JP5526388B2 - Exhaust gas purification filter and exhaust gas purification device - Google Patents
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Description
本発明は、排ガス浄化フィルターおよび排ガス浄化装置に関するものであり、特に使用初期並びに再生中および再生直後においても粒子状物質の捕集性能に優れた排ガス浄化フィルターおよび排ガス浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification filter and an exhaust gas purification device, and more particularly to an exhaust gas purification filter and an exhaust gas purification device that are excellent in trapping performance of particulate matter even in the initial stage of use and during and immediately after regeneration.
内燃機関の排気通路に備えられ、排ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ（Particulate Matter）、以下、本明細書においてＰＭと称することがある。）を捕集するための排ガス浄化フィルターとして、多孔性のセラミック材料を用いた排ガス浄化フィルターが広く用いられている。 As an exhaust gas purification filter that is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine and collects particulate matter (PM (Particulate Matter), hereinafter may be referred to as PM in this specification) contained in exhaust gas, Exhaust gas purification filters using a porous ceramic material are widely used.
特に、ディーゼル車両の排ガス中に含まれる粒子状物質については、窒素酸化物（ＮＯｘ）とともに、その排出規制が日米欧において段階的に強化されている。かかる規制に適合させるため、粒子状物質を捕集するためのディーゼルパーティキュレートフィルター（ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）、以下、本明細書において、ＤＰＦと称することがある。）の開発が盛んに進められてきている。現在、ＤＰＦとしては、主に、ハニカム構造を有するウォールフロータイプのものが用いられている（例えば、特許文献１参照）。 In particular, particulate matter contained in exhaust gas from diesel vehicles, along with nitrogen oxides (NOx), emission regulations are being strengthened in stages in Japan, the United States, and Europe. In order to comply with such regulations, development of a diesel particulate filter (DPF (Diesel Particulate Filter), hereinafter sometimes referred to as DPF) in order to collect particulate matter has been actively promoted. It is coming. Currently, a wall flow type having a honeycomb structure is mainly used as the DPF (see, for example, Patent Document 1).
ＤＰＦに用いられる多孔性のセラミック材料の中でも、炭化ケイ素は、耐熱性に優れ、高い熱伝導性を有する点で優れ、実用化が進んでいる。 Among the porous ceramic materials used for DPF, silicon carbide is excellent in heat resistance and high thermal conductivity, and is being put to practical use.
しかしながら、多孔性のセラミック材料として炭化ケイ素を用いる排ガス浄化フィルターでは、使用初期に、ある程度の割合の粒子状物質が捕集されずに排ガス浄化フィルターを通過するという問題がある。また、粒子状物質を捕集した排ガス浄化フィルターは、粒子状物質の堆積により閉塞してしまうので、加熱等により堆積物を酸化させて、再生を行うが、再生中および再生直後にも粒子状物質が捕集されずに通過するという問題があることがわかってきた。 However, in the exhaust gas purification filter using silicon carbide as the porous ceramic material, there is a problem that, in the initial stage of use, a certain proportion of particulate matter passes through the exhaust gas purification filter without being collected. In addition, since the exhaust gas purification filter that collects particulate matter is clogged by the accumulation of particulate matter, it is regenerated by oxidizing the deposits by heating or the like. It has been found that there is a problem that the material passes through without being collected.
ディーゼル排ガスについては２００９年に導入されたポスト新長期規制で、粒子状物質の濃度はさらに大幅に引き下げられて、使用初期並びに再生中および再生直後においても優れた捕集性能を有する排ガス浄化フィルターの開発が早急に望まれる。 Diesel exhaust gas is a post-new long-term regulation that was introduced in 2009. The concentration of particulate matter has been further greatly reduced, and an exhaust gas purification filter that has excellent collection performance at the initial stage of use and during and immediately after regeneration. Development is urgently needed.
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、使用初期並びに再生中および再生直後においても粒子状物質の捕集性能に優れた排ガス浄化フィルターおよび排ガス浄化装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object thereof is to provide an exhaust gas purification filter and an exhaust gas purification device that are excellent in trapping performance of particulate matter even in the initial stage of use and during and immediately after regeneration. There is to do.
本発明に係る排ガス浄化フィルターは、上記課題を解決するために、内燃機関の排気通路に設けられ、排ガス中の粒子状物質を捕集するための排ガス浄化フィルターであって、炭化ケイ素に代表される非窒化ケイ素質のメインフィルターと、窒化ケイ素質のサブフィルターとが直列に配置されており、窒化ケイ素質のサブフィルターは、非窒化ケイ素質のメインフィルターに対して、排ガスの流れる方向に沿って下流側に配置されていることを特徴としている。 An exhaust gas purification filter according to the present invention is an exhaust gas purification filter that is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine and collects particulate matter in exhaust gas, and is represented by silicon carbide. A non-silicon nitride main filter and a silicon nitride sub filter are arranged in series, and the silicon nitride sub filter is arranged along the direction of exhaust gas flow with respect to the non-silicon nitride main filter. It is characterized by being arranged downstream.
上記の構成によれば、使用初期並びに再生中および再生直後においても粒子状物質の捕集性能が優れるという効果を奏する。 According to said structure, there exists an effect that the collection performance of a particulate matter is excellent in the initial stage of use, and also during reproduction | regeneration and immediately after reproduction | regeneration.
本発明に係る排ガス浄化フィルターでは、前記非窒化ケイ素質のメインフィルターは、炭化ケイ素、コージエライト、ムライト、アルミナ、チタン酸アルミニウム、または焼結金属を主成分とするフィルター、または、炭化ケイ素、コージエライト、ムライト、アルミナ、チタン酸アルミニウム、または焼結金属を主成分とする１種類以上のフィルターを複数個直列に配置したものであることが好ましい。 In the exhaust gas purification filter according to the present invention, the non-silicon nitride main filter is a filter mainly composed of silicon carbide, cordierite, mullite, alumina, aluminum titanate, or sintered metal, or silicon carbide, cordierite, It is preferable that a plurality of one or more types of filters mainly composed of mullite, alumina, aluminum titanate, or sintered metal are arranged in series.
上記構成により、再生時の燃焼状態をコントロールする条件設定を変更する必要がないというさらなる効果を奏する。 With the above configuration, there is a further effect that it is not necessary to change the condition setting for controlling the combustion state during regeneration.
本発明に係る排ガス浄化フィルターでは、前記非窒化ケイ素質のメインフィルターおよび窒化ケイ素質のサブフィルターは、２つの端面間を連通する複数のセルを形成するように配置された多孔性のセル壁を備え、各セルはいずれかの端面において目封じされており、排気ガスをセル壁の細孔を通過させて隣接セルに流し、排気ガスに含まれる粒子状物質をセル壁で捕集するようになっているハニカム構造を有することが好ましい。 In the exhaust gas purifying filter according to the present invention, the non-silicon nitride main filter and the silicon nitride sub filter include porous cell walls arranged so as to form a plurality of cells communicating between two end faces. Each cell is sealed at either end face so that the exhaust gas passes through the pores of the cell wall and flows to the adjacent cell, and particulate matter contained in the exhaust gas is collected by the cell wall. It is preferable to have a honeycomb structure.
上記構成により、圧力損失を低くできるというさらなる効果を奏する。 With the above configuration, there is a further effect that the pressure loss can be reduced.
本発明に係る排ガス浄化フィルターでは、前記非窒化ケイ素質のメインフィルターの容積に対する、前記窒化ケイ素質のサブフィルターの容積の割合は５％以上８０％以下であることが好ましい。 In the exhaust gas purification filter according to the present invention, the ratio of the volume of the silicon nitride sub-filter to the volume of the non-silicon nitride main filter is preferably 5% or more and 80% or less.
前記非窒化ケイ素質のメインフィルターの容積に対する、前記窒化ケイ素質のサブフィルターの容積の割合が５％以上であることにより、非窒化ケイ素質のメインフィルターで捕集されずに通過した粒子状物質を、窒化ケイ素質のサブフィルターでより好適に捕集することができる。また、前記割合が８０％以下であることにより、サブフィルターの配置による使用中の圧力損失の上昇を好適に防ぐことができる。それゆえ、エンジンの出力及び燃費の低下を回避することができるというさらなる効果を奏する。 The ratio of the volume of the silicon nitride sub-filter to the volume of the non-silicon nitride main filter is 5% or more, so that the particulate matter passed without being collected by the non-silicon nitride main filter Can be collected more suitably by a silicon nitride sub-filter. Moreover, when the said ratio is 80% or less, the raise of the pressure loss in use by arrangement | positioning of a subfilter can be prevented suitably. Therefore, there is a further effect that it is possible to avoid a decrease in engine output and fuel consumption.
本発明に係る排ガス浄化装置は、上記課題を解決するために、本発明に係る排ガス浄化フィルターと、排気通路におけるその上流側に設けられた酸化触媒とを含むことを特徴としている。 In order to solve the above problems, an exhaust gas purification apparatus according to the present invention includes an exhaust gas purification filter according to the present invention and an oxidation catalyst provided on the upstream side of the exhaust passage.
上記構成により、ＰＭ中の可溶性有機成分、ＨＣ（炭化水素）およびＣＯを除去することができる。 With the above configuration, soluble organic components, HC (hydrocarbon) and CO in PM can be removed.
本発明に係る排ガス浄化装置では、さらに、排気通路において、必要に応じて前記排ガス浄化フィルターの下流側にＮＯｘ還元システムを配置することができる。 In the exhaust gas purification apparatus according to the present invention, a NOx reduction system can be further arranged in the exhaust passage downstream of the exhaust gas purification filter as necessary.
上記構成により、ＰＭ中のＮＯｘを除去することができる。 With the above configuration, NOx in PM can be removed.
本発明に係る排ガス浄化フィルターは、以上のように、非窒化ケイ素質のメインフィルターと、窒化ケイ素質のサブフィルターとが直列に配置されており、窒化ケイ素質のサブフィルターは、非窒化ケイ素質のメインフィルターに対して、排ガスの流れる方向に沿って下流側に配置されている構成を備えているので、使用初期に加え再生中および再生直後においても粒子状物質の捕集性能が優れるという効果を奏する。 In the exhaust gas purification filter according to the present invention, as described above, the non-silicon nitride main filter and the silicon nitride sub-filter are arranged in series, and the silicon nitride sub-filter is non-silicon nitride The main filter has a structure that is arranged on the downstream side in the exhaust gas flow direction, so that the particulate matter collection performance is excellent during and immediately after regeneration in addition to the initial use. Play.
本発明に係る排ガス浄化装置は、以上のように、本発明に係る排ガス浄化フィルターと、排気通路におけるその上流側に設けられた酸化触媒とを含む構成を備えているので、使用初期に加え再生中および再生直後においても粒子状物質の捕集性能が優れるという効果を奏する。 As described above, the exhaust gas purification apparatus according to the present invention has a configuration including the exhaust gas purification filter according to the present invention and the oxidation catalyst provided on the upstream side of the exhaust passage. Even in the middle and immediately after regeneration, there is an effect that the collection performance of the particulate matter is excellent.
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、記述した範囲内で種々の変形を加えた態様で実施できるものである。なお、本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「Ａ〜Ｂ」は、「Ａ以上、Ｂ以下」を意味する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to this, and can be implemented in a mode in which various modifications are made within the described range. Unless otherwise specified in this specification, “A to B” indicating a numerical range means “A or more and B or less”.
本発明者らは、上記課題に鑑み鋭意検討を行った結果、炭化ケイ素を主成分とする排ガス浄化フィルターを用いる場合と比べて、窒化ケイ素を主成分とする排ガス浄化フィルターを用いた場合、使用初期の、排ガス浄化フィルター出口におけるスモーク濃度が顕著に低減されることを見出した。 As a result of intensive studies in view of the above problems, the present inventors have used an exhaust gas purification filter mainly composed of silicon nitride, compared with a case where an exhaust gas purification filter mainly composed of silicon carbide is used. It was found that the smoke concentration at the outlet of the exhaust gas purification filter at the initial stage was significantly reduced.
図３は、炭化ケイ素を主成分とする排ガス浄化フィルターおよび窒化ケイ素を主成分とする排ガス浄化フィルターにおいて、使用初期の、排ガス浄化フィルター出口におけるスモーク濃度を測定した結果を示すグラフである。なお、このスモーク濃度の測定および後述する圧力損失の測定に用いた排ガス浄化フィルターと測定方法については後述する参考例に示す。図３に示されるように、炭化ケイ素を主成分とする排ガス浄化フィルターを用いた場合には、スモーク濃度が最大で１８．５％となっており、排ガス浄化フィルターを用いなかった場合のスモーク濃度が２０％であることから、大部分の粒子状物質が通過する時期があることが判る。これに対して、窒化ケイ素を主成分とする排ガス浄化フィルターを用いた場合（図中、ＳｉＮ（１）、ＳｉＮ（２）およびＳｉＮ（３）と表示）は、スモーク濃度の最大値が、それぞれ４．５％、７．２％および４．１％であり顕著に漏れが低減されている。 FIG. 3 is a graph showing the results of measuring the smoke concentration at the outlet of the exhaust gas purification filter at the initial stage of use in the exhaust gas purification filter mainly composed of silicon carbide and the exhaust gas purification filter mainly composed of silicon nitride. The exhaust gas purification filter and measurement method used for measuring the smoke concentration and measuring the pressure loss described later will be described in a reference example described later. As shown in FIG. 3, when the exhaust gas purification filter mainly composed of silicon carbide is used, the smoke concentration is 18.5% at the maximum, and the smoke concentration when the exhaust gas purification filter is not used. 20%, it can be seen that there is a period when most of the particulate matter passes. On the other hand, when using an exhaust gas purification filter mainly composed of silicon nitride (indicated as SiN (1), SiN (2) and SiN (3) in the figure), the maximum smoke concentration is Leakage is significantly reduced at 4.5%, 7.2%, and 4.1%.
また、再生中および再生直後においても、炭化ケイ素を主成分とする排ガス浄化フィルターでは一部の粒子状物質が通過するのに対し、窒化ケイ素を主成分とする排ガス浄化フィルターではかかる粒子状物質の漏れが殆ど無いことが確認された。 Also, during and immediately after regeneration, some particulate matter passes through the exhaust gas purification filter mainly composed of silicon carbide, whereas the exhaust gas purification filter mainly composed of silicon nitride passes such particulate matter. It was confirmed that there was almost no leakage.
粒子状物質の通過は、炭化ケイ素の細孔径を小さくすることによっても防止できると考えられるが、細孔径を小さくすれば排ガス浄化フィルターによる圧力損失が大きくなり、内燃機関の燃費が悪化する。図４は、図３で用いた炭化ケイ素を主成分とする排ガス浄化フィルターおよび窒化ケイ素を主成分とする排ガス浄化フィルターを用いた場合の圧力損失を示すグラフである。図４に示すように、炭化ケイ素を主成分とする排ガス浄化フィルターに対して、窒化ケイ素を主成分とする排ガス浄化フィルターの圧力損失は８０〜１００％である。したがって、粒子状物質の通過を防ぐために、炭化ケイ素を主成分とする排ガス浄化フィルターの細孔径をより小さくすると、圧力損失が大きくなってしまうことが判る。 It is considered that the passage of particulate matter can be prevented by reducing the pore diameter of silicon carbide. However, if the pore diameter is reduced, the pressure loss due to the exhaust gas purification filter increases and the fuel consumption of the internal combustion engine deteriorates. FIG. 4 is a graph showing pressure loss when the exhaust gas purification filter mainly composed of silicon carbide and the exhaust gas purification filter mainly composed of silicon nitride used in FIG. 3 are used. As shown in FIG. 4, the pressure loss of the exhaust gas purification filter mainly composed of silicon nitride is 80 to 100% with respect to the exhaust gas purification filter mainly composed of silicon carbide. Therefore, it can be seen that if the pore diameter of the exhaust gas purification filter mainly composed of silicon carbide is made smaller in order to prevent the passage of particulate matter, the pressure loss increases.
同等以下の圧力損失で、使用初期並びに再生中および再生直後に、窒化ケイ素を主成分とする排ガス浄化フィルターでは粒子状物質の漏れが顕著に低減される理由としては、図７の（ａ）に示されるように窒化ケイ素に特有の六方晶系の柱状結晶が成長することによるものであると考えられる。なお、図７中、（ａ）は窒化ケイ素のＳＥＭ像を示す図であり、（ｂ）は炭化ケイ素のＳＥＭ像を示す図である。 The reason why the leakage of particulate matter is remarkably reduced in the exhaust gas purification filter mainly composed of silicon nitride at the initial stage of use, during regeneration, and immediately after regeneration at the same or lower pressure loss is shown in FIG. As shown, it is considered that this is due to the growth of hexagonal columnar crystals unique to silicon nitride. 7A is a view showing an SEM image of silicon nitride, and FIG. 7B is a view showing an SEM image of silicon carbide.
さらに、窒化ケイ素は、炭化ケイ素と比べて熱容量が小さい。そのため、より少ない熱量での加熱により、粒子状物質の堆積物を酸化させて、再生を行うことが可能であるという利点もある。 Furthermore, silicon nitride has a smaller heat capacity than silicon carbide. Therefore, there is also an advantage that regeneration can be performed by oxidizing the particulate matter deposit by heating with a smaller amount of heat.
このことから、窒化ケイ素は、従来の炭化ケイ素に代わることができる有望な排ガス浄化フィルターの材料であるといえる。 From this, it can be said that silicon nitride is a promising material for exhaust gas purification filters that can replace conventional silicon carbide.
しかしながら、窒化ケイ素は炭化ケイ素と、熱容量および熱伝導率等の熱特性が大きく異なる。かかる熱容量および熱伝導率等の熱特性の差は、ＤＰＦの燃焼性能、つまり再生性能に大きく影響する。ＤＰＦでは、再生時の燃焼状態はディーゼルエンジンの制御によりコントロールされているが、この再生時の燃焼状態をコントロールする条件設定が非常に重要である。このため従来から用いられている材料に対して一度設定された条件を、材料を代えるために変更するには、相応の手間がかかることとなり、材料を変更する上での障害となっている。 However, silicon nitride is significantly different from silicon carbide in thermal characteristics such as heat capacity and thermal conductivity. The difference in thermal characteristics such as heat capacity and thermal conductivity greatly affects the DPF combustion performance, that is, the regeneration performance. In the DPF, the combustion state at the time of regeneration is controlled by the control of the diesel engine, but it is very important to set conditions for controlling the combustion state at the time of regeneration. For this reason, it takes time and effort to change the conditions once set for the conventionally used material in order to change the material, which is an obstacle to changing the material.
そこで、本発明者らは、再生時の燃焼状態をコントロールする条件設定を変更せずに、窒化ケイ素を主成分とする排ガス浄化フィルターの優れたＰＭ捕集性能を利用することができないかと考えた。その結果、従来の燃焼状態の条件設定を変更する必要がない排ガス浄化フィルターを用いつつ、窒化ケイ素を主成分とする排ガス浄化フィルターにより従来の排ガス浄化フィルターの問題点を解決することに思い至った。すなわち、従来用いられている炭化ケイ素を主成分とするフィルターと、窒化ケイ素を主成分とするフィルターとを組み合わせ、窒化ケイ素を主成分とするフィルターが、排ガスの流れる方向に沿って、炭化ケイ素を主成分とするフィルターの下流側になるように直列に配置することで、窒化ケイ素を主成分とするフィルターによって、炭化ケイ素を主成分とするフィルターで捕集されなかったＰＭを捕集し、使用初期および再生時にＰＭが漏れることがないとともに再生時の燃焼状態をコントロールする条件設定を変更する必要もない排ガス浄化フィルターを提供することができることを見出し、本発明を完成させるに至った。 Therefore, the present inventors considered that it would be possible to utilize the excellent PM collection performance of an exhaust gas purification filter mainly composed of silicon nitride without changing the condition setting for controlling the combustion state during regeneration. . As a result, while using an exhaust gas purification filter that does not need to change the conventional condition setting of the combustion state, it came to solve the problems of the conventional exhaust gas purification filter with an exhaust gas purification filter mainly composed of silicon nitride. . That is, a conventionally used filter comprising silicon carbide as a main component and a filter comprising silicon nitride as a main component are combined, and the filter containing silicon nitride as a main component causes silicon carbide to flow along the exhaust gas flow direction. By arranging in series so as to be downstream of the main component filter, the PM that was not collected by the silicon carbide main component filter was collected and used by the silicon nitride main component filter. The inventors have found that it is possible to provide an exhaust gas purification filter that does not leak PM at the initial stage and at the time of regeneration, and that does not require changing the condition setting for controlling the combustion state at the time of regeneration, and has completed the present invention.
また、窒化ケイ素を主成分として含むフィルター、すなわち、窒化ケイ素質のフィルターは、使用初期に加え再生中および再生直後における粒子状物質の捕集性能が顕著に優れることから、上流側に配置されるフィルターが、炭化ケイ素質以外の、非窒化ケイ素質である場合にも同様の効果が得られると考えられる。 In addition, a filter containing silicon nitride as a main component, that is, a silicon nitride-based filter is arranged upstream because it has a remarkable ability to collect particulate matter during and immediately after regeneration in addition to the initial stage of use. It is considered that the same effect can be obtained when the filter is non-silicon nitride other than silicon carbide.
すなわち、本発明に係る排ガス浄化フィルターは、内燃機関の排気通路に設けられ、非窒化ケイ素質のメインフィルターと、窒化ケイ素質のサブフィルターとが直列に配置されており、窒化ケイ素質のサブフィルターは、非窒化ケイ素質のメインフィルターに対して、排ガスの流れる方向に沿って下流側に配置されているものである。 That is, the exhaust gas purification filter according to the present invention is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, and a non-silicon nitride main filter and a silicon nitride sub filter are arranged in series, and the silicon nitride sub filter Is arranged downstream of the non-silicon nitride main filter along the direction in which the exhaust gas flows.
以下本発明について、（Ｉ）排ガス浄化フィルター、（ＩＩ）排ガス浄化装置の順に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in the order of (I) exhaust gas purification filter and (II) exhaust gas purification device.
（Ｉ）排ガス浄化フィルター
本発明に係る排ガス浄化フィルターは、内燃機関の排気通路に設けられ、排ガス中の粒子状物質を捕集するための排ガス浄化フィルターとして用いられるものである。ここで、粒子状物質とは、ＰＭ（Particulate Matter）とも称され、内燃機関の排気ガスに含まれる粒子をいう。
(I) Exhaust gas purification filter The exhaust gas purification filter according to the present invention is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, and is used as an exhaust gas purification filter for collecting particulate matter in exhaust gas. Here, the particulate matter is also called PM (Particulate Matter) and refers to particles contained in the exhaust gas of the internal combustion engine.
図１に、本発明に係る排ガス浄化フィルター１を模式的に示す。本発明に係る排ガス浄化フィルター１は、非窒化ケイ素質のメインフィルター２と、窒化ケイ素質のサブフィルター３とが直列に配置されており、窒化ケイ素質のサブフィルターは、非窒化ケイ素質のメインフィルターに対して、排ガスの流れる方向に沿って下流側に配置されている。 FIG. 1 schematically shows an exhaust gas purification filter 1 according to the present invention. In the exhaust gas purification filter 1 according to the present invention, a non-silicon nitride main filter 2 and a silicon nitride sub filter 3 are arranged in series, and the silicon nitride sub filter is a non-silicon nitride main filter. It arrange | positions downstream with respect to the filter along the direction through which waste gas flows.
排ガスは、排ガス浄化フィルター１に、図１において矢印で示す方向から流入し、非窒化ケイ素質のメインフィルター２を通過する。排ガスがメインフィルター２を通過するとき、メインフィルター２により排ガス中のＰＭが捕集される。しかし、上述したように、排ガス浄化フィルター１の使用初期並びに再生中および再生直後には一部のＰＭがメインフィルター２を通過する。メインフィルター２を通過した排ガスは、続いて窒化ケイ素質のサブフィルター３を通過する。このとき、メインフィルター２を通過したＰＭは、サブフィルター３により捕集される。 The exhaust gas flows into the exhaust gas purification filter 1 from the direction indicated by the arrow in FIG. 1 and passes through the non-silicon nitride main filter 2. When the exhaust gas passes through the main filter 2, PM in the exhaust gas is collected by the main filter 2. However, as described above, some PM passes through the main filter 2 at the initial use of the exhaust gas purification filter 1 and during and immediately after regeneration. The exhaust gas that has passed through the main filter 2 subsequently passes through the silicon nitride sub-filter 3. At this time, PM that has passed through the main filter 2 is collected by the sub-filter 3.
＜窒化ケイ素質のサブフィルター＞
ここで、窒化ケイ素質のサブフィルターとは、窒化ケイ素を主成分とするサブフィルターをいう。また、窒化ケイ素のケイ素と窒素の一部をそれぞれアルミニウムと酸素で置換したサイアロンも窒化ケイ素質に含まれる。
<Silicon nitride sub-filter>
Here, the silicon nitride-based subfilter refers to a subfilter mainly composed of silicon nitride. Silicon nitride also includes sialon in which part of silicon and nitrogen in silicon nitride is replaced with aluminum and oxygen, respectively.
なお、本明細書において、「主成分とする」とは、５０重量％以上、より好ましくは８０重量％以上含むことを意味する。 In the present specification, “main component” means containing 50% by weight or more, more preferably 80% by weight or more.
本発明で用いられる窒化ケイ素質のサブフィルターは、窒化ケイ素を主成分とするフィルターであればよいが、気孔率が５０〜７０％であることが好ましく、５５〜６５％であることがより好ましい。気孔率が５０％以上であることにより圧力損失が大きくなりすぎないためフィルターとして好適である。また、気孔率が７０％以下であることにより十分な強度を維持できるため好ましい。なお、本明細書において、気孔率とはアルキメデス法によって測定された数値である。 The silicon nitride-based sub-filter used in the present invention may be a filter mainly composed of silicon nitride, but the porosity is preferably 50 to 70%, more preferably 55 to 65%. . Since the porosity is not less than 50%, the pressure loss does not become too large, so that it is suitable as a filter. Moreover, since a sufficient intensity | strength can be maintained when a porosity is 70% or less, it is preferable. In the present specification, the porosity is a numerical value measured by the Archimedes method.
また、本発明で用いられる窒化ケイ素質のサブフィルターの全細孔表面積は、０．２〜０．８ｍ２／ｇであることが好ましく、０．３〜０．７ｍ２／ｇであることがより好ましい。なお、本明細書において、全細孔表面積とは水銀圧入法によるポロシメーターで測定された値をいう。 Also, the total pore surface area of the sub-filters silicon nitride used in the present invention is preferably 0.2~0.8m 2 / g, it is 0.3~0.7m 2 / g More preferred. In the present specification, the total pore surface area refers to a value measured with a porosimeter by a mercury intrusion method.
なお、図８に、図３、４に示す測定の対象であるＳｉＮ（１）、ＳｉＮ（２）およびＳｉＮ（３）ならびに炭化ケイ素を主成分とする排ガス浄化フィルターにおける、気孔率と全細孔表面積との関係を示す。図８に示されるように、気孔率と全細孔表面積には相関があり、適正な気孔率にフィルターを制御することで、本用途に適した全細孔表面積を得ることができる。 FIG. 8 shows the porosity and total pores in the exhaust gas purification filter mainly composed of SiN (1), SiN (2), SiN (3) and silicon carbide, which are the objects of measurement shown in FIGS. The relationship with the surface area is shown. As shown in FIG. 8, there is a correlation between the porosity and the total pore surface area, and the total pore surface area suitable for this application can be obtained by controlling the filter to an appropriate porosity.
＜非窒化ケイ素質のメインフィルター＞
本発明で用いられる非窒化ケイ素質のメインフィルターは、非窒化ケイ素質の材料を主成分とするフィルターであれば特に限定されるものではない。ここで、非窒化ケイ素質の材料とは、窒化ケイ素質以外の多孔性材料であればよいが、多孔性のセラミック材料であることが好ましく、窒化ケイ素質以外の現行のＤＰＦ用材料であることがより好ましい。
<Non-silicon nitride main filter>
The non-silicon nitride main filter used in the present invention is not particularly limited as long as it is a filter mainly composed of a non-silicon nitride material. Here, the non-silicon nitride material may be a porous material other than silicon nitride, but is preferably a porous ceramic material, and is a current DPF material other than silicon nitride. Is more preferable.
より具体的には、前記非窒化ケイ素質のメインフィルターは、炭化ケイ素、コージエライト、ムライト、アルミナ、チタン酸アルミニウム、または焼結金属を主成分とするフィルターであることがさらに好ましい。前記非窒化ケイ素質のメインフィルターが上記材料である場合、現行のＤＰＦ用材料であることから、ＤＰＦとして用いる場合、再生時の燃焼状態をコントロールする条件設定を変更する必要がないため好ましい。 More specifically, the non-silicon nitride main filter is more preferably a filter mainly composed of silicon carbide, cordierite, mullite, alumina, aluminum titanate, or sintered metal. When the non-silicon nitride main filter is made of the above-mentioned material, since it is an existing material for DPF, it is preferable to use it as a DPF because it is not necessary to change the condition setting for controlling the combustion state during regeneration.
また、前記非窒化ケイ素質のメインフィルターは、単一のフィルターに限定されるものではなく、炭化ケイ素、コージエライト、ムライト、アルミナ、チタン酸アルミニウム、または焼結金属を主成分とする１種類以上のフィルターを複数個直列に配置したものであってもよい。 Further, the non-silicon nitride main filter is not limited to a single filter, but one or more kinds of silicon carbide, cordierite, mullite, alumina, aluminum titanate, or sintered metal as a main component. A plurality of filters may be arranged in series.
本発明で用いられる非窒化ケイ素質のメインフィルターの最適仕様は、選ばれた材質によって大きく異なるが、ここでは個々の材質が持つ適正値を変えることなく使用することが出来る。 The optimum specification of the non-silicon nitride main filter used in the present invention varies greatly depending on the selected material, but it can be used without changing the appropriate value of each material.
＜ハニカム構造＞
前記非窒化ケイ素質のメインフィルターおよび窒化ケイ素質のサブフィルターは、ハニカム構造を有するウォールフロータイプのフィルターであることが好ましい。
<Honeycomb structure>
The non-silicon nitride main filter and the silicon nitride sub filter are preferably wall flow type filters having a honeycomb structure.
図５に、本発明に係る排ガス浄化フィルターで用いられるハニカム構造の一例を示す。（ａ）は本発明に係る排ガス浄化フィルターで用いられるハニカム構造の一例を示す斜視図であり、（ｂ）は本発明に係る排ガス浄化フィルターで用いられるハニカム構造の一例の断面を模式的に示す図である。 FIG. 5 shows an example of a honeycomb structure used in the exhaust gas purification filter according to the present invention. (A) is a perspective view which shows an example of the honeycomb structure used with the exhaust gas purification filter which concerns on this invention, (b) shows typically the cross section of an example of the honeycomb structure used with the exhaust gas purification filter which concerns on this invention. FIG.
図５に示すように、本発明に係る排ガス浄化フィルターで用いられるハニカム構造は、２つの端面間を連通する複数のセル１１を形成するように配置された多孔性のセル壁１２を備え、各セルはいずれかの端面において目封じされており、排気ガスをセル壁１２の細孔を通過させて隣接セル１１に流し、排気ガスに含まれる粒子状物質をセル壁１２で捕集するようになっている。 As shown in FIG. 5, the honeycomb structure used in the exhaust gas purification filter according to the present invention includes porous cell walls 12 arranged so as to form a plurality of cells 11 communicating between two end faces, The cell is sealed at either end face so that the exhaust gas passes through the pores of the cell wall 12 and flows to the adjacent cell 11, and particulate matter contained in the exhaust gas is collected by the cell wall 12. It has become.
より具体的には、セル１１は、断面の形状が略正方形であり、ハニカム構造の軸方向、すなわち排ガスが流れる方向に沿って規則的に形成されている。そして、セル１１は、多孔性の材料からなるセル壁１２によって仕切られることによって形成されている。各セルは、上流側の端面または下流側の端面のいずれかの端面において目封じされており、隣り合うセル同士は異なる端面で目封じされている。すなわち、各端面において、目封じされているセルは、図５の（ａ）に示すように市松模様を形成する。 More specifically, the cells 11 have a substantially square cross section, and are regularly formed along the axial direction of the honeycomb structure, that is, the direction in which the exhaust gas flows. The cell 11 is formed by being partitioned by a cell wall 12 made of a porous material. Each cell is sealed at either the end face on the upstream side or the end face on the downstream side, and adjacent cells are sealed with different end faces. That is, the cells sealed at each end face form a checkered pattern as shown in FIG.
上記ハニカム構造では、排ガスは上流側の端面において目封じされていないセル１１から流入し、多孔性のセル壁１２の細孔を通過して、隣接セル１１から流出する。このとき、排気ガスに含まれる粒子状物質がセル壁１２で捕集される。 In the honeycomb structure, the exhaust gas flows in from the cells 11 that are not sealed at the upstream end face, passes through the pores of the porous cell wall 12, and flows out from the adjacent cells 11. At this time, particulate matter contained in the exhaust gas is collected by the cell wall 12.
本発明で用いられるハニカム構造のフィルターにおいて、フィルターの軸方向、すなわちハニカム構造の軸方向に垂直な断面の断面形状は特に限定されるものではなく、図５に示す円形に限らず、楕円形、正方形、長方形、多角形であってもかまわない。ハニカム構造の断面の大きさはエンジンの排気量によってその最適値が決定される。 In the filter of the honeycomb structure used in the present invention, the cross-sectional shape of the cross section perpendicular to the axial direction of the filter, that is, the axial direction of the honeycomb structure is not particularly limited, not limited to the circular shape shown in FIG. It can be square, rectangular or polygonal. The optimum value of the cross-sectional size of the honeycomb structure is determined by the engine displacement.
また、本発明で用いられるハニカム構造において、セル１１の断面形状は、略正方形であることが好ましいが、必ずしもこれに限定されるものではなく、他の形状であってもよい。また、セル壁厚も特に限定されるものではないが、例えば、０．２〜０．４ｍｍである。また、単位面積中のセル数も特に限定されるものではないが、例えば、２００〜３００ｃｐｓｉである。 Further, in the honeycomb structure used in the present invention, the cross-sectional shape of the cells 11 is preferably substantially square, but is not necessarily limited to this, and may be other shapes. Moreover, although cell wall thickness is not specifically limited, For example, it is 0.2-0.4 mm. Further, the number of cells in the unit area is not particularly limited, but is, for example, 200 to 300 cpsi.
前記非窒化ケイ素質のメインフィルターおよび窒化ケイ素質のサブフィルターは、ともに上述したハニカム構造を有することが好ましいが、ハニカム構造の構成は必ずしもこれに限定されるものではなく、セルの断面形状、フィルターの軸方向に垂直な断面の断面形状、セル壁の厚さ、単位面積中のセル数、フィルターの軸方向に垂直な断面の断面積、フィルターの軸方向の長さ等は、フィルターの用途、設置場所等に応じて適宜選択すればよい。 Both the non-silicon nitride main filter and the silicon nitride sub-filter preferably have the honeycomb structure described above, but the configuration of the honeycomb structure is not necessarily limited to this, and the cell cross-sectional shape, filter The cross-sectional shape of the cross section perpendicular to the axial direction, the thickness of the cell wall, the number of cells per unit area, the cross-sectional area of the cross section perpendicular to the axial direction of the filter, the axial length of the filter, etc. What is necessary is just to select suitably according to an installation place etc.
なお、従来の排ガス浄化フィルターにおいて、使用初期、再生中または再生直後に、ＰＭが通過してしまうのは以下の理由によるものであると考えられる。 In the conventional exhaust gas purification filter, it is considered that PM passes at the initial stage of use, during regeneration, or immediately after regeneration, for the following reason.
すなわち、排ガス浄化フィルターに用いられる一般的なハニカム構造では、図６に示すように、多孔性のセル壁の表面および細孔に、ＰＭが徐々に堆積してケーキ層を形成する。このとき、図６の左図に示すように、排ガス浄化フィルターの使用初期には、ＰＭは多孔性のセル壁の表面および細孔に捕捉され始めるが、この段階では、ＰＭの捕集効率は悪く、ＰＭは一部フィルターを通過すると考えられる。 That is, in a general honeycomb structure used for an exhaust gas purification filter, as shown in FIG. 6, PM is gradually deposited on the surface and pores of a porous cell wall to form a cake layer. At this time, as shown in the left diagram of FIG. 6, at the initial stage of use of the exhaust gas purification filter, PM begins to be trapped on the surface and pores of the porous cell wall, but at this stage, the PM trapping efficiency is Unfortunately, some PM is thought to pass through the filter.
ＰＭがセル壁の表面および細孔に捕捉され、セル壁の表面および細孔への堆積がさらに進むと、図６の右図に示すように、セル壁の表面にＰＭが堆積してなるケーキ層を形成する。かかるケーキ層の層厚が増大するにつれて、排ガス浄化フィルターの圧力損失は上昇し、ＰＭの捕集効率は高くなる。 When PM is trapped on the surface and pores of the cell wall, and the deposition on the surface and pores of the cell wall further proceeds, as shown in the right figure of FIG. Form a layer. As the thickness of the cake layer increases, the pressure loss of the exhaust gas purification filter increases and the PM collection efficiency increases.
上記のような理由から、ケーキ層が形成される前の使用初期には、ＰＭは一部フィルターを通過すると考えられる。 For the reasons described above, it is considered that part of the PM passes through the filter at the initial stage of use before the cake layer is formed.
また、ケーキ層の層厚がさらに増大すると、排ガスの流路であるセルが閉塞してしまうので、セルが閉塞する前に、加熱等により堆積物を酸化させて、排ガス浄化フィルターを再生する。再生中および再生直後は、ケーキ層が除去されつつあるかまたは除去されているため、排ガス浄化フィルターの使用初期と同様にＰＭの捕集効率は悪く、ＰＭは一部フィルターを通過する。 Further, when the thickness of the cake layer is further increased, the cell that is the flow path of the exhaust gas is blocked. Therefore, before the cell is blocked, the deposit is oxidized by heating or the like to regenerate the exhaust gas purification filter. During regeneration and immediately after regeneration, the cake layer is being removed or removed, so that PM collection efficiency is poor as in the initial use of the exhaust gas purification filter, and part of the PM passes through the filter.
上記のような理由から、再生中または再生直後のケーキ層が形成される前には、ＰＭは一部フィルターを通過すると考えられる。 For the reasons described above, it is considered that part of the PM passes through the filter before the cake layer during or immediately after the regeneration is formed.
これに対して、窒化ケイ素質のサブフィルターでは、窒化ケイ素質のセル壁によるＰＭの捕集性能が優れるために、使用初期並びに再生中および再生直後におけるＰＭの通過が顕著に少ないと考えられる。 On the other hand, since the silicon nitride sub-filter has an excellent PM collection performance by the silicon nitride cell wall, it is considered that the passage of PM in the initial stage of use and during and immediately after regeneration is remarkably small.
＜排ガス浄化フィルターの構成＞
前記非窒化ケイ素質のメインフィルターおよび窒化ケイ素質のサブフィルターは、ハニカム構造を有するウォールフロータイプのフィルターであることが好ましいが、メインフィルターのハニカム構造と、サブフィルターのハニカム構造とは、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
<Configuration of exhaust gas purification filter>
The non-silicon nitride main filter and the silicon nitride sub filter are preferably wall flow type filters having a honeycomb structure, but the honeycomb structure of the main filter and the honeycomb structure of the sub filter are the same. May be different or different.
すなわち、メインフィルターのハニカム構造と、サブフィルターのハニカム構造において、セルの断面形状、フィルターの軸方向に垂直な断面の断面形状、セル壁の厚さ、単位面積中のセル数、フィルターの軸方向に垂直な断面の断面積、フィルターの軸方向の長さ等は、同じであっても異なっていてもよい。 That is, in the honeycomb structure of the main filter and the honeycomb structure of the sub-filter, the cross-sectional shape of the cell, the cross-sectional shape of the cross section perpendicular to the axial direction of the filter, the thickness of the cell wall, the number of cells in the unit area, the axial direction of the filter The cross-sectional area of the cross section perpendicular to the vertical axis, the axial length of the filter, and the like may be the same or different.
本発明に係る排ガス浄化フィルターは、図１に示すように、内燃機関の排気通路に、非窒化ケイ素質のメインフィルター２と、窒化ケイ素質のサブフィルター３とが直列に配置されていれば、メインフィルター２とサブフィルター３との間、すなわち、メインフィルター２の下流側の端面と、サブフィルター３の上流側の端面との間の間隔は特に限定されるものではない。 As shown in FIG. 1, the exhaust gas purifying filter according to the present invention has a non-silicon nitride main filter 2 and a silicon nitride sub filter 3 arranged in series in the exhaust passage of the internal combustion engine. The distance between the main filter 2 and the sub-filter 3, that is, the distance between the downstream end surface of the main filter 2 and the upstream end surface of the sub-filter 3 is not particularly limited.
また、図２に非窒化ケイ素質のメインフィルター２が１種類以上のフィルターを複数個直列に配置したものである場合の一例を示す。かかる場合もメインフィルター２を構成する複数のフィルター相互間の間隔、およびメインフィルター２を構成する最も下流のフィルターとサブフィルター３の間の間隔は特に限定されるものではない。 FIG. 2 shows an example in which the non-silicon nitride main filter 2 is a plurality of one or more types of filters arranged in series. In such a case as well, the distance between the plurality of filters constituting the main filter 2 and the distance between the most downstream filter constituting the main filter 2 and the sub-filter 3 are not particularly limited.
本発明に係る排ガス浄化フィルターでは、非窒化ケイ素質のメインフィルターおよび窒化ケイ素質のサブフィルターは直列に配置されていればよいが、非窒化ケイ素質のメインフィルターおよび窒化ケイ素質のサブフィルターは、例えば、図１、２に示すように、これらを覆うケーシング内に、配置されている。 In the exhaust gas purification filter according to the present invention, the non-silicon nitride main filter and the silicon nitride sub filter may be arranged in series, but the non-silicon nitride main filter and the silicon nitride sub filter are: For example, as shown in FIGS. 1 and 2, they are arranged in a casing that covers them.
本発明に係る排ガス浄化フィルターにおいて、前記非窒化ケイ素質のメインフィルターと前記窒化ケイ素質のサブフィルターとの容積比は、サブフィルター３により、メインフィルター２で捕集されずに通過したＰＭを捕集することができれば特に限定されるものではない。 In the exhaust gas purifying filter according to the present invention, the volume ratio of the non-silicon nitride main filter to the silicon nitride sub filter is such that the sub filter 3 captures PM that has passed without being collected by the main filter 2. There is no particular limitation as long as it can be collected.
したがって、前記非窒化ケイ素質のメインフィルターの容積に対する、前記窒化ケイ素質のサブフィルターの容積の割合は、５％以上であることが好ましい。また、当該割合の上限も特に限定されるものではないが、非窒化ケイ素質のメインフィルターに対してサブフィルターは補助的に用いるものであり、１００％以下であってもよく、また使用初期段階における圧力損失の上昇を防ぐ観点からは８０％以下であることが好ましい。 Therefore, the ratio of the volume of the silicon nitride sub-filter to the volume of the non-silicon nitride main filter is preferably 5% or more. The upper limit of the ratio is not particularly limited, but the sub-filter is used as an auxiliary to the non-silicon nitride main filter, and may be 100% or less. From the viewpoint of preventing an increase in pressure loss at 80%, it is preferably 80% or less.
例えば、開発過程での実験データによれば、メインフィルターの代表例である炭化ケイ素の場合、使用初期の段階で２０ｍｇ／ｍ３のPM漏れが確認されており、これはDPF前で測定されるPM濃度（４０ｍｇ／ｍ３）の５０％である。この初期漏れが最長１０分継続されると仮定し、またメインフィルターのPM堆積を除去する再生までの時間を最短で１００分と仮定すると、サブフィルターはメインフィルターの５％の容積があれば、その堆積容量が十分である。他方、使用初期の段階での窒化ケイ素製フィルターの圧力損失は概ね炭化ケイ素の８０％であり、初期段階でのサブフィルターによる圧力損失の上昇を極力避けるためには、サブフィルターはメインフィルターの８０％以下の容量であることが好ましい。メインフィルターとサブフィルターの圧損差は使用中に拡大していくため、８０％は使用初期段階の圧損差を回避するための容量である。 For example, according to experimental data in the development process, in the case of silicon carbide, which is a representative example of the main filter, PM leakage of 20 mg / m 3 has been confirmed at the initial stage of use, and this is measured before DPF. It is 50% of the PM concentration (40 mg / m 3 ). Assuming that this initial leakage lasts for a maximum of 10 minutes, and assuming a minimum time of 100 minutes for regeneration to remove the PM deposits on the main filter, if the subfilter has a volume of 5% of the main filter, Its deposition capacity is sufficient. On the other hand, the pressure loss of the silicon nitride filter in the initial stage of use is approximately 80% of that of silicon carbide, and in order to avoid the increase in pressure loss due to the sub filter in the initial stage as much as possible, the sub filter is 80 % Or less is preferable. Since the pressure loss difference between the main filter and the sub-filter increases during use, 80% is a capacity for avoiding the pressure loss difference in the initial stage of use.
また、前記非窒化ケイ素質のメインフィルターの容積に対する、前記窒化ケイ素質のサブフィルターの容積の割合は、例えば、２０〜２５％程度であってもよい。 The ratio of the volume of the silicon nitride sub-filter to the volume of the non-silicon nitride main filter may be, for example, about 20 to 25%.
なお、ここで、メインフィルターおよびサブフィルターの容積とは、多孔性のフィルター材料の細孔部分を含めた容積をいう。フィルターがハニカム構造を有するときは、フィルターの容積は、セル壁の合計容積をいう。セル壁の合計容積は、ハニカム構造を有するフィルター全体の容積からセルの容積を引いて得られる値をいう。ハニカム構造を有するフィルター全体の容積は、フィルターの軸方向に垂直な断面の断面積とフィルターの軸方向の長さとの積として算出される。また、セルの容積は、ハニカム構造を有するフィルターに含まれる全てのセルの断面積の合計とフィルターの軸方向の長さとの積として算出される。 Here, the volume of the main filter and the sub filter refers to the volume including the pores of the porous filter material. When the filter has a honeycomb structure, the volume of the filter refers to the total volume of the cell walls. The total volume of the cell wall refers to a value obtained by subtracting the volume of the cell from the volume of the entire filter having a honeycomb structure. The volume of the entire filter having a honeycomb structure is calculated as the product of the cross-sectional area of the cross section perpendicular to the axial direction of the filter and the axial length of the filter. The cell volume is calculated as the product of the sum of the cross-sectional areas of all the cells included in the filter having a honeycomb structure and the axial length of the filter.
前記割合が５％以上であることにより、メインフィルター２で捕集されずに通過したＰＭを好適に捕集することができる。また、前記割合が８０％以下であることにより、サブフィルターを取り付けることによる使用初期の圧力損失の上昇を防ぐことができる。 When the ratio is 5% or more, PM that has passed without being collected by the main filter 2 can be suitably collected. Moreover, when the said ratio is 80% or less, the raise of the pressure loss of the initial stage of use by attaching a sub filter can be prevented.
本発明にかかる排ガス浄化フィルターは内燃機関、特にディーゼルエンジンに好適に用いることができる。しかしながら、本発明にかかる排ガス浄化フィルターの用途は、必ずしもこれに限定されるものではなく、工場の煤煙等、その他の気体中の粒子状物質にも適用することができる。 The exhaust gas purification filter according to the present invention can be suitably used for an internal combustion engine, particularly a diesel engine. However, the use of the exhaust gas purification filter according to the present invention is not necessarily limited to this, and can be applied to particulate matter in other gases such as factory smoke.
（ＩＩ）排ガス浄化装置
本発明に係る排ガス浄化フィルターは、内燃機関の排気通路に設けられ、上記構成により、使用初期並びに再生中および再生直後においても優れた粒子状物質の捕集性能を有する。したがって、かかる排ガス浄化フィルターを含む排ガス浄化装置も本発明に含まれる。
(II) Exhaust gas purification device An exhaust gas purification filter according to the present invention is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, and has the above-described configuration, and has an excellent particulate matter collection performance at the initial stage of use and during and immediately after regeneration. Therefore, an exhaust gas purification apparatus including such an exhaust gas purification filter is also included in the present invention.
本発明に係る排ガス浄化装置は、本発明に係る排ガス浄化フィルターと、排気通路におけるその上流側に設けられた酸化触媒とを含んでいる。かかる酸化触媒は、ＰＭ中の可溶性有機成分、ＨＣ（炭化水素）およびＣＯを除去するために設けられる。かかる酸化触媒としては、特に限定されるものではないが、ＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst）として用いられている酸化触媒であればどのようなものであってもよい。 The exhaust gas purification device according to the present invention includes the exhaust gas purification filter according to the present invention and an oxidation catalyst provided on the upstream side of the exhaust passage. Such an oxidation catalyst is provided to remove soluble organic components, HC (hydrocarbon) and CO in PM. Such an oxidation catalyst is not particularly limited, and any oxidation catalyst used as a DOC (Diesel Oxidation Catalyst) may be used.
また、本発明に係る排ガス浄化装置は、必要に応じて、排気通路において、本発明に係る排ガス浄化フィルターの下流側に設けられたＮＯｘ還元システムを含んでいてもよい。ＮＯｘ還元システムは、排ガス中のＮＯｘを還元するシステムであれば特に限定されるものではなく、例えば、ディーゼルエンジンのＮＯｘ還元システムとして用いられているＮＯｘ選択還元システム（ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction for NOＸ））、ＮＯｘ吸蔵システム（ＮＳＲ（NOＸ Storage Reduction））等であればどのようなものであってもよい。 Moreover, the exhaust gas purification apparatus according to the present invention may include a NOx reduction system provided on the downstream side of the exhaust gas purification filter according to the present invention in the exhaust passage as necessary. NOx reduction system is not limited in particular as long as a system for reducing NOx in exhaust gases, e.g., NOx selective reduction system used as the NOx reducing system of a diesel engine (SCR (Selective Catalytic Reduction for NO X )), A NOx storage system (NSR (NO X Storage Reduction)) or the like.
〔参考例〕
炭化ケイ素を主成分とする排ガス浄化フィルターおよび窒化ケイ素を主成分とする排ガス浄化フィルターについて、使用初期の排ガス浄化フィルター出口におけるスモーク濃度の測定および圧力損失の測定を行った。
[Reference example]
For the exhaust gas purification filter mainly composed of silicon carbide and the exhaust gas purification filter mainly composed of silicon nitride, the smoke concentration and the pressure loss were measured at the outlet of the exhaust gas purification filter at the initial stage of use.
〔窒化ケイ素を主成分として用いた排ガス浄化フィルター〕
窒化ケイ素を主成分として用いた排ガス浄化フィルターとして円筒形のハニカム構造を有する排ガス浄化フィルターであるＳｉＮ（１）、ＳｉＮ（２）およびＳｉＮ（３）を用いた。ハニカム構造の断面の直径は１４０ｍｍ、長さは１５０ｍｍ、セル数は２５０ｃｐｓｉ、セル壁厚は０．３ｍｍであった。
[Exhaust gas purification filter using silicon nitride as the main component]
SiN (1), SiN (2), and SiN (3), which are exhaust gas purification filters having a cylindrical honeycomb structure, were used as exhaust gas purification filters using silicon nitride as a main component. The honeycomb structure had a cross-sectional diameter of 140 mm, a length of 150 mm, a cell count of 250 cpsi, and a cell wall thickness of 0.3 mm.
ＳｉＮ（１）、ＳｉＮ（２）およびＳｉＮ（３）の気孔率、全細孔表面積を下表１に示す。
〔炭化ケイ素を主成分として用いた排ガス浄化フィルター〕
炭化ケイ素を主成分として用いた排ガス浄化フィルターとしては、標準的な炭化ケイ素ハニカムフィルターを用いた。
[Exhaust gas purification filter using silicon carbide as the main component]
A standard silicon carbide honeycomb filter was used as an exhaust gas purification filter using silicon carbide as a main component.
炭化ケイ素ハニカムフィルターは、断面の直径が１４０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの円筒形のハニカム構造であった。ハニカム構造のセル数は３００ｃｐｓｉ、セル壁厚は０．３ｍｍであった。 The silicon carbide honeycomb filter had a cylindrical honeycomb structure with a cross-sectional diameter of 140 mm and a length of 150 mm. The number of cells in the honeycomb structure was 300 cpsi, and the cell wall thickness was 0.3 mm.
ハニカム構造の気孔率は４８％、全細孔表面積は０．０６ｍ２／ｇであった。 The porosity of the honeycomb structure was 48%, and the total pore surface area was 0.06 m 2 / g.
〔使用初期の、排ガス浄化フィルター出口におけるスモーク濃度の測定〕
得られた排ガス浄化フィルターを、ベンチ試験に供した。運転条件は、１６８０ｒｐｍ、１００％負荷であった。
[Measurement of smoke concentration at the outlet of the exhaust gas purification filter at the initial stage of use]
The obtained exhaust gas purification filter was subjected to a bench test. The operating conditions were 1680 rpm and 100% load.
排気通路の出口より３分ごとに排気ガスを採取し、排気ガス中に含まれる粒子状物質を、オパシメータを用いて測定した。 Exhaust gas was collected every 3 minutes from the outlet of the exhaust passage, and the particulate matter contained in the exhaust gas was measured using an opacimeter.
結果を図３に示す。図３中、縦軸はスモーク濃度（図中「Smoke Density」と表示。単位：％）を、横軸は時間（図中、「Time」と表示。単位：秒）を示す。 The results are shown in FIG. In FIG. 3, the vertical axis represents smoke density (displayed as “Smoke Density” in the drawing. Unit:%), and the horizontal axis represents time (displayed as “Time” in the drawing. Unit: second).
〔圧力損失の測定〕
また、得られた排ガス浄化フィルターによる圧力損失を測定した。圧力損失は、排ガス浄化フィルター前後の圧力を実測し、その圧力差（差圧）から算出した。
(Measurement of pressure loss)
Moreover, the pressure loss by the obtained exhaust gas purification filter was measured. The pressure loss was calculated from the pressure difference (differential pressure) after actually measuring the pressure before and after the exhaust gas purification filter.
結果を図４に示す。図４中、縦軸は圧力損失（図中「Pressure Loss」と表示。単位：kPa）を、横軸は時間（図中、「Time」と表示。単位：秒）を示す。 The results are shown in FIG. In FIG. 4, the vertical axis represents pressure loss (indicated as “Pressure Loss” in the figure. Unit: kPa), and the horizontal axis represents time (in the figure, indicated as “Time”. Unit: second).
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope shown in the claims. That is, embodiments obtained by combining technical means appropriately modified within the scope of the claims are also included in the technical scope of the present invention.
本発明に係る排ガス浄化フィルターおよび排ガス浄化装置を用いれば、乗用車、バス、トラック等の車両や、建設機械等の内燃機関から排出されるＰＭを、使用初期並びに再生中および再生直後においても高い捕集性能で捕集することができる。 By using the exhaust gas purification filter and the exhaust gas purification device according to the present invention, PM discharged from vehicles such as passenger cars, buses, trucks, and internal combustion engines such as construction machines can be captured at a high level even in the initial period of use and during and immediately after regeneration. It is possible to collect by collecting performance.
それゆえ、本発明は、排ガス浄化フィルターおよび排ガス浄化装置を製造する産業分野のみならず、乗用車、バス、トラック等の車両の製造分野や、建設機械等の製造分野においても、利用することができ、しかも非常に有用である。 Therefore, the present invention can be used not only in the industrial field of manufacturing exhaust gas purification filters and exhaust gas purification devices, but also in the field of manufacturing vehicles such as passenger cars, buses, and trucks, and in the field of manufacturing construction machinery and the like. And it is very useful.
１ 排ガス浄化フィルター
２ メインフィルター
３ サブフィルター
１０ ハニカム構造を有するフィルター
１１ セル
１２ セル壁
１３ 目封じ部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Exhaust gas purification filter 2 Main filter 3 Sub filter 10 Filter which has a honeycomb structure 11 Cell 12 Cell wall 13 Sealing part
Claims (5)
非窒化ケイ素質のメインフィルターと、窒化ケイ素質のサブフィルターとが直列に配置されており、
窒化ケイ素質のサブフィルターは、非窒化ケイ素質のメインフィルターに対して、排ガスの流れる方向に沿って下流側に配置されており、
前記非窒化ケイ素質のメインフィルターの容積に対する、前記窒化ケイ素質のサブフィルターの容積の割合は５％以上８０％以下であることを特徴とする排ガス浄化フィルター。 An exhaust gas purification filter provided in an exhaust passage of an internal combustion engine for collecting particulate matter in exhaust gas,
Non-silicon nitride main filter and silicon nitride sub filter are arranged in series,
The silicon nitride sub-filter is disposed downstream of the non-silicon nitride main filter along the flow direction of the exhaust gas .
The relative volume of the main filter of the non-silicon nitride, the exhaust gas purifying filter ratio of the volume of the sub-filters silicon nitride is characterized by der Rukoto to 80% to 5%.
The exhaust gas purification apparatus according to claim 4 , further comprising a NOx reduction system provided in a downstream side of the exhaust gas purification filter in the exhaust passage.
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