JP4803480B2 - セラミックハニカムフィルタ - Google Patents
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Description
本発明のセラミックハニカムフィルタは、セラミックハニカム構造体の所望の流路が目封止され、少なくとも一つの排気ガス流入側目封止部が排気ガス流入側端面より離れて配置されているセラミックハニカムフィルタにおいて、排気ガス流入側目封止部より上流側の隔壁の気孔率が下流側の隔壁の気孔率より5%以上小さいことを特徴とする。図1は本発明のセラミックハニカムフィルタ10の側断面模式図を示したものである。このような構成のセラミックハニカムフィルタによれば、内燃機関運転中にハニカムフィルタ上へのPMの堆積量がある一定値以上になった際に、ハニカムフィルタの温度を上昇させる目的で行うフィルタ上流への未燃の燃料及び/又は炭化水素ガスの噴射時において、PMが付着、堆積しやすい流入側目封止部端面151がハニカムフィルタ内の温度の高い部位に配置されることから、当該部位に担持される触媒物質の活性度が高められるため、流入側目封止部端面151でのPMの燃焼が容易に行われ、流入側目封止部端面151へのPM堆積による流入側流路13の流入側端部の閉塞を防ぐことができる。このため、フィルタの破損や溶損の問題を回避すると共に、長期に亘り安定して圧力損失の増加を防ぐことができる。それと同時に、排気ガス流入側目封止部より上流側の隔壁12uの気孔率を下流側の隔壁12dの気孔率より5%以上小さくしていることから、上流側の隔壁の気孔率と下流側の隔壁の気孔率が同一の場合に比べて、隔壁12uの排気ガス流入側端部が強化されるため、排気ガスの流れによって隔壁12uの流入側端部が摩耗して破損したり、製造時や取扱い時の機械的衝撃で破損したりするという不具合が発生することを防ぐことができる。
図1は、本発明のセラミックハニカムフィルタ10の側断面模式図一例である。このようなセラミックハニカムフィルタの製造方法の一例を、図8を用いて以下に説明する。公知の方法で得られたセラミックハニカム構造体及びセラミックハニカム構造体と同材種のセラミックスラリー91を準備し(a)、セラミックハニカム構造体の排気ガス流入側目封止部より上流側に相当する箇所を、セラミックハニカム構造体と同材種のセラミックスラリー中に浸漬して、多孔質隔壁の細孔中にセラミックスラリーを充填後(b)、スラリー中から引き出して、乾燥させる(c)。次いで、排気ガス流出側端面18に公知のフィルムを貼りつけた後、市松模様に穿孔して、開口部を形成後、流出側目封止部用セラミックスラリーを流路13の端部に導入して、排気ガス流出側目封止部16を形成する(d)。その後、流出側目封止部16が形成されていない流路14に管状部材を挿入し、所定量の流入側目封止部用セラミックスラリーを管状部材から注入して流入側目封止部15を形成する(e)。このようにして得られたセラミックハニカム構造体を焼成することによって、図1に示すような、排気ガス流入側目封止部が排気ガス流入側端面より離れて配置されていると共に、排気ガス流入側目封止部より上流側の隔壁の気孔率が下流側の隔壁に比べて小さいセラミックハニカムフィルタ10を得ることができる。ここで、図8(b)の工程で使用するセラミックスラリーの濃度を調整することにより、上流側の隔壁12uの気孔率を下流側の隔壁12dに比べて小さい範囲に調整することができる。なお、上流側隔壁12dの排気ガス流入側端部の気孔率が小さくなっていることから、管状部材を挿入する際に、管状部材と隔壁が接触して、隔壁が破損することを防ぐことができる。
尚、このような構成の場合、セラミックハニカム構造体20uと20dを異なる材質で形成することも可能である。例えば、セラミックハニカム構造体20uをコーディエライト質セラミックスで形成し、セラミックハニカム構造体20dを炭化珪素質セラミックスで形成すると、フィルタ上流へ未燃の燃料及び/又は炭化水素ガスが噴射された際に、熱衝撃を受ける上流側の隔壁22uが低熱膨張による耐熱衝撃性を有しており、高温となる下流側の隔壁22dが耐熱性を有していることから好ましい。
図1は、参考例1のセラミックハニカムフィルタの側断面模式図である。
カオリン、タルク、シリカ、アルミナなどの粉末を調整して、質量比で、SiO2:48
〜52%、Al2O3:33〜37%、MgO:12〜15%となるようコージェライト
化原料粉末を準備し、これにメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース等
のバインダー、造孔剤、潤滑剤を添加し、乾式で十分混合した後、規定量の水を添加、十
分な混練を行って可塑化したセラミック杯土を作成する。次に、押出し成形用金型を用い
て坏土を押出し成形し、切断して、乾燥して、ハニカム構造を有する乾燥体とする。次に
、この乾燥体を、バッチ炉に載置し、1400℃で焼成して、外周壁の内側に隔壁で仕切
られた断面が四角形状の多数の流路が形成されたコージェライト質セラミックハニカム構
造体とする。なお、ハニカム構造体の外径は267mm、全長は304mmで、隔壁厚さ
0.3mm、隔壁ピッチは1.5mm、隔壁の気孔率は62%である。一方、前記コーデ
ィエライト化原料粉末に、バインダー、界面活性剤、等の添加剤及び水を加えて、流動性
を有するセラミックスラリーを調整後、このスラリーをスラリー容器に収納し、先に作成
したコーディエライト質セラミックハニカム構造体の一方の端面から104mmの位置ま
でを、スラリー中に浸漬して多孔質隔壁中にコーディエライト化原料粉末からなるスラリ
ーを含浸させた後、引き出し、隔壁表面の余分なスラリーは除去後、乾燥させて1400
℃で焼成した。焼成後スラリー中に浸漬させたセラミックハニカム構造体の隔壁12uの
気孔率は57.5%であった。
参考例1のセラミックハニカムフィルタに対して、セラミックハニカム構造体を製造する際に、造孔剤の量を調整し、セラミックスラリーを作製する際に水の添加量を調整した以外は、参考例1と同様にして実施例1及び2のセラミックハニカムフィルタを作製した。このとき、スラリーに浸漬前のセラミックハニカム構造体隔壁の気孔率は62.0%であり、スラリーに浸漬した後のセラミックハニカム構造体隔壁12uの気孔率は51.3%及び45.2%であった。
図2は、参考例2のセラミックハニカムフィルタを示す側断面模式図である。カオリン、タルク、シリカ、アルミナなどの粉末を調整して、質量比で、SiO2:48〜52%、Al2O3:33〜37%、MgO:12〜15%となるようコージェライト化原料粉末を準備し、これにメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース等のバインダー、造孔剤、潤滑剤を添加し、乾式で十分混合した後、規定量の水を添加、十分な混練を行って可塑化したセラミック杯土を作成する。次に、押出し成形用金型を用いて坏土を押出し成形し、切断して、乾燥して、ハニカム構造を有する乾燥体とする。次に、この乾燥体を、バッチ炉に載置し、1400℃で焼成して、外周壁の内側に隔壁で仕切られた断面が四角形状の多数の流路が形成されたコージェライト質セラミックハニカム構造体20u及び20dを得た。なお、ハニカム構造体20uの外径は267mm、全長は105mmで、隔壁厚さ0.3mm、隔壁ピッチは1.5mm、隔壁の気孔率は61.2%であった。また、ハニカム構造体20dの外径は267mm、全長は199mmで、隔壁厚さ0.3mm、隔壁ピッチは1.5mm、隔壁の気孔率は62.0%であった。
参考例2のセラミックハニカムフィルタに対して、セラミックハニカム構造体20uを作製する際に、造孔剤の添加量を増加させた以外は、参考例2と同様にして参考例3〜4、実施例3〜4のセラミックハニカムフィルタを作製した。
図4は、比較例1のセラミックハニカムフィルタの側断面模式図である。比較例1のセラミックハニカムフィルタは、実施例1のセラミックハニカムフィルタにおいて、コーディエライト化原料からなる流動性を有するスラリー中に浸漬しなかった以外は、同様にして作製した。比較例1のセラミックハニカムフィルタの、排気ガス流入側目封止部より上流側の隔壁12uと下流側の隔壁12dの気孔率は、いずれも62.0%である。
図3は、比較例2のセラミックハニカムフィルタの側断面模式図である。比較例2のセラミックハニカムフィルタは、比較例1のセラミックハニカムフィルタにおいて、排気ガス流入側目封止部5を流路4の排気ガス流入側端面に形成した以外は、同様にして作製したもので、流路の両端部に目封止部を有する従来構造のセラミックハニカムフィルタである。
2:隔壁
3、4:流路
5:排気ガス流入側目封止部
6:排気ガス流出側目封止部
7:流入側端面
8:流出側端面
10、20、60、70、80:少なくとも一つの排気ガス流入側目封止部が排気ガス流入側端面より離れて配置され、排気ガス流入側目封止部より上流側の隔壁の気孔率が下流側の隔壁に比べて小さいセラミックハニカムフィルタ
12u、22u、62u、72u、82u:排気ガス流入側目封止部より上流側の隔壁
12d、22d、62d、72d、82d:排気ガス流入側目封止部より下流側の隔壁
13、83:排気ガス流出側目封止部が形成されている流路
14、84:排気ガス流入側目封止部が形成されている流路
14u、84u:排気ガス流入側目封止部の上流側流路
14d、84d:排気ガス流入側目封止部の下流側流路
15、25、65、75、85:排気ガス流入側目封止部
16、26、66、76、86:排気ガス流出側目封止部
17、27、67、77、87:排気ガス流入側端面
18、28、68、78、88:排気ガス流出側端面
30:セラミックハニカムフィルタ
40:少なくとも一つの排気ガス流入側目封止部が排気ガス流入側端面より離れて配置されているセラミックハニカムフィルタ
45:排気ガス流入側目封止部
43:排気ガス流出側目封止部が形成されている流路
44u:排気ガス流入側目封止部の上流側流路
44d:排気ガス流入側目封止部の下流側流路
451:排気ガス流入側目封止部の排気ガス流入側端面
46:排気ガス流出側目封止部
47:排気ガス流入側端面
48:排気ガス流出側端面
91:セラミックススラリー
Claims (1)
- セラミックハニカム構造体の所望の流路が目封止され、少なくとも一つの排気ガス流入側目封止部が排気ガス流入側端面より離れて配置されているセラミックハニカムフィルタにおいて、排気ガス流入側目封止部より上流側の隔壁の気孔率が下流側の隔壁の気孔率より5%以上小さいことを特徴とするセラミックハニカムフィルタ。
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Publications (2)
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