JP5634984B2 - ハニカムフィルタ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
一方の端部が開口され且つ他方の端部が目封止され流体の流路となる複数のセルを形成する多孔質の隔壁部と、
前記流体に含まれる固体成分を捕集・除去する層であり、前記流路に直交する直交面に含まれるハニカムフィルタの外周領域から該直交面に含まれるハニカムフィルタの中央領域へ向かうと形成厚がより薄くなる傾向に前記隔壁部上に形成されている捕集層と、
を備えたものである。
一方の端部が開口され且つ他方の端部が目封止され流体の流路となる複数のセルを形成する多孔質の隔壁部と、該隔壁部上に形成され前記流体に含まれる固体成分を捕集する層である捕集層と、を有する2以上のハニカム構造体と、
前記2以上のハニカム構造体を接合する接合層と、を備え、
前記流路に直交する直交面に含まれるハニカム構造体の外周領域から該直交面に含まれるハニカム構造体の中央領域へ向かうと形成厚がより薄くなる傾向に前記隔壁部上へ前記捕集層が形成されているハニカム構造体を少なくとも1以上含むものとしてもよい。
流体に含まれる固体成分を捕集・除去するハニカムフィルタの製造方法であって、
一方の端部が開口され且つ他方の端部が目封止され流体の流路となる複数のセルを形成する多孔質の隔壁部を形成する隔壁部形成工程と、
前記セルへのスラリーの供給を調整する供給調整部を調節し、流体に含まれる固体成分を捕集・除去する捕集層を形成する原料を含むスラリーの前記セルへの供給量を変更することにより、前記流路に直交する直交面に含まれるハニカムフィルタの外周領域から該直交面に含まれるハニカムフィルタの中央領域へ向かうと形成厚がより薄くなる傾向となるよう前記捕集層を前記隔壁部上に形成する捕集層形成工程と、
を含むものである。
流体に含まれる固体成分を捕集・除去する2以上のハニカム構造体を接合したハニカムフィルタの製造方法であって、
一方の端部が開口され且つ他方の端部が目封止され流体の流路となる複数のセルを形成する多孔質の隔壁部を有するハニカム構造体を作製する構造体作製工程と、
前記作製したハニカム構造体を接合層により接合する接合工程のまえに、又は該接合工程のあと、前記セルへのスラリーの供給を調整する供給調整部を調節し、流体に含まれる固体成分を捕集・除去する捕集層を形成する原料を含むスラリーの前記セルへの供給量を変更することにより、前記流路に直交する直交面に含まれるハニカム構造体の外周領域から該直交面に含まれるハニカム構造体の中央領域へ向かうと形成厚がより薄くなる傾向となるよう前記捕集層を前記隔壁部上に形成する捕集層形成工程と、
を含むものとしてもよい。
一体成形された構造を有するものを第1実施形態として説明する。図1は、本発明の第1実施形態であるハニカムフィルタ20の構成の概略の一例を示す説明図である。また、図2は、捕集層24の形成厚の一例の説明図であり、図3は、捕集層24の形成厚の測定点の一例の説明図であり、図4は、走査型電子顕微鏡(SEM)観察による捕集層の平均細孔径及び気孔率の算出方法の説明図であり、図5は、捕集層24の形成厚の算出方法の説明図であり、図6は、排気の流通状態及び再生実行経過の説明図である。このハニカムフィルタ20は、図1に示すように、一方の端部が開口され且つ他方の端部が目封止部26により目封止され流体としての排気の流路となる複数のセル23を形成する多孔質の隔壁部22と、流体に含まれる固体成分(PM)を捕集・除去する層でありセル23流路に直交する直交面に含まれるハニカムフィルタの外周領域からこの直交面に含まれるハニカムフィルタの中央領域へ向かうと隔壁部22上の形成厚がより薄くなる傾向に形成されている捕集層24と、を備えている。このハニカムフィルタ20では、隔壁部22は、一方の端部が開口され且つ他方の端部が目封止されたセル23と一方の端部が目封止され且つ他方の端部が開口したセル23とが交互に配置されるよう形成されている。また、ハニカムフィルタ20では、入口側からセル23へ入った排気が捕集層24及び隔壁部22を介して出口側のセル23を通過して排出され、このとき、排気に含まれるPMが捕集層24上に捕集される。
また、ハニカムフィルタ20の製造方法では、隔壁部22や捕集層24に触媒を担持する触媒担持工程を行うことがことがより好ましい。触媒は、捕集層24に担持することがより好ましい。捕集層24への触媒の担持は、捕集層24の原料に触媒成分を混合してもよいし、隔壁部22上に捕集層24を形成したのちにこの捕集層24に触媒を担持するものとしてもよい。捕集層24に担持する成分としては、上述したように、NOx吸蔵触媒、少なくとも1種の希土類金属、遷移金属、三元触媒、セリウム(Ce)及び/又はジルコニウム(Zr)の酸化物に代表される助触媒、HC(Hydro Carbon)吸着材などを適宜選択することができる。 また、酸化触媒、NOx吸蔵触媒等の触媒成分の担持方法は特に限定されないが、例えば、ハニカム構造体の捕集層24に対して、触媒成分を含む触媒液をウォッシュコートしたあと、高温で熱処理して焼き付ける方法等が挙げられる。また、例えば、ディッピング法等の従来公知のセラミック膜形成方法を利用して、セラミックスラリーをハニカム構造の基材の隔壁に付着させ、乾燥、焼成する方法等により、触媒担持層を形成してもよい。この際、触媒担持層の厚みは触媒コートスラリーの濃度や触媒担持に要する時間等を制御することにより所望の値に調整することができる。なお、酸化触媒、NOx吸蔵触媒等の触媒成分は、高分散状態で担持させるため、予めアルミナのような比表面積の大きな耐熱性無機酸化物に一旦担持させた後、ハニカム構造体の隔壁等に担持させてもよい。また、触媒は、例えば、吸引法等の従来公知の触媒担持方法を応用して、触媒スラリーを隔壁及び/又はPM捕集層の細孔内に担持させ、乾燥、焼成する方法等により形成してもよい。
ハニカムセグメント(構造体)を接合した構造を有するものを第2実施形態として説明する。図7は、ハニカムフィルタ30の構成の概略の一例を示す説明図であり、図8は、捕集層34の形成厚の一例の説明図であり、図9は、捕集層の形成厚の一例の説明図であり、図10は、捕集層34の形成厚の測定点の一例の説明図である。ハニカムフィルタ30は、図7に示すように、隔壁部32を有する2以上のハニカムセグメント31が接合層38によって接合されて形成されている。なお、ハニカムフィルタ30において、隔壁部32、セル33及び目封止部36は、ハニカムフィルタ20の隔壁部22、セル23及び目封止部26と同様であるためその基本的な内容の説明は省略する。なお、捕集層34について、その材質や形成方法などはハニカムフィルタ20の捕集層24と同様の形態を採用することができる。このハニカムフィルタ30においても捕集層34は、セル33に直交する直交面に含まれるハニカムフィルタの外周領域から中央領域へ向かうと形成厚がより薄くなる傾向に隔壁部32上に形成されている。また、捕集層34は、ハニカムフィルタの外周領域では隔壁部32上に第1形成厚で形成され、中央領域では隔壁部32上に第1形成厚よりも薄い第2形成厚で形成されている。こうすれば、ハニカムセグメント31を接合したハニカムフィルタ30において、捕集したPMをより効率よく除去することができる。
ハニカムセグメント(構造体)を接合した構造を有し、且つハニカムフィルタ全体では均一な形成厚で捕集層が形成されているものを第3実施形態として説明する。図11は、ハニカムフィルタ40の構成の概略の一例を示す説明図であり、図12は、捕集層の形成厚の一例の説明図である。ハニカムフィルタ40は、図11に示すように、隔壁部42を有する2以上のハニカムセグメント41が接合層48によって接合された構造を有する。なお、ハニカムフィルタ40において、隔壁部42、セル43、目封止部46及び接合層48は、ハニカムフィルタ30の隔壁部32、セル33、目封止部36及び接合層38と同様であるためその基本的な内容の説明は省略する。なお、捕集層44について、その材質や形成方法などはハニカムフィルタ20の捕集層24と同様の形態を採用することができる。また、ハニカムフィルタ40の製造方法についても、ハニカムフィルタ全体で均一な捕集層を形成する以外はハニカムフィルタ30の製造方法と同様であるため、その説明を省略する。このハニカムフィルタ40において、捕集層44は、セル23に直交する直交面に含まれるハニカムセグメント41の外周領域から中央領域へ向かうと形成厚がより薄くなる傾向に隔壁部42上に形成されている。また、捕集層44は、ハニカムセグメント41の外周領域では隔壁部42上に第1形成厚で形成され、中央領域では隔壁部42上に第1形成厚よりも薄い第2形成厚で形成されている。こうすれば、ハニカムセグメント41において、PMを燃焼除去しにくい外周側ではPMを捕集しにくくし、PMを燃焼除去しやすい中央側ではより多くのPMを捕集するようにすることにより、捕集したPMをより効率よく除去することができ、ひいては、ハニカムフィルタ40においても捕集したPMをより効率よく除去することができる。
接合構造を有するハニカム構造体の作製に用いるハニカムセグメントを作製した。まず、SiC原料として、SiC粉末、金属Si粉末とを重量比で80:20となるように混合した。このSiCの混合原料を100重量部、造孔材を13重量部、分散媒を35重量部、有機バインダーを6重量部、分散剤を0.5重量部、それぞれ添加し、坏土を調製した。ここでは、分散媒として水を使用し、造孔材としては澱粉及び発泡樹脂を使用し、有機バインダとしてセルロース及びヒドロキシプロピルメチルセルロースを使用し、分散剤としてエチレングリコールを使用した。次に、所定の金型を用いて坏土を押出成形し、セル形状が四角形で、全体の形状が四角柱のセグメント成形体を得た(構造体作製工程)。ここでは、隔壁部の厚さが310μm、セル密度が46.5セル/cm2(300セル/平方インチ)、断面の一辺が35mm、長さが152mmの形状に成形した。このセグメント成形体をマイクロ波乾燥機で乾燥し、更に熱風乾燥機で完全に乾燥したあと、セグメント成形体の両端面を切断し、所定の寸法に整えた。次に、セグメント成形体の一方の端面のセル開口部に交互にマスクを施し、マスクした端面をSiC原料を含有する目封止スラリーに浸漬し、開口部と目封止部とが交互に配設されるように目封止部を形成した。また、他方の端面にも同様にマスクを施し、一方が開口し他方が目封止されたセルと一方が目封止され他方が開口したセルとが交互に配設されるように目封止部を形成した。その後、目封止部を形成したセグメント成形体を熱風乾燥機で乾燥し、大気雰囲気中、400℃で脱脂した。更に、Ar不活性雰囲気下、1450℃で2時間焼成することにより、SiC結晶粒子をSiで結合させたSiCを主成分とするハニカムセグメントを得た。
無機繊維、結合材、無機粒子、造孔材、有機バインダ、分散媒及び分散剤などを混合し、ペースト状の接合材を調製した。ここでは、無機繊維としてアルミノシリケート繊維、結合材としてコロイダルシリカ及び粘土、無機粒子としてSiCを用いた。また、造孔材として発泡樹脂、有機バインダとしてCMC及びPVA、分散媒として水を用いた。このペーストを上記作製したハニカムセグメントの外壁面に厚さ1mmとなるように塗布し、この塗布面に他のハニカムセグメントを載置する工程を繰り返し、16個のハニカムセグメントからなるハニカムセグメント積層体を作製し、外部より圧力を加え、全体を接合したあと、140℃2時間乾燥して接合構造のハニカム構造体を得た(接合工程)。この接合構造のハニカム構造体の外周を切削加工し、切削加工後の外周に保護材を塗布し、外形を円柱状とする接合形状のハニカム構造体とした(図7参照)。ここでは、ハニカムフィルタのセル密度が46.5セル/cm2(300/平方インチ)、断面の直径が144mm、長さが152mmの形状とした。
この捕集層の形成は、上記作製した接合構造のハニカム構造体及びハニカムセグメントのうちいずれかを用いて行った。ここでは、説明の便宜のため、これらをハニカム構造体と称して説明する。無機粒子としてSiC(平均粒径15μm)を2.5重量%、有機バインダとしてカルボキシメチルセルロースを0.5重量%、結合材としてコロイダルシリカを2重量%、分散媒としての水を95重量%となるよう混合し、捕集層形成用のスラリーを得た。次に、図13に示す捕集層形成装置50を用いて捕集層を形成したハニカム構造体を作製した。まず、作製したハニカム構造体の一端に治具51に固定すると共に、ハニカム構造体の他端に供給固定筒54を固定した。治具51の中央には貫通孔52が形成されている。また、供給固定筒54の先端には、スラリー供給用の供給口53が形成されている。供給固定筒54とハニカムフィルタ20との間には、スラリーの供給量を調整する供給量調整板56が配設されている。この供給量調整板56は、中央に貫通孔を有しハニカムフィルタの中央領域に比して外周領域へのスラリーの供給量が大きくなるようにスラリーの流量を調整する部材である。次に、所定の膜厚が形成されるよう予め経験的に得た位置に供給量調整板56を固定し、供給口53からスラリーを圧送し供給口53側に目封止部26が形成されていないハニカム構造体のセル内部にスラリーを供給した(図13の左図)。次に、治具51の貫通孔52を吸引し、スラリーの溶媒である水を隔壁部22を介して排出させた(図13の中央図)。このとき、供給固定筒54側に開口部を有するセル23の内部にスラリーの固体分が残留し隔壁部上に捕集層が形成された。そして、得られたハニカム構造体を熱風乾燥機で乾燥させたのち、700℃で1時間熱処理してハニカムフィルタ(ハニカムセグメント)を得た(図13右図)。なお、捕集層を形成したハニカムセグメントは、上述した接合工程に用いた。
一体構造のハニカムフィルタを作製した。まず、コージェライト原料として、アルミナ(平均粒径2.5μm)、カオリン(平均粒径2.6μm)、タルク(平均粒径3μm)及びシリカ(平均粒径3.6μm)を使用した。このコージェライト原料を100重量部、造孔材を13重量部、分散媒を35重量部、有機バインダーを6重量部、分散剤を0.5重量部、それぞれ添加し、坏土を調製した。分散媒として水を使用し、造孔材としては、平均粒径10μmのコークスを使用し、有機バインダとしてヒドロキシプロピルメチルセルロースを使用し、分散剤としてエチレングリコールを使用した。次に、所定の金型を用いて坏土を押出成形し、セル形状が四角形で、全体の形状が円柱形(円筒状)のハニカム成形体を得た(図1参照)。ここでは、ハニカムフィルタの隔壁部の厚さが310μm、セル密度が46.5セル/cm2(300/平方インチ)、断面の直径が144mm、長さが152mmの形状とした。このハニカム成形体をマイクロ波乾燥機で乾燥し、更に熱風乾燥機で完全に乾燥したあと、ハニカム成形体の両端面を切断し、所定の寸法に整えた。次に、ハニカム成形体の一方の端面のセル開口部に市松模様状に交互にマスクを施し、マスクした端面をコージェライト原料を含有する目封止スラリーに浸漬し、開口部と目封止部とが交互に配設されるように目封止部を形成した。また、他方の端面にも同様にマスクを施し、一方が開口し他方が目封止されたセルと一方が他方が開口したセルとが交互に配設されるように目封止部を形成した。その後、目封止部を形成したハニカム成形体を熱風乾燥機で乾燥し、更に1410℃〜1440℃で5時間焼成することによりコージェライトを主成分とするハニカム構造体を得た。
この捕集層の形成は、上記作製した一体構造のハニカム構造体を用いて行った。まず、繊維材料として平均径が3μm、平均長さが105μmのアルミノシリケート繊維を用い、無機粒子として平均粒子径1μmのシリカ、有機バインダとしてセルロースを、それぞれ重量比で、90:10:5となるよう混合した。この混合物を、全体で100重量部となるようにしたものを5Lの水に混合し、捕集層形成用のスラリーを得た。次に、上述した接合構造を有するハニカムフィルタの作製と同様に、図13に示す捕集層形成装置50を用いて捕集層を形成したハニカムフィルタを作製した。捕集層を形成したあと、ハニカム構造体を熱風乾燥機で乾燥させたのち、700℃で1時間熱処理してハニカムフィルタを得た。
上記作製した一体構造又は接合構造を有するハニカムフィルタに触媒を担持した。触媒スラリーは、Ptを担持したγ−Al2O3触媒とCeO2粉末(助触媒)にAl2O3ゾルと水を添加して調製した。次いで、触媒スラリーを、ウォッシュコートにより、白金成分がハニカムフィルタに対し1.06g/L、全触媒成分が30g/Lとなるように担持した。触媒の担持は、ハニカムフィルタの排ガス流出側の端面から触媒スラリーをセル(排ガス流出側のセル)内に流入させ、隔壁に多くの触媒が存在するよう担持した。そして、120℃の温度で乾燥後、更に500℃、3時間の熱処理を行うことにより、触媒を担持したハニカムフィルタを得た。
上記作製したハニカムセグメントを接合した接合構造を有するハニカムフィルタにおいて、ハニカムフィルタの外周領域から中央領域に向かうと形成厚が薄くなるよう捕集層が隔壁部上に形成されたハニカムフィルタを作製した(図9(a)参照)。なお、説明の便宜のため、この構造を以下A型とも称する。実験例1では以下のように作製した。ハニカムフィルタの中央領域に配設されたハニカムセグメントの更に中央領域及び外周領域では捕集層を49μm,50μmで形成した。また、ハニカムフィルタの外周領域に配設されたハニカムセグメントの更に中央領域の捕集層を49μmで形成し、この外周領域では捕集層を50μmで形成した。この実験例1の捕集層の形成厚(μm)、中央領域に対する外周領域の捕集層の形成厚の割合(%)及び再生効率(%)をまとめて表1に示した。この表1には、後述する実験例2〜16の値も示した。
ハニカムフィルタの中央領域に配設されたハニカムセグメントの更に中央領域での捕集層の形成厚及び外周領域での捕集層の形成厚、また、ハニカムフィルタの外周領域に配設されたハニカムセグメントの更に中央領域での捕集層の形成厚及び外周領域での捕集層の形成厚、をそれぞれ46μm、47μm、49μm、50μmとした以外は上述した実験例1と同様に作製して得られたA型のハニカムフィルタを実験例2とした。同様に、それぞれの形成厚を42μm、44μm、48μm、50μmとして作製したものを実験例3とした。同様に、それぞれの形成厚を34μm、36μm、44μm、50μmとして作製したものを実験例4とした。同様に、それぞれの形成厚を28μm、30μm、40μm、50μmとして作製したものを実験例5とした。
上記作製したハニカムセグメントを接合した接合構造を有するハニカムフィルタにおいて、捕集層の原料を含む気体をセルへ供給することにより捕集層を形成したハニカムフィルタを作製した。捕集層の形成は、以下のように行った。無機粒子としてSiC(平均粒子径3μm)を準備し、ハニカムセグメントサイズ用の捕集層形成装置を用いて、装置入口側より空気を搬送媒体として供給すると共に装置出口側より吸引して、所定の量の粒子を含む空気をハニカムセグメントの入口側のセルより供給した。その後、1300℃で熱処理することにより捕集層を構成する粒子を結合させて捕集層形成セグメントを得た。セグメントに供給する粒子の量を調整することで異なる所定の捕集層の厚さを持つ複数のセグメントを製作し、中央を構成する4本のセグメントに比べ外周側を構成する12本のセグメントの方が捕集層が厚くなるように各セグメントを接合した。無機粒子量を調整し、実験例2と同様の捕集層を形成したものを実験例6とし、実験例4と同様の捕集層を形成したものを実験例7とした。
上記作製したハニカムセグメントを接合した接合構造を有するハニカムフィルタにおいて、ハニカムフィルタ全体では均一な形成厚であり、ハニカムセグメントの中央領域に向かうと形成厚が薄くなるよう捕集層が隔壁部上に形成されたハニカムフィルタを作製した(図11参照)。なお、説明の便宜のため、この構造を以下B型とも称する。実験例8では以下のように作製した。ハニカムフィルタの中央領域に配設されたハニカムセグメントの更に中央領域での捕集層の形成厚及び外周領域での捕集層の形成厚、また、ハニカムフィルタの外周領域に配設されたハニカムセグメントの更に中央領域での捕集層の形成厚及び外周領域での捕集層の形成厚、をそれぞれ48μm、50μm、49μm、50μmとなるように作製して得られたB型のハニカムフィルタを実験例8とした。同様に、それぞれの形成厚を46μm、50μm、47μm、50μmとして作製したものを実験例9とした。同様に、それぞれの形成厚を37μm、50μm、38μm、50μmとして作製したものを実験例10とした。同様に、それぞれの形成厚を28μm、50μm、27μm、50μmとして作製したものを実験例11とした。
上記作製したハニカムセグメントを接合した接合構造を有するハニカムフィルタにおいて、ハニカムフィルタ全体において中央領域に向かうと形成厚が薄くなる傾向に捕集層が隔壁部上に形成され、且つハニカムセグメントにおいて外周領域に向かうと形成厚が薄くなるよう捕集層が隔壁部上に形成されたハニカムフィルタを作製した(図7参照)。なお、説明の便宜のため、この構造を以下C型とも称する。実験例12では以下のように作製した。ハニカムフィルタの中央領域に配設されたハニカムセグメントの更に中央領域での捕集層の形成厚及び外周領域での捕集層の形成厚、また、ハニカムフィルタの外周領域に配設されたハニカムセグメントの更に中央領域での捕集層の形成厚及び外周領域での捕集層の形成厚、をそれぞれ49μm、50μm、49μm、50μmとなるように作製して得られたC型のハニカムフィルタを実験例12とした。同様に、それぞれの形成厚を47μm、49μm、49μm、50μmとして作製したものを実験例13とした。同様に、それぞれの形成厚を40μm、43μm、47μm、50μmとして作製したものを実験例14とした。同様に、それぞれの形成厚を34μm、40μm、43μm、50μmとして作製したものを実験例15とした。同様に、それぞれの形成厚を29μm、50μm、39μm、50μmとして作製したものを実験例16とした。
上記作製した一体構造を有するハニカムフィルタにおいて、ハニカムフィルタ全体において中央領域に向かうと形成厚が薄くなるように捕集層が隔壁部上に形成されたハニカムフィルタを作製した(図1参照)。ハニカムフィルタの中央領域での捕集層の形成厚及び外周領域での捕集層の形成厚をそれぞれ48μm、50μmとなるように作製して得られた一体構造のハニカムフィルタを実験例17とした。同様に、それぞれの形成厚を46μm、50μmとして作製したものを実験例18とした。同様に、それぞれの形成厚を41μm、50μmとして作製したものを実験例19とした。同様に、それぞれの形成厚を32μm、50μmとして作製したものを実験例20とした。同様に、それぞれの形成厚を27μm、50μmとして作製したものを実験例21とした。この実験例17〜21の捕集層の形成厚(μm)、中央領域に対する外周領域の捕集層の形成厚の割合(%)及び再生効率(%)をまとめて表2に示した。この表2には、後述する実験例22〜23の値も示した。
上記作製した一体構造を有するハニカムフィルタにおいて、捕集層の原料を含む気体をセルへ供給することにより捕集層を形成したハニカムフィルタを作製した。捕集層の形成は、以下のように行った。捕集層の原料としてはコージェライト基材を粉砕することで得たコージェライトセルベン粒子(平均粒子径3μm)を用いた。捕集層形成装置を用いて、装置入口側より空気を搬送媒体として供給すると共に装置出口側より吸引して、所定の量の粒子を含む空気をハニカム構造体の入口側のセルより供給した。その際、供給気体の流量分布を調製するための流量調整板をハニカム構造体の入口側に配置した。この流量調製板は複数の貫通孔を有しハニカム構造体の中央領域に比して外周領域への気体の搬送量が多くなるように調製されている。その後、1300℃で熱処理することにより捕集層を構成する粒子を結合させて捕集層を形成したハニカムフィルタを得た。無機粒子量を調整し、実験例18と同様の捕集層を形成したものを実験例22とし、実験例20と同様の捕集層を形成したものを実験例23とした。
エンジンベンチ試験において、エンジン回転数を1800rpmm、エンジントルクを90Nmに保った状態でポストインジェクションを入れ10分キープし、ハニカムフィルタに堆積したPMを燃焼させた。この時のハニカムフィルタの入口ガス温度は650℃に設定した。この再生前のPM堆積量とPMが燃焼せずに残存したPM堆積量から再生効率を算出した。この再生効率が90%より低いと、強制再生が繰り返されていく毎に残存していくPM量が多くなる事により、強制再生のインターバルが大きく短縮し、大きく燃費が悪化してしまうことがある。逆に再生効率が90%以上であると、強制再生が繰り返されても残存PMが強制再生毎に増加する事なく、強制再生のインターバルが安定しているため、大きな燃費の悪化は起こらない。
上記再生効率試験と同様に、エンジン条件である回転数2000rpm、トルク50Nmの定常状態にて、ハニカムフィルタのPM堆積量が、4.0〔g/L〕の時の圧力損失値を測定し、結果を表1,2に示した。なお、4.0〔g/L〕は、車両搭載時における一般的なPM堆積限界設定値である8.0〔g/L〕の中央値であり、PM堆積による圧力損失の走行燃費へ与える影響を評価する際に用いられる。PM堆積時の圧力損失値が13.0〔kPa〕を超えると、車両走行時の燃費が5%以上悪化し、車両としての商品性が著しく低下するため、圧力損失値は13.0〔kPa〕以下であることが必要である。
実験例1〜7の一体品としての形成厚の割合に対する圧力損失及び再生効率の関係を示す測定結果を図14に示し、実験例8〜11の一体品としての形成厚の割合に対する圧力損失及び再生効率の関係を示す測定結果を図15に示し、実験例12〜16の一体品としての形成厚の割合に対する圧力損失及び再生効率の関係を示す測定結果を図16に示し、実験例17〜23の一体品としての形成厚の割合に対する圧力損失及び再生効率の関係を示す測定結果を図17に示した。なお、この「一体品での形成厚の割合」は、一体品としての外周領域での形成厚に対する中央領域での形成厚の割合である。その結果について考察する。再生効率試験に関しては、表1及び図14に示すように、実験例1と実験例2において、中央領域側の捕集層の形成厚の薄さを示す、形成厚の割合が98%から92%となると再生効率が格段に向上した。これは、捕集層の形成厚の割合が95%以下では、流速分布の関係から捕集層の薄い中央部に排気が流れやすくなり、再生時の昇温性の高い中央部の捕集層が薄いところにPMが堆積しやすくなるため、再生効率が向上するものと推察された。また、中央側と外周側との捕集層の厚みの差が小さい段階で再生効率に寄与する部分が大きいことがわかった。また、実験例8と実験例9との関係、実験例12と実験例13との関係及び実験例17と実験例18との関係においても、同様の傾向が見られた。
Claims (9)
- 一方の端部が開口され且つ他方の端部が目封止され流体の流路となる複数のセルを形成する多孔質の隔壁部と、
前記流体に含まれる固体成分を捕集・除去する層であり、前記流路に直交する直交面に含まれるハニカムフィルタの外周領域から該直交面に含まれるハニカムフィルタの中央領域へ向かうと形成厚がより薄くなる傾向に前記隔壁部上に形成されている捕集層と、を備え、
前記捕集層は、前記外周領域での形成厚に対する前記中央領域での形成厚の割合が60%以上95%以下の範囲で形成されている、ハニカムフィルタ。 - 前記捕集層は、前記外周領域では前記隔壁部上に第1形成厚で形成され、前記中央領域では前記隔壁部上に前記第1形成厚よりも薄い第2形成厚で形成されている、請求項1に記載のハニカムフィルタ。
- 前記ハニカムフィルタは、前記隔壁部を有する2以上のハニカム構造体が接合層によって接合されて形成されており、
前記捕集層は、前記流路に直交する直交面に含まれるハニカムフィルタの外周領域から該直交面に含まれるハニカムフィルタの中央領域へ向かうと形成厚がより薄くなる傾向に前記隔壁部上に形成されている、請求項1又は2に記載のハニカムフィルタ。 - 前記直交面に含まれるハニカム構造体の外周領域から該直交面に含まれるハニカム構造体の中央領域へ向かうと形成厚がより薄くなる傾向に前記捕集層が前記隔壁部上に形成されている前記ハニカム構造体を少なくとも1以上含む、請求項3に記載のハニカムフィルタ。
- 一方の端部が開口され且つ他方の端部が目封止され流体の流路となる複数のセルを形成する多孔質の隔壁部と、該隔壁部上に形成され前記流体に含まれる固体成分を捕集する層である捕集層と、を有する2以上のハニカム構造体と、
前記2以上のハニカム構造体を接合する接合層と、を備え、
前記流路に直交する直交面に含まれるハニカム構造体の外周領域から該直交面に含まれるハニカム構造体の中央領域へ向かうと形成厚がより薄くなる傾向に前記隔壁部上へ前記捕集層が形成されているハニカム構造体を少なくとも1以上含み、
前記捕集層は、前記外周領域での形成厚に対する前記中央領域での形成厚の割合が60%以上95%以下の範囲で形成されている、ハニカムフィルタ。 - 前記ハニカム構造体の外周領域から中央領域へ向かうと形成厚がより薄くなる傾向に前記捕集層が形成されているハニカム構造体を少なくとも前記直交面に含まれるハニカムフィルタの中央領域に配設している、
請求項5に記載のハニカムフィルタ。 - 前記捕集層には、白金及びパラジウムのうち少なくとも1つを含む触媒が担持されている、請求項1〜6のいずれか1項に記載のハニカムフィルタ。
- 流体に含まれる固体成分を捕集・除去するハニカムフィルタの製造方法であって、
一方の端部が開口され且つ他方の端部が目封止され流体の流路となる複数のセルを形成する多孔質の隔壁部を形成する隔壁部形成工程と、
前記セルへのスラリーの供給を調整する供給調整部を調節し、流体に含まれる固体成分を捕集・除去する捕集層を形成する原料を含むスラリーの前記セルへの供給量を変更することにより、前記流路に直交する直交面に含まれるハニカムフィルタの外周領域から該直交面に含まれるハニカムフィルタの中央領域へ向かうと形成厚がより薄くなる傾向となるよう前記捕集層を前記隔壁部上に形成する捕集層形成工程と、
を含むハニカムフィルタの製造方法。 - 流体に含まれる固体成分を捕集・除去する2以上のハニカム構造体を接合したハニカムフィルタの製造方法であって、
一方の端部が開口され且つ他方の端部が目封止され流体の流路となる複数のセルを形成する多孔質の隔壁部を有するハニカム構造体を作製する構造体作製工程と、
前記作製したハニカム構造体を接合層により接合する接合工程のまえに、又は該接合工程のあと、前記セルへのスラリーの供給を調整する供給調整部を調節し、流体に含まれる固体成分を捕集・除去する捕集層を形成する原料を含むスラリーの前記セルへの供給量を変更することにより、前記流路に直交する直交面に含まれるハニカム構造体の外周領域から該直交面に含まれるハニカム構造体の中央領域へ向かうと形成厚がより薄くなる傾向となるよう前記捕集層を前記隔壁部上に形成する捕集層形成工程と、
を含むハニカムフィルタの製造方法。
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