均表面開口径Bとから、100×(A−B)/Bの式にて算出される割合を算出した。また、上述した測定方法に従って、ガス透過係数比kc/k10の値を測定した。この際、パームポロメータには、Porous Materials社製のCEP−1100AXSHJを用いた。
各排ガス浄化フィルタについて、初期PM捕集率、初期圧損、灰分堆積後の圧損を測定した。なお、初期PM捕集率、初期圧損および灰分堆積後の圧損は、体格がφ118.4mm(フィルタ直径)×L120mm(フィルタ長)であり、隔壁の厚さが8.5mil、セル数が300cpsiであるセル構造を有する排ガス浄化フィルタを用いた。
初期PM捕集率は、次のようにして測定した。作製した排ガス浄化フィルタをガソリン直噴エンジンの排気管内に取り付け、排ガス浄化フィルタにPMを含む排ガスを流した。このとき、排ガス浄化フィルタに流入する前の排ガス中のPM数であるNin、排ガス浄化フィルタから流出する排ガス中のPM数であるNoutを測定し、100×(Nin−Nout)/Ninの式より、初期PM捕集率を算出した。この際、測定条件は、温度450℃、排ガス流量2.8m3/分とした。上記PM数の測定には、AVL社製のPM粒子数カウンタ「AVL−489」を用いた。一方、初期圧損は、次のようにして測定した。初期PM捕集率の測定と同時に、圧力センサにより排ガス浄化フィルタ前(上流)の圧力と排ガス浄化フィルタ後(下流)の圧力とを測定し、その差分を初期圧損とした。この際、測定条件は、温度720℃、排ガス流量11.0m3/分とした。なお、いずれの測定にも、PMが堆積していない初期状態、かつ、触媒がコートされていない各排ガス浄化フィルタを用いた。
PMが堆積していない初期状態、かつ、触媒がコートされていない各排ガス浄化フィルタに対して、20g/L以上40g/L以下の灰分を堆積させた。灰分の堆積は、エンジンオイル由来の灰分を2%含むガソリンを用いてガソリンエンジンを動かし、排気通路に搭載された排ガス浄化フィルタへ灰分を堆積させることにより実施した。具体的には、(1)ストイキ雰囲気下、排ガス浄化フィルタの中心温度800℃にて9分間の条件にてPMを堆積させるというPM堆積と、(2)大気雰囲気下、排ガス浄化フィルタの中心温度800℃〜900℃にて1分間の条件にてPMを再生処理するというPM再生処理とを繰り返すことにより、排ガス浄化フィルタに灰分を堆積させた。この際、灰分の堆積量は、適宜、排ガス浄化フィルタを取り出して重量測定することにより把握した。その後は、上記初期圧損と同様にして、圧力センサにより排ガス浄化フィルタ前の圧力と排ガス浄化フィルタ後の圧力とを測定し、その差分を灰分堆積後圧損とした。本実験例では、30g/Lの灰分が堆積した際の灰分堆積後圧損が11kPa以下であった場合を、灰分堆積後の圧損上昇の抑制の効果が十分に得られているとして「A」とした。同様に、灰分堆積後圧損が11kPa超13kPa以下であった場合を、灰分堆積後の圧損上昇の抑制の効果が得られているとして「B」とした。灰分堆積後圧損が13kPa超であった場合を灰分堆積後の圧損上昇の抑制の効果が得られなかったとして「C」とした。また、初期圧損をPfresh、灰分堆積後の圧損をPash-loadedとしたとき、初期圧損に対する灰分堆積後の圧損上昇率を、100×(Pash-loaded−Pfresh)/Pfreshの式より求めた。図16に、ガス透過係数比kc/k10と圧損上昇率との関係を示す。なお、図16は、各実施例の代表例として実施例4の排ガス浄化フィルタの結果を示したものである。
11 隔壁
110 気孔
12 セル
13 封止部
G 排ガス
Claims (4)
- ガソリンエンジンの排気通路に配置される排ガス浄化フィルタ(1)であって、
多数の気孔(110)を有する隔壁(11)と、
上記隔壁により区画された複数のセル(12,121,122)と、
フィルタ両端部において複数の上記セルを交互に目封じする封止部(13)と、を有しており、
上記隔壁の平均気孔径をAμm、上記隔壁表面における上記気孔の平均表面開口径をBμmとしたとき、
A≧Bを満たし、かつ、Aが5μm以上15μm未満であり、
100×(A−B)/Bの式にて算出される割合が30%以下である、排ガス浄化フィルタ(1)。 - 上記隔壁の気孔径分布において、累積気孔容積が75%となる気孔径d75をXμm、累積気孔容積が25%となる気孔径d25をYμmとしたとき、
X−Y≦7μmを満たす、請求項1に記載の排ガス浄化フィルタ。 - 上記隔壁表面における上記気孔の表面開口率が25%以上40%以下である、請求項1または2に記載の排ガス浄化フィルタ。
- 20g/L以上40g/L以下の灰分(23)が堆積した状態において、
排ガス流入側のフィルタ端面(15)から10mmの位置(X10)における上記隔壁のガス透過係数をk10、上記排ガス流入側のフィルタ端面と排ガス流出側のフィルタ端面(16)との間の中央位置(XC)における上記隔壁のガス透過係数をkcとしたとき、
ガス透過係数比kc/k10の値が1.5以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の排ガス浄化フィルタ。
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