專利名稱：陶瓷蜂窩式過濾器、排氣凈化裝置及排氣凈化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適合用于除去從柴油機(jī)排出的氣體中所含的微粒的裝置的陶瓷蜂窩式過濾器及具有陶瓷蜂窩式過濾器的排氣凈化裝置、以及排氣凈化方法。
背景技術(shù)：
近年來，為了從柴油機(jī)的排氣中除去以碳為主要成分的微粒，一直使用在兩端部交替封堵陶瓷蜂窩式結(jié)構(gòu)體的多個(gè)流路的陶瓷蜂窩式過濾器(以下，將“陶瓷蜂窩式過濾器”簡(jiǎn)稱為“蜂窩式過濾器”)。
通常，蜂窩式過濾器由外周壁、和在該外周壁的內(nèi)周側(cè)具有由隔板包圍的多個(gè)流路的多孔質(zhì)陶瓷蜂窩式結(jié)構(gòu)體(以下，將“多孔質(zhì)陶瓷蜂窩式結(jié)構(gòu)體”簡(jiǎn)稱為“蜂窩式結(jié)構(gòu)體”)構(gòu)成。多個(gè)流路的排氣流入側(cè)端面及流出側(cè)端面被交替封堵。從在流入側(cè)端面開口的流路進(jìn)入到蜂窩式過濾器內(nèi)的排氣，通過形成在隔板的細(xì)孔內(nèi)并進(jìn)入鄰接的流路內(nèi)，從流出側(cè)端面被排出。在排氣通過隔板時(shí)，在排氣中含有的微粒主要被形成在隔板的細(xì)孔所收集。由此，凈化排氣。
如果被細(xì)孔收集的微粒達(dá)到一定量以上，則細(xì)孔發(fā)生堵塞，導(dǎo)致蜂窩式過濾器的壓力損失增大，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出下降。從而，使用燃燒器或電加熱器定期燃燒掉所收集的微粒，使得蜂窩式過濾器再生。
在蜂窩式過濾器的再生中，所收集的微粒越多，越難以均勻控制蜂窩式過濾器的溫度。特別是微粒高濃度堆積處，溫度容易上升，從而，在伴隨燃燒產(chǎn)生的熱應(yīng)力的作用下，導(dǎo)致蜂窩式過濾器破損。另外，根據(jù)情況，還存在蜂窩式過濾器的溫度達(dá)到陶瓷材料的熔融溫度以上，導(dǎo)致隔板上發(fā)生熔損的問題。另一方面，如果為了避免破損或熔損而將再生時(shí)的蜂窩式過濾器的最高溫度設(shè)定得較低，則微粒的燃燒存在剩余。因而，即使進(jìn)行再生處理，也存在不能充分降低蜂窩式過濾器的壓力損失的問題。
為了解決蜂窩式過濾器的再生中存在的這樣的問題，在特公平3-68210號(hào)(專利文獻(xiàn)1)中，記載了如下所述的排氣凈化用結(jié)構(gòu)物，即具有兩端開口部被錯(cuò)開堵塞的蜂窩式結(jié)構(gòu)體、和在蜂窩式結(jié)構(gòu)體的單元的排氣流入側(cè)設(shè)置的加熱機(jī)構(gòu)，并在位于排氣的流入側(cè)的堵塞部(封堵部)和單元的排氣流入側(cè)端面之間設(shè)置有空間。專利文獻(xiàn)1中記載了在該排氣凈化用結(jié)構(gòu)物中，微粒不僅附著于隔板，而且還附著于堵塞部和單元的排氣流入側(cè)端面之間設(shè)置的空間，通過燃燒附著在空間的微粒而產(chǎn)生的熱，流入相鄰的單元，并被傳導(dǎo)到下游，燃燒掉附著在隔板的微粒。但是，由于加熱機(jī)構(gòu)僅配置在單元的流入側(cè)，因此，難以在從流入側(cè)到流出側(cè)為止的范圍內(nèi)均勻控制流路方向上很長(zhǎng)的蜂窩式過濾器內(nèi)部的溫度，在微粒的收集量多的情況下，存在由于微粒的自身發(fā)熱而導(dǎo)致局部溫度上升，導(dǎo)致破損或熔損的問題。
在特公平7-106290號(hào)(專利文獻(xiàn)2)中，公開了通過含有在隔板表面上擔(dān)載的鉑族金屬及堿土金屬氧化物而構(gòu)成的催化劑的作用，降低使微粒開始燃燒的溫度，并通過燃燒連續(xù)除去微粒的柴油排氣粒子用過濾器。專利文獻(xiàn)2中概要記載了根據(jù)該柴油排氣粒子用過濾器，能夠以運(yùn)轉(zhuǎn)柴油機(jī)而產(chǎn)生的程度的低溫連續(xù)再生過濾器，避免微粒引起的阻塞。但是，即使使用該柴油排氣粒子用過濾器，也存在不能防止因微粒的阻塞導(dǎo)致的過濾器的壓力損失增大的情況。認(rèn)為這是由于，尤其在大城市使用柴油機(jī)車陷入交通堵塞等情況下，如果在小于約300℃的溫度下運(yùn)行的狀態(tài)持續(xù)，則微粒不能得到充分燃燒，其中所述的約300℃是在過濾器上擔(dān)載的催化劑的活性溫度的下限。
在特開2002-122015號(hào)(專利文獻(xiàn)3)中，記載了如下所述的排氣凈化方法，即在根據(jù)柴油機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)推測(cè)微粒向擔(dān)載有催化劑的過濾器的堆積量，在此基礎(chǔ)上，將燃料以未燃燒的狀態(tài)噴射到過濾器的上游側(cè)，并在所述催化劑上促進(jìn)燃料的氧化反應(yīng)，通過其反應(yīng)熱使過濾器的內(nèi)部溫度維持在所述催化劑的活性下限溫度以上，使堆積的微粒燃燒。專利文獻(xiàn)3中記載了通過該排氣凈化方法，催化劑可保持活性狀態(tài)并與柴油機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)無關(guān)，從而，能夠使被過濾器收集的微粒良好地燃燒。然而，即使采用該排氣凈化方法，也存在以下所述的問題，即當(dāng)在未燃燒的狀態(tài)下供給的燃料沒有充分反應(yīng)等時(shí)，不能使微粒充分燃燒，微粒的堵塞引起壓力損失提前增大，使得不能使用。
為了解決上述問題使得蜂窩式過濾器容易再生，本申請(qǐng)人先前建議了一種陶瓷蜂窩式過濾器(特愿2003-93677號(hào))，即，是通過封堵多孔質(zhì)陶瓷蜂窩式結(jié)構(gòu)體的流路，使排氣通過在蜂窩式結(jié)構(gòu)體的隔板上形成的細(xì)孔的結(jié)構(gòu)的陶瓷蜂窩式過濾器，其中，在所述隔板和/或封堵部的至少一部分擔(dān)載催化劑，并且，至少一個(gè)排氣流入側(cè)封堵部遠(yuǎn)離排氣流入側(cè)端面而配置。
在該陶瓷蜂窩式過濾器中，在未燃燒的狀態(tài)下向蜂窩式過濾器的上游噴射柴油機(jī)用燃料和/或柴油機(jī)用以外的燃料(烴等)，并通過擔(dān)載在蜂窩式過濾器的隔板及封堵部的催化劑的作用使燃料燃燒。通過使燃料燃燒，即使在從內(nèi)燃機(jī)排出的氣體溫度偏低的狀態(tài)下，也能夠?qū)?dān)載在蜂窩式過濾器的催化劑保持在活性下限溫度以上。從而，能夠充分除去排氣中的微粒，避免過濾器破損或熔損的問題，并且長(zhǎng)期穩(wěn)定，能夠抑制壓力損失的增加。
然而，在是該蜂窩式過濾器的情況下，每當(dāng)噴射燃料時(shí)，排氣的溫度在流入側(cè)封堵部附近急劇上升，如果長(zhǎng)時(shí)間使用，則流入側(cè)封堵部有時(shí)遭到破壞。這種現(xiàn)象被推測(cè)為由于與流過流路的高溫的排氣直接接觸的隔板發(fā)生熱膨脹，另一方面，封堵部的熱容較大，相比隔板熱膨脹滯后而產(chǎn)生拉伸應(yīng)力導(dǎo)致。
專利文獻(xiàn)1特公平3-68210號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2特公平7-106290號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3特開2002-122015號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的在于提供蜂窩式過濾器，其通過在蜂窩式過濾器上擔(dān)載的催化劑的作用，使排氣中的微粒連續(xù)燃燒，使得可以再生，可以確實(shí)可靠地避免由微粒在蜂窩式過濾器的細(xì)孔內(nèi)堆積而導(dǎo)致的壓力損失的增加，并且，能夠避免過濾器的破損，能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定使用。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供排氣凈化裝置，其具有蜂窩式過濾器、和添加用于使含在排氣中的微粒燃燒的燃料的裝置，該排氣凈化裝置不易發(fā)生蜂窩式過濾器的破損。
本發(fā)明的其他的目的在于，提供在不破壞蜂窩式過濾器的情況下消除蜂窩式過濾器的阻塞且在避免壓力損失增加的同時(shí)凈化排氣的方法。
本發(fā)明人等鑒于上述目的民進(jìn)行了潛心研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，就在流路方向上接合多個(gè)多孔質(zhì)蜂窩式結(jié)構(gòu)體、封堵需要的流路并擔(dān)載催化劑的蜂窩式過濾器而言，若在接合的多孔質(zhì)陶瓷蜂窩式結(jié)構(gòu)體的端面之間設(shè)置間隙，則在使堆積于蜂窩式過濾器的隔板內(nèi)的微粒燃燒時(shí)，能夠避免蜂窩式過濾器的由熱膨脹引起的破損，從而想到了本發(fā)明。
即，本發(fā)明的陶瓷蜂窩式過濾器，其特征在于，在流路方向上接合有具有由隔板分隔的多個(gè)流路的多個(gè)多孔質(zhì)陶瓷蜂窩式結(jié)構(gòu)體，且需要的流路被封堵，排氣通過形成在所述隔板上的細(xì)孔，至少一個(gè)蜂窩式結(jié)構(gòu)體的隔板、和與該蜂窩式結(jié)構(gòu)體鄰接的蜂窩式結(jié)構(gòu)體的隔板在封堵部處以在流路方向上具有間隙的方式接合，在所述隔板和/或封堵部的至少一部分上擔(dān)載有催化劑。
所述間隙優(yōu)選為0.1～10mm。所述催化劑優(yōu)選至少被擔(dān)載在相對(duì)所述封堵部位于所述排氣的流入側(cè)的所述多孔質(zhì)陶瓷蜂窩式結(jié)構(gòu)體的所述隔板上，在相對(duì)所述封堵部位于所述排氣的流入側(cè)的隔板、和位于所述排氣的流出側(cè)的隔板上，擔(dān)載有特性不同的催化劑。
接合所述多個(gè)多孔質(zhì)陶瓷蜂窩式結(jié)構(gòu)體的封堵部的端面，優(yōu)選距所述陶瓷蜂窩式過濾器的流入側(cè)端面的距離在所述陶瓷蜂窩式過濾器的全長(zhǎng)的0.5倍以下的長(zhǎng)度范圍之內(nèi)。
本發(fā)明的排氣凈化裝置，具有陶瓷蜂窩式過濾器、和設(shè)置在所述陶瓷蜂窩式過濾器的上游的燃料添加機(jī)構(gòu)，所述陶瓷蜂窩式過濾器在流路方向上接合有具有由隔板分隔的多個(gè)流路的多個(gè)多孔質(zhì)陶瓷蜂窩式結(jié)構(gòu)體，且需要的流路被封堵，排氣通過形成在所述隔板的細(xì)孔，其中，至少一個(gè)蜂窩式結(jié)構(gòu)體的隔板、和與該蜂窩式結(jié)構(gòu)體鄰接的蜂窩式結(jié)構(gòu)體的隔板在封堵部處以在流路方向上具有間隙的方式接合，在所述隔板和/或封堵部的至少一部分上擔(dān)載有催化劑。
本發(fā)明的排氣凈化方法，其特征在于，使排氣流入到具有由隔板分隔的多個(gè)流路的陶瓷蜂窩式過濾器的所述流路，作為所述陶瓷蜂窩式過濾器，使用如下所示的陶瓷蜂窩式過濾器，即至少一個(gè)蜂窩式結(jié)構(gòu)體的隔板、和與該蜂窩式結(jié)構(gòu)體鄰接的蜂窩式結(jié)構(gòu)體的隔板在封堵部處以在流路方向上具有間隙的方式接合，且需要的流路被封堵，在所述隔板和/或封堵部的至少一部分上擔(dān)載有催化劑，在所述陶瓷蜂窩式過濾器的上游側(cè)向所述排氣中添加燃料，使所述陶瓷蜂窩式過濾器的封堵部、和位于所述封堵部的排氣流出側(cè)的多孔質(zhì)陶瓷蜂窩式結(jié)構(gòu)體中的至少一部分的溫度處在所述催化劑的活性下限溫度以上。
本發(fā)明的陶瓷蜂窩式過濾器，是使多個(gè)多孔質(zhì)陶瓷蜂窩式結(jié)構(gòu)體的隔板在封堵部處接合并在流路方向上具有間隙，因此，即使在使用時(shí)暴露在高溫下，也不易引起破損。從而，可以使內(nèi)部充分升溫，使擔(dān)載在封堵部或蜂窩式結(jié)構(gòu)體的隔板上的催化劑充分活化，使堆積在隔板等的細(xì)孔內(nèi)的微粒燃燒。因而，能夠避免過濾器的破損或熔損的問題，同時(shí)消除隔板的細(xì)孔的阻塞，長(zhǎng)期防止壓力損失的增加。
本發(fā)明的排氣凈化裝置具有陶瓷蜂窩式過濾器、和燃料添加裝置，向排氣中添加燃料，通過催化劑的作用使含在排氣中的微粒燃燒。燃料添加裝置設(shè)置在陶瓷蜂窩式過濾器的上游，因此，使蜂窩式過濾器整體升溫，使擔(dān)載在蜂窩式過濾器上的催化劑充分活化，從而，可以使微粒有效燃燒。另外，陶瓷蜂窩式過濾器由于多個(gè)多孔質(zhì)陶瓷蜂窩式結(jié)構(gòu)體的隔板帶有間隙地接合，因此，熱膨脹不易引起破損。
在本發(fā)明的排氣凈化方法中，使用本發(fā)明的陶瓷蜂窩式過濾器，從蜂窩式過濾器的上游側(cè)向排氣中添加燃料。通過在上游側(cè)添加的燃料，使擔(dān)載在蜂窩式過濾器上的催化劑活化，使蜂窩式過濾器升溫。由于流入到下游側(cè)的排氣處于高溫，因此，使下游側(cè)的擔(dān)載在蜂窩式過濾器上的催化劑活化，使含在排氣中的微粒充分燃料，從而，能夠防止壓力損失的增加。


圖1是表示本發(fā)明的陶瓷蜂窩式過濾器的一個(gè)例子的模式剖面圖。
圖2是表示本發(fā)明的陶瓷蜂窩式過濾器的其他例子的模式剖面圖、和概要表示長(zhǎng)度方向的溫度變化的曲線圖。
圖3(a)是表示本發(fā)明的陶瓷蜂窩式過濾器的其他例子的模式剖面圖。
圖3(b)是表示本發(fā)明的陶瓷蜂窩式過濾器的其的例子的模式剖面圖。
圖3(c)是表示本發(fā)明的陶瓷蜂窩式過濾器的其他例子的模式剖面圖。
圖4是表示本發(fā)明的陶瓷蜂窩式過濾器的制造工序的模式剖面圖。
圖5是表示本發(fā)明的排氣凈化裝置的一個(gè)例子的模式剖面圖。
圖6是表示比較例1的陶瓷蜂窩式過濾器的模式剖面圖。
圖7是表示比較例2～6的陶瓷蜂窩式過濾器的模式剖面圖。
具體實(shí)施例方式陶瓷蜂窩式過濾器(1)陶瓷蜂窩式過濾器的結(jié)構(gòu)圖1是表示本發(fā)明的陶瓷蜂窩式過濾器的一個(gè)例子的模式剖面圖。陶瓷蜂窩式過濾器包括第一陶瓷蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A、第二陶瓷蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B、同軸連結(jié)蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A、1B且封堵在蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A、1B內(nèi)形成的流路42的流入側(cè)封堵部50、和封堵蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B的另一端部的流出側(cè)封堵部52。
蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A、1B的流路方向的垂直剖面為近似圓形或近似橢圓形。蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A、1B由外周壁20、和在外周壁20的內(nèi)周側(cè)形成的多個(gè)隔板30構(gòu)成，通過隔板30形成多個(gè)流路41、42、43。流路41、42、43被封堵部50、52交替封堵。
蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A的排氣流入側(cè)的端面12被開放。蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A的排氣流出側(cè)的端面、和蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B的排氣流入側(cè)的端面，以具有間隙50的方式被形成在流路42的封堵部50所接合。間隙54優(yōu)選為0.1～10mm。如果蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A及蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B以具有0.1～10mm的間隙54的方式被連結(jié)，則即使蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A、1B及封堵部50發(fā)生熱膨脹，也不易破損。如果間隙54小于0.1mm，則堆積物充滿于間隙54內(nèi)，存在間隙實(shí)際上消失的可能性。如果超過10mm，則由于與高溫排氣直接接觸的封堵部50的表面積過大，因此，(a)封堵部50的表面和內(nèi)部之間的熱膨脹量之差過大，和/或(b)封堵部50的流路方向長(zhǎng)度相比剖面積過大，故存在破損的可能性。間隙54的寬度更優(yōu)選為0.5～5mm，寬度特別優(yōu)選為1～3mm。
自蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A的端面12到封堵部50的端面51的距離X，優(yōu)選為由蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A和蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B連結(jié)而成的蜂窩式過濾器的流路方向的長(zhǎng)度的0.5倍以下。這是因?yàn)?，如果該距離X超過0.5倍，則蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B的隔板32的面積比隔板31小，則存在蜂窩式過濾器整體的初始?jí)毫p失增大之患。自端面12到封堵部50的端面51的距離X優(yōu)選為1mm以上。如果流入側(cè)封堵部50的端面51距端面12相隔1mm以上，則在從蜂窩式過濾器的上游向排氣添加燃料時(shí)，能夠通過擔(dān)載在蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A的催化劑，得到足夠的過濾器溫度上升效果。流入側(cè)封堵部50的端面51距蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A的端面12更優(yōu)選位于蜂窩式結(jié)構(gòu)體11全長(zhǎng)的0.1～0.4倍的長(zhǎng)度的范圍內(nèi)。
在隔板30和/或封堵部50、52上擔(dān)載有催化劑。在蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A、蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B上也可以擔(dān)載具有不同的性質(zhì)的催化劑。在隔板30和/或封堵部50、52上擔(dān)載的催化劑優(yōu)選含有鉑族金屬。作為含有鉑族金屬的催化劑的例子，可以舉出Pt、Pd、Ru、Rh及其組合、以及鉑族金屬的氧化物。也可以含有堿土金屬的氧化物或稀土類的氧化物等。如果將Pt等催化劑擔(dān)載在由γ氧化鋁等活性氧化鋁構(gòu)成的高比表面積材料上，則能夠增大催化劑和排氣之間的接觸面積，能夠提高排氣的凈化效率，故優(yōu)選。
在蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A和蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B上可以擔(dān)載具有不同的性質(zhì)的催化劑。另外，也可以使擔(dān)載在催化劑蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A及蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B的催化劑的量不相同。優(yōu)選例如，(a)在排氣流入側(cè)的隔板31上，高濃度擔(dān)載用于促進(jìn)蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A內(nèi)的燃料的氧化反應(yīng)的鉑族金屬，(b)在排氣流出側(cè)的隔板32上，以比其低的濃度擔(dān)載鉑族金屬。
可以在蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A的隔板31上擔(dān)載促進(jìn)燃料的氧化反應(yīng)的催化劑，在蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B的隔板32上擔(dān)載能夠促進(jìn)微粒的燃燒反應(yīng)的催化劑(助催化劑)。如果這樣設(shè)計(jì)催化劑的種類，則促進(jìn)燃料在蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A內(nèi)的氧化反應(yīng)，從而，通過該反應(yīng)熱使堆積在蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A的隔板31的微粒進(jìn)行燃燒。產(chǎn)生的燃燒熱通過排氣90、91被送到蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B，通過擔(dān)載在蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B的隔板32的催化劑，使微粒有效燃燒。通過如此利用催化劑的作用使微粒燃燒，能夠消除蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A、1B的阻塞，能夠長(zhǎng)期抑制壓力損失。
作為在蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A上擔(dān)載的催化劑的例子，可以舉出包含所述鉑族金屬的催化劑，作為在蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B上擔(dān)載的催化劑的例子，可以舉出高溫微粒燃燒催化劑，典型的有鑭、銫、釩(La/Cs/V2O5)所組成的催化劑。
排氣從在流入側(cè)端面12處開口的流路41、42流入。其中，流入到流路42的排氣91的流動(dòng)被流入側(cè)封堵部50所堵塞，通過在隔板31中形成的細(xì)孔(未圖示)而流入到鄰接的流路41內(nèi)。進(jìn)入到流路41內(nèi)的氣體，與從流入側(cè)端面12流入的排氣90一同朝向流出側(cè)端面13在流路41中前進(jìn)。由于流路41的流出側(cè)端面13被封堵，因此，通過形成在隔板32的細(xì)孔(未圖示)后進(jìn)入鄰接的流路即流路43內(nèi)，從流路43的開口端被排出(氣體92)。在從流入側(cè)端面12流入到從流出側(cè)端面13流出為止的期間，排氣中的微粒通過隔板31和/或32，因此，被收集在隔板31、32中的細(xì)孔(未圖示)內(nèi)。從而，氣體92的凈化結(jié)束。
在是設(shè)置于內(nèi)燃機(jī)的排氣處理裝置內(nèi)的蜂窩式過濾器的情況下，如果在內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行中堆積在蜂窩式過濾器上的微粒的堆積量達(dá)到某個(gè)一定值以上，則優(yōu)選在過濾器的上游向排氣中添加燃料，使得能夠除去微粒。
圖2是概略表示蜂窩式過濾器再生工序中蜂窩式過濾器內(nèi)部的溫度的曲線圖。從蜂窩式過濾器的上游添加的燃料通過在蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A的隔板31上擔(dān)載的催化劑而被氧化，并產(chǎn)生熱。從而，在蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A內(nèi)，下游側(cè)為高溫。在蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A內(nèi)產(chǎn)生的熱使堆積在流入側(cè)封堵部50的上游的微粒進(jìn)行燃燒。燃燒熱連同排氣90、91一同流到下游，傳導(dǎo)至蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B，使堆積在蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B內(nèi)的微粒燃燒。傳導(dǎo)到蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B的燃燒熱的大小有時(shí)還不致于使微粒燃燒，但蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B內(nèi)的溫度至少升高到在隔板32擔(dān)載的催化劑的活化下限溫度以上，因此，通過使催化劑活化，使得被收集在隔板32中的細(xì)孔內(nèi)的微粒燃燒。
還有，如上所述，在蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A和蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B之間存在有間隙54，因此，即使隔板通過31、32與流過流路的高溫排氣直接接觸而發(fā)生熱膨脹，在封堵部50產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力小，封堵部50的破損不易引起。從而，能夠避免蜂窩式過濾器的破損或熔損的問題，并使被收集在隔板31、32的細(xì)孔內(nèi)的微粒燃燒，防止壓力損失的增加。
圖3(a)～(c)是表示本發(fā)明的陶瓷蜂窩式過濾器的其他例子。在如圖3(a)所示的蜂窩式過濾器中，從蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A的端面12到各封堵部50的端面51的距離X不一致。在如圖3(b)所示的蜂窩式過濾器中，通過各種長(zhǎng)度的封堵部50接合蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A和蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B。距離X可以為各種。于是，只要能夠使供給的燃料在蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A內(nèi)充分升溫，就不特別限定多個(gè)封堵部50的位置及長(zhǎng)度。
如圖3(c)所示，在最外側(cè)的流路中，也可以在蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A的排氣流入側(cè)端部設(shè)置封堵部50。在具有這樣的結(jié)構(gòu)的蜂窩式過濾器的情況下，最外側(cè)的流路中幾乎不流入排氣。因而，使最外側(cè)的流路作為絕熱空間發(fā)揮作用，從而，能夠防止在蜂窩式過濾器內(nèi)產(chǎn)生的熱釋放到外部，因此，容易均勻保持蜂窩式過濾器內(nèi)的溫度。
(2)陶瓷蜂窩式過濾器的制造方法使用圖4，說明陶瓷蜂窩式過濾器的制造方法的一個(gè)例子。
(i)蜂窩式結(jié)構(gòu)體準(zhǔn)備具有隔板31的蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A、和具有側(cè)隔板32的蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B。此處，蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A及蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B的隔板的厚度、隔板的間距相同。
蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A、1B的隔板31、32的氣孔率優(yōu)選為50～80％。如果隔板31、32的氣孔率小于50％，則蜂窩式過濾器的壓力損失過大，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出過度降低。如果隔板31、32的氣孔率超過80％，則隔板31、32的強(qiáng)度過小，由于在使用蜂窩式過濾器時(shí)熱沖擊或機(jī)械振動(dòng)而導(dǎo)致破損。隔板31、32的氣孔率更優(yōu)選為60～75％。
隔板31、32的厚度優(yōu)選為0.1～0.5mm。如果隔板厚度小于0.1mm，則蜂窩式結(jié)構(gòu)體的強(qiáng)度過低。另一方面，如果隔板31、32的厚度超過0.5mm，則即使在隔板31、32為高氣孔率的情況下，排氣通過隔板的通氣阻力也過大，導(dǎo)致蜂窩式過濾器的壓力損失過大。隔板厚度更優(yōu)選為0.2～0.4mm。隔板31、32的間距優(yōu)選為1.2mm以上且小于3mm。如果隔板31、32的間距小于1.2mm，則蜂窩式結(jié)構(gòu)體的入口的開口面積過小，因此，導(dǎo)致蜂窩式過濾器入口的壓力損失過大。如果為3mm以上，則隔板的表面積過小，導(dǎo)致蜂窩式過濾器的壓力損失過大。隔板31、32的間距更優(yōu)選為1.3mm以上且小于2mm。
封堵部50和隔板30、32接觸的部分在流路方向上的長(zhǎng)度分別優(yōu)選為2～10mm。如果小于2mm，則封堵部50和隔板32的接觸面積不得不小，因此，封堵部50由于排氣的壓力而容易脫落。另一方面，如果大于10mm，則流路方向的熱膨脹量過大，對(duì)封堵部50產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力過大。
蜂窩式結(jié)構(gòu)體優(yōu)選由具有優(yōu)越的耐熱性的材料構(gòu)成。由具有優(yōu)越的耐熱性的材料構(gòu)成的蜂窩式過濾器，適合作為用于除去柴油機(jī)的排氣中的微粒的過濾器。具體來說，可以舉出以從由堇青石(cordierite)、氧化鋁、多鋁紅柱石、氮化硅及LAS構(gòu)成的組中選擇的至少一種作為主結(jié)晶的陶瓷材料。其中，以堇青石作為主結(jié)晶的陶瓷蜂窩式過濾器價(jià)格便宜，且耐熱性及耐腐蝕性優(yōu)越，而且低熱膨脹，故最優(yōu)選。
(ii)封堵向蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A及蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B的流路的端部插入具有增塑性的材料53并成為方格花紋狀，如圖4(b)所示，通過增塑性材料53使蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A和1B成為一體。此時(shí)，設(shè)置間隙54，使得蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A和1B不接觸。優(yōu)選的封堵材料與蜂窩式結(jié)構(gòu)體的材料相同。
向不與蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A對(duì)向的一側(cè)的蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B的端面13貼附樹脂制薄膜，并穿孔形成未插入增塑性材料53的流路。之后，對(duì)于樹脂制薄膜開口的蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B的端部，用含有封堵材的生料填充該流路的端部，形成封堵部52。
在生料中含有的水分被蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B的隔板吸收，封堵材料貼附在隔板上。通過貼附得到形狀保持性后，排出未固化的生料，除去樹脂制薄膜，干燥固化的封堵材料。如果干燥后燒成封堵部50、52，則可以隔板31、32和封堵部50、52成為一體。
在使蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A及蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B成為一體時(shí)，需要間隙54不被封堵材料填充。如果間隙54被封堵部50等填充，則與蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A及蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B之間不存在間隙的情形大致相同，因此，在封堵部50、52上產(chǎn)生拉伸張力，本發(fā)明的效果減小。
還有，(a)可以在蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A和1B成為一體后，在外周涂敷陶瓷涂敷材料，形成外周壁20，(b)可以經(jīng)過加工除去蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A及1B的外周部，形成在外周部軸向具有凹槽的蜂窩式結(jié)構(gòu)體后進(jìn)行一體化，然后將陶瓷涂敷材料埋入凹槽并形成外周壁。另外，(c)可以在蜂窩式結(jié)構(gòu)的成形體的階段進(jìn)行外周部的加工后進(jìn)行燒成，形成在外周部軸向具有凹槽的蜂窩式結(jié)構(gòu)體，然后使兩個(gè)蜂窩式結(jié)構(gòu)體成為一體，進(jìn)而將陶瓷涂敷材料埋入凹槽而形成外周壁。還有，陶瓷涂敷材料優(yōu)選由與蜂窩式結(jié)構(gòu)體相同的陶瓷粒子、和膠狀氧化物等無機(jī)粘結(jié)劑構(gòu)成。陶瓷涂敷材料如果具有這樣的組成，則可以盡量減小以下所述問題，即與蜂窩式結(jié)構(gòu)體的一體化，涂敷材料和蜂窩式結(jié)構(gòu)體之間的熱膨脹等材料特性的差異導(dǎo)致的剝離等。
(iii)催化劑的擔(dān)載將蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A及1B成為一體而得到的結(jié)構(gòu)體浸漬在含有催化劑的生料中。浸漬后，如果進(jìn)行干燥及燒成，則催化劑附著在隔板31、32的表面及隔板31、32內(nèi)部的細(xì)孔上。
在使蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A和蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B擔(dān)載互不相同的催化劑的情況下，在蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A用的生料中，以使端面12成為下側(cè)的方式只浸漬蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A，在蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B用的生料中，以使端面13成為下側(cè)的方式只浸漬蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B。
由于在蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A和蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B之間存在有間隙54，因此，能夠確實(shí)可靠進(jìn)行催化劑的分涂。即，通過設(shè)置間隙54，能夠防止應(yīng)該擔(dān)載在蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A的催化劑還附著在蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B上。由于蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A用的催化劑價(jià)格高，因此，通過間隙54，得到具有經(jīng)濟(jì)性的效果。
排氣裝置圖5是概略表示本發(fā)明的排氣裝置的剖面圖。該排氣裝置具有筒狀的殼體60、以使流路在殼體60的長(zhǎng)度方向的方式插入在殼體60內(nèi)的陶瓷蜂窩式過濾器11、相對(duì)陶瓷蜂窩式過濾器11設(shè)置在上游的燃料添加機(jī)構(gòu)85。
殼體60是由圓筒狀的主體部、從主體部60a延伸并具有比主體部60a小的直徑的端部構(gòu)成。殼體60的一端部成為排氣的入口61，另一端部成為62。
蜂窩式過濾器11內(nèi)置在殼體60的主體部60a內(nèi)，并使蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A位于入口61側(cè)，蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B位于出口62側(cè)。在殼體60和蜂窩式過濾器11之間插入絕熱材料70。
燃料添加機(jī)構(gòu)85被設(shè)置成在入口61內(nèi)開口。燃料添加機(jī)構(gòu)85構(gòu)成為向從蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A的端面12側(cè)流入殼體60內(nèi)的排氣添加燃料。添加的燃料可以與內(nèi)燃機(jī)用燃料相同，也可以為內(nèi)燃機(jī)用以外的燃料。作為內(nèi)燃機(jī)用燃料的例子，可以列舉輕油。作為內(nèi)燃機(jī)用以外的燃料的例子，可以舉出烴。
排氣從入口61流入，經(jīng)過蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A及蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B的流路后，從出口62流出。在蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A及蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B的端部，設(shè)置有封堵部50、52，因此，需要透過隔板31、32和/或封堵部50、52。因此，在透過隔板31、32和/或封堵部50、52時(shí)，含在排氣中的微粒被這些細(xì)孔收集。
在運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)的過程中，如果微粒堆積在蜂窩式過濾器11上的量為一定量以上，則通過燃料添加機(jī)構(gòu)85向殼體60中供給燃料。由于在蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A的隔板31上擔(dān)載有鉑等氧化催化劑，因此，通過燃料的氧化反應(yīng)產(chǎn)生反應(yīng)熱，使排氣的溫度上升。升溫的排氣進(jìn)入蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B內(nèi)，使收集在蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B的隔板32的細(xì)孔內(nèi)的微粒燃燒。由此，能夠通過燃料和催化劑的反應(yīng)使微粒有效燃燒，能夠防止由于微粒的堆積而導(dǎo)致的隔板的細(xì)孔堵塞，使得不易引起壓力損失的增加。從而，能夠長(zhǎng)期防止蜂窩式過濾器的壓力損失增大。
由于在蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A和蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B之間存在有間隙54，即使由于高溫排氣流過流路而導(dǎo)致隔板發(fā)生熱膨脹，也難以發(fā)生由蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A和蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B的接觸引起的破損。另外，在封堵部50上產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力比較小，因此，剛開始運(yùn)行之后或剛添加燃料之后的熱沖擊難以引起封堵部50、52及隔板31、32的破損，從而，能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定使用。
排氣凈化方法在本發(fā)明的排氣凈化方法中，如果蓄積在蜂窩式過濾器上的微粒達(dá)到某一定值以上，則從蜂窩式過濾器的上游向排氣中添加燃料。添加的燃料通過在蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A的隔板31上擔(dān)載的催化劑而被氧化，產(chǎn)生反應(yīng)熱，使排氣的溫度上升。升溫的排氣經(jīng)過隔板31和/或封堵部50而進(jìn)入蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B內(nèi)，因此，與蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B的隔板32接觸的排氣為高溫，蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B內(nèi)成為在隔板32等上擔(dān)載的催化劑的活性下限溫度以上。從而，催化劑的活性度增大，通過催化劑的作用使排氣中的微粒燃燒，消除蜂窩式過濾器的阻塞，從而能夠防止壓力損失增大。
另外，在排氣凈化方法中使用的蜂窩式過濾器，在保持間隙54的情況下接合蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A和蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B。因而，即使蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A及蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B的隔板31、32通過與高溫的排氣相接觸而發(fā)生熱膨脹，在流路方向上產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力也小。從而，由于在封堵部產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力小，因此，即使在剛開始運(yùn)行之后或剛添加燃料之后受到熱沖擊，也難以發(fā)生隔板31、32的破損，從而，能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定地凈化排氣。
(實(shí)施例)通過以下的實(shí)施例，進(jìn)一步具體說明本發(fā)明，但本發(fā)明不限于這些。
(實(shí)施例1～5)調(diào)制高嶺土、滑石、二氧化硅、氫氧化鋁、氧化鋁等粉末，得到以質(zhì)量比計(jì)含有SiO247～53％、Al2O332～38％、MgO12～16％、以及CaO、Na2O、K2O、TiO2、Fe2O3、PbO、P2O5等不可避免混入的成分2.5％(占整體的質(zhì)量比)以下那樣的堇青石生成原料粉末，添加成形輔助劑和造孔劑，注入規(guī)定量的水，進(jìn)一步充分混合，調(diào)制可以壓擠成形為蜂窩式結(jié)構(gòu)的陶土。接著，使用公知的擠壓成形用模具擠壓成形，制造具有外周壁20、和在該外周壁20的內(nèi)周側(cè)通過隔板30圍成的剖面為方形的流路的蜂窩式結(jié)構(gòu)的成形體，干燥后進(jìn)行燒成，制造了具有排氣流入側(cè)隔板31的蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A及具有排氣流出側(cè)隔板32的蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B，所述排氣流入側(cè)隔板具有隔板間距為1.5mm，隔板厚度為0.3mm的隔板結(jié)構(gòu)，并且隔板的氣孔率為65％，直徑為267mm。
為了形成排氣流入側(cè)的封堵部50，準(zhǔn)備具有增塑性的封堵材料，從蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A及蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B的端部分別向流路插入并成為方格花紋狀，形成流入側(cè)封堵部50，使蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A及1B成為一體。此時(shí)，設(shè)置間隙54使蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A及1B不接觸。另一方面，在蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B的另一方的端面13貼附樹脂制薄膜，以成為與流入側(cè)封堵部50交替的方式使薄膜開口，向流路內(nèi)導(dǎo)入生料狀的封堵材料并填充到蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B的流路的端部。在封堵材料固化之后，除去樹脂制薄膜，干燥并燒成封堵材料，使隔板和封堵部成為一體。由此，得到表1所示的結(jié)構(gòu)的蜂窩式過濾器11(實(shí)施例1～5)。
對(duì)各個(gè)蜂窩式過濾器，測(cè)定了從封堵部50的排氣流入側(cè)端面51到蜂窩式過濾器端面12之間的距離X(mm)。具體來說，從排氣流入側(cè)端面12插入直徑約為0.8mm、長(zhǎng)度為300mm的金屬棒，讀取從蜂窩式過濾器露出的金屬棒的長(zhǎng)度。還有，對(duì)于一個(gè)蜂窩式過濾器，任意選擇20條流路，測(cè)定距離X，求出其平均值。
實(shí)施例1～5的蜂窩式過濾器的排氣流入側(cè)端面51和蜂窩式過濾器端面12之間的距離X(mm)及X/(蜂窩式過濾器的全長(zhǎng)L)的值如表1所示。另外，蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A和蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B之間的間隙54的長(zhǎng)度也如表1所示。
使由Pt、氧化鈰及活性氧化鋁構(gòu)成的催化劑A(Pt的擔(dān)載量2g/L表示相對(duì)于蜂窩式過濾器容積1L擔(dān)載2g)擔(dān)載在各蜂窩式過濾器的隔板31、32的表面及細(xì)孔上，進(jìn)而擔(dān)載在封堵部50、52的表面及細(xì)孔上。
將實(shí)施例1～5的蜂窩式過濾器，設(shè)置在壓力損失試驗(yàn)裝置(未圖示)上，在空氣流量為7.5Nm3/min的條件下，使空氣流入，測(cè)定流入側(cè)端面12和流出側(cè)端面13的差壓，評(píng)價(jià)各蜂窩式過濾器的初始?jí)毫p失。該初始?jí)毫p失在將接下來記述的比較例1中的陶瓷蜂窩式過濾器的初始?jí)毫p失設(shè)為1的情況下，用相對(duì)值表示。
在將實(shí)施例1～5的蜂窩式過濾器配置在柴油機(jī)的排氣管上并模擬市街地區(qū)行駛的模式行駛條件下，進(jìn)行耐久試驗(yàn)。在耐久試驗(yàn)時(shí)，使其出現(xiàn)排氣溫度小于催化劑的活性下限溫度那樣的運(yùn)行狀態(tài)持續(xù)的情況，制造出微粒在過濾器上略微堆積的條件，根據(jù)該運(yùn)行狀態(tài)推斷微粒堆積在蜂窩式過濾器上的堆積量，在堆積量達(dá)到一定值以上的時(shí)刻，向過濾器的上游側(cè)以未燃燒的狀態(tài)噴射燃料，進(jìn)行過濾器的強(qiáng)制再生。
如果試驗(yàn)?zāi)軌虺掷m(xù)到經(jīng)過相當(dāng)于行駛10000km的時(shí)間，判斷為合格(○)，不能持續(xù)的，判斷為不合格(×)，對(duì)于判斷為合格的過濾器，與初始?jí)毫p失一樣，測(cè)定經(jīng)過相當(dāng)于行駛10000km的時(shí)間后的蜂窩式過濾器的壓力損失，并與初始?jí)毫p失進(jìn)行比較，算出壓力損失比(試驗(yàn)后的壓力損失)/(初始?jí)毫p失)。
(比較例1)采用與實(shí)施例1～5相同的方法，制作具有隔板的間距為1.5mm、隔板厚度為0.3mm的隔板結(jié)構(gòu)且隔板的氣孔率為65％、直徑為267mm、全長(zhǎng)為304.8mm的蜂窩式結(jié)構(gòu)體。其次，在該蜂窩式結(jié)構(gòu)體的兩端面貼附掩蔽膜后，以使兩端面的流路交替開口的方式穿孔成方格花紋狀，填充生料狀的封堵材料，干燥并燒成而形成封堵部52，制造了兩端部交替具有封堵部50、52的如圖6所示的蜂窩式過濾器。
(比較例2～6)采用與實(shí)施例1～5相同的方法，制作具有隔板的間距為1.5mm、隔板厚度為0.3mm的隔板結(jié)構(gòu)且隔板的氣孔率為65％、直徑為267mm，全長(zhǎng)為304.8mm的蜂窩式結(jié)構(gòu)體。在遠(yuǎn)離蜂窩式結(jié)構(gòu)體的排氣流入側(cè)端面12的地方，以方格花紋狀填充封堵材料生料，形成流入側(cè)封堵部50，在排氣流出側(cè)端面13以與流入側(cè)封堵部50交替的方式形成了流出側(cè)封堵部52。得到具有如圖7所示的形式的蜂窩式過濾器(比較例2～6)。
與實(shí)施例1～5的情形相同，在各蜂窩式過濾器的隔板30及封堵部50、52上擔(dān)載由Pt、氧化鈰及活性氧化鋁構(gòu)成的催化劑A(Pt的擔(dān)載量2g/L)。之后，進(jìn)行與實(shí)施例1～5相同的壓力損失試驗(yàn)和耐久試驗(yàn)。
(實(shí)施例6)通過與實(shí)施例2相同的方法，制作具有隔板的間距為1.5mm、隔板厚度為0.3mm的隔板結(jié)構(gòu)且隔板的氣孔率為65％、直徑為267mm、全長(zhǎng)為96.4mm的蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A，以及具有隔板的間距為1.5mm、隔板厚度為0.3mm的隔板結(jié)構(gòu)且隔板的氣孔率為65％，直徑為267mm，全長(zhǎng)為208.3mm的蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B。向蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A及蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B的流路的端部，插入包含具有增塑性的封堵材料的生料，并使其成為方格花紋狀，然后，以在蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A和1B的隔板之間形成0.1mm的間隙54的方式，使蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A及1B成為一體。
在蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B的另一方的端面13上貼附樹脂制薄膜，以與流入側(cè)封堵部50交替的方式對(duì)薄膜穿孔，導(dǎo)入生料狀的封堵材，填充到蜂窩式結(jié)構(gòu)體的流路的一部分，并進(jìn)行固化。之后，除去樹脂制薄膜，干燥并燒成封堵部，使隔板和封堵部成為一體，從而使蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A及蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B成為一體。使該蜂窩式過濾器的排氣流入側(cè)隔板31及封堵部50上擔(dān)載由Pt、氧化鈰及活性氧化鋁構(gòu)成的催化劑A(Pt的擔(dān)載量2g/L)，然后，進(jìn)行與實(shí)施例1～5相同的壓力損失試驗(yàn)和耐久試驗(yàn)。
(比較例7)通過與比較例3相同的方法，制作具有隔板的間距為1.5mm、隔板厚度為0.3mm的隔板結(jié)構(gòu)且隔板的氣孔率為65％、直徑為267mm、全長(zhǎng)為304.8mm的蜂窩式結(jié)構(gòu)體。在距離蜂窩式結(jié)構(gòu)體的流入側(cè)端面12為91.4mm的位置上，配置封堵部50。在排氣流入測(cè)隔板31上擔(dān)載由Pt、氧化鈰及活性氧化鋁構(gòu)成的催化劑A(Pt的擔(dān)載量2g/L)。之后，進(jìn)行與實(shí)施例1～5相同的壓力損失試驗(yàn)和耐久試驗(yàn)。另外，在蜂窩式過濾器上擔(dān)載的催化劑的重量在表2中用與實(shí)施例6的相對(duì)值來表示。
(實(shí)施例7)通過與實(shí)施例2相同的方法，制作具有隔板的間距為1.5mm、隔板厚度為0.3mm的隔板結(jié)構(gòu)且隔板的氣孔率為65％、直徑為267mm、全長(zhǎng)為96.9mm的蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A，以及具有隔板的間距為1.5mm、隔板厚度為0.3mm的隔板結(jié)構(gòu)且隔板的氣孔率為65％、直徑為267mm、全長(zhǎng)為206.9mm的蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B。另外，使用封堵部50使其一體化，并使間隙54成為1mm，在蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B的另一方的端面13上，以與封堵部50交替的方式形成封堵部52。
在蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A及封堵部50上，擔(dān)載Pt、氧化鈰及活性氧化鋁(催化劑B)，使得氧化鈰及活性氧化鋁的擔(dān)載量與催化劑A相同，Pt的擔(dān)載量成為4g/L。另外，在蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B及封堵部52上，擔(dān)載Pt、氧化鈰及活性氧化鋁(催化劑C)，使得氧化鈰及活性氧化鋁的擔(dān)載量與催化劑A及催化劑B相同，Pt的擔(dān)載量成為1g/L。之后，進(jìn)行了與實(shí)施例1～5相同的壓力損失試驗(yàn)和耐久試驗(yàn)。
(比較例8)
通過與實(shí)施例3相同的方法，具有隔板的間距為1.5mm、隔板厚度為0.3mm的隔板結(jié)構(gòu)且隔板的氣孔率為65％、直徑為267mm、全長(zhǎng)為304.8mm、排氣流入側(cè)的封堵部配置在距過濾器端面91.4mm的位置。在該蜂窩式過濾器的排氣流入側(cè)隔板31、封堵部50、排氣流出側(cè)隔板32及封堵部52上擔(dān)載催化劑，并使其組成比及擔(dān)載量與實(shí)施例7相同。進(jìn)行與實(shí)施例1～5相同的壓力損失試驗(yàn)和耐久試驗(yàn)。另外，在蜂窩式過濾器上擔(dān)載的催化劑的重量以與實(shí)施例6的相對(duì)值來表示在表2。
(實(shí)施例8～12)通過與實(shí)施例6相同的方法，制作具有隔板的間距為1.5mm、隔板厚度為0.3mm的隔板結(jié)構(gòu)且隔板的氣孔率為65％、直徑為267mm、具有各種全長(zhǎng)的蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A，以及具有隔板的間距為1.5mm、隔板厚度為0.3mm的隔板結(jié)構(gòu)且隔板的氣孔率為65％、直徑為267mm、具有各種全長(zhǎng)的蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B。通過流入側(cè)封堵部50使蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A及1b成為一體，并形成0.5～12mm的間隙54，同時(shí)使得流路被方格花紋狀封堵，以與流入側(cè)封堵部50交替的方式封堵蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B的端面13。在蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A、封堵部50、蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B及封堵部52上，以與實(shí)施例7相同的組成比及擔(dān)載量擔(dān)載催化劑。
對(duì)于各蜂窩式過濾器，進(jìn)行與實(shí)施例1～5相同的壓力損失試驗(yàn)和耐久試驗(yàn)。另外，從排氣流入側(cè)端面12注入2Mpa的高壓水，評(píng)價(jià)流入側(cè)封堵部50相對(duì)于隔板31、32的接合強(qiáng)度，將流入側(cè)封堵部50的已從隔板31、32剝落的流入側(cè)封堵部51的個(gè)數(shù)比例小于1％的情況判斷為(○)，將1％以上且小于5％的情況判斷為(△)，將5％以上的情況判斷為(×)。結(jié)果表示在表2的封堵壓力試驗(yàn)的欄內(nèi)。
(實(shí)施例13)通過與實(shí)施例6相同的方法，制作具有隔板的間距為1.5mm、隔板厚度為0.3mm的隔板結(jié)構(gòu)且隔板的氣孔率為65％、直徑為267mm、全長(zhǎng)為96.9mm的蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A，以及具有隔板的間距為1.5mm，隔板厚度為0.3mm的隔板結(jié)構(gòu)且隔板的氣孔率為65％、直徑為267mm、全長(zhǎng)為206.9mm的蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B。按照形成1mm的間隙54并方格花紋狀封堵流路的方式，使蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A及1B通過流入側(cè)封堵部50而成為一體。另外，以與流入側(cè)封堵部50交替的方式封堵蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B的另一方的端面13的流路。在蜂窩式結(jié)構(gòu)體1A及封堵部50上，擔(dān)載Pt、氧化鈰及活性氧化鋁(催化劑D)，使得氧化鈰及活性氧化鋁的擔(dān)載量與催化劑A、催化劑B及催化劑C相同，Pt的擔(dān)載量為3g/L。另外，在蜂窩式結(jié)構(gòu)體1B及封堵部52上，擔(dān)載由鑭、銫、氧化釩構(gòu)成的催化劑E。之后，進(jìn)行與實(shí)施例8～12相同的壓力損失試驗(yàn)、耐久試驗(yàn)、以及排氣流入側(cè)封堵部與隔板的封堵壓力試驗(yàn)。
(比較例9)通過與比較例8相同的方法，得到具有隔板的間隔為1.5mm、隔板厚度為0.3mm的隔板結(jié)構(gòu)且隔板的氣孔率為65％、直徑為267mm、全長(zhǎng)為304.8mm的蜂窩式過濾器，在距過濾器端面91.4mm的位置上配置排氣流入側(cè)的封堵部。在該蜂窩式過濾器的排氣流入側(cè)隔板31、封堵部50、隔板32及封堵部52上，以與實(shí)施例13相同的組成比及擔(dān)載量擔(dān)載催化劑，然后進(jìn)行與實(shí)施例8～12相同的壓力損失試驗(yàn)、耐久試驗(yàn)、以及排氣流入側(cè)封堵部與隔板的封堵壓力試驗(yàn)。
在電爐內(nèi)將實(shí)施例1～13及比較例1～9中的陶瓷蜂窩式過濾器從室溫加熱到設(shè)定溫度，在設(shè)定溫度下保持兩小時(shí)后，取出到電爐外，觀察有無裂縫。將產(chǎn)生裂縫的溫度的下限作為耐熱沖擊溫度，一同表示在表1及表2中。


注＿*無適當(dāng)值，故不測(cè)定。
＿**判斷為“×”，故不測(cè)定。


注＿*無適當(dāng)值，故不測(cè)定。
＿**不測(cè)定。
實(shí)施例1～5的蜂窩式過濾器的初始?jí)毫p失是，作為現(xiàn)有技術(shù)的比較例1的陶瓷蜂窩式過濾器的1～1.2倍左右。另外，由于在相當(dāng)于行駛10000km的耐久試驗(yàn)中，都判斷為合格(○)，壓力損失比為1.1～1.4，因此，壓力損失不易增加。并且，耐熱沖擊溫度為550～575℃，耐熱沖擊性也優(yōu)越。其中，實(shí)施例2及3由于流入側(cè)封堵部50的形成位置X相對(duì)全長(zhǎng)L的比X/L為0.2～0.4，因此，初始?jí)毫p失小，耐久試驗(yàn)后的壓力損失也小。由此，確認(rèn)出X/L優(yōu)選為0.2～0.4。
比較例1中的蜂窩式過濾器在相當(dāng)于行駛10000km的耐久試驗(yàn)中，經(jīng)過相當(dāng)于行駛大約5000km的時(shí)間后，排出壓力急劇增大，導(dǎo)致不能再生，試驗(yàn)中斷，因此，判斷為不合格(×)。
就比較例2～6的蜂窩式過濾器而言，初始?jí)毫p失及相當(dāng)于行駛10000km的耐久試驗(yàn)結(jié)果大致與實(shí)施例1～5的蜂窩式過濾器一致。認(rèn)為這是因?yàn)?，流入?cè)封堵部端面遠(yuǎn)離排氣流入側(cè)端面而配置，隔板和/或封堵部上擔(dān)載有催化劑。但是，耐熱沖擊溫度為475～500℃，與實(shí)施例1～5相比偏低。認(rèn)為這是因?yàn)?，排氣流入?cè)隔板和排氣流出側(cè)隔板之間不存在有間隙。
實(shí)施例6中的蜂窩式過濾器的初始?jí)毫p失是比較例1的陶瓷蜂窩式過濾器的1.05倍。另外，在相當(dāng)于行駛10000km的耐久試驗(yàn)中，都被判斷為合格(○)，壓力損失比為1.1，壓力損失不易增加。而且，耐熱沖擊溫度為550℃，耐熱沖擊性也優(yōu)越。
比較例7中的蜂窩式過濾器的初始?jí)毫p失、相當(dāng)于行駛10000km的耐久試驗(yàn)、壓力損失比都良好。但是，耐熱沖擊溫度為500℃，相比實(shí)施例6偏低，使用的催化劑的量為實(shí)施例6的1.1倍，存在高價(jià)催化劑的使用量偏多的不妥善情況。這被認(rèn)為是由于排氣流入側(cè)隔板和排氣流出側(cè)隔板之間不存在間隙。
實(shí)施例7中的蜂窩式過濾器的初始?jí)毫p失是比較例1的蜂窩式過濾器的1.05倍。另外，在相當(dāng)于行駛10000km的耐久試驗(yàn)中，都被判斷為合格(○)，壓力損失比為1.05，壓力損失不易增加。另外，相比實(shí)施例2的蜂窩式過濾器，排氣流入側(cè)隔板的鉑濃度偏高，因此，在該部分的未燃燒燃料等的燃燒氧化反應(yīng)被促進(jìn)，因此，耐久試驗(yàn)中的壓力損失小。而且，耐熱沖擊溫度為570℃，耐熱沖擊性優(yōu)越。
就比較例8中的蜂窩式過濾器而言，初始?jí)毫p失、相當(dāng)于行駛10000km的耐久試驗(yàn)、壓力損失比都良好。但是，耐熱沖擊溫度為500℃，相比實(shí)施例7偏低，而且使用的催化劑的量為實(shí)施例7的1.2倍，存在高價(jià)催化劑的使用量偏多的不妥善情況。這被認(rèn)為是由于排氣流入側(cè)隔板和排氣流出側(cè)隔板之間不存在間隙。
實(shí)施例8～12的蜂窩式過濾器的初始?jí)毫p失是比較例1的陶瓷蜂窩式過濾器的1.05倍。另外，在相當(dāng)于行駛10000km的耐久試驗(yàn)中，都被判斷為合格(○)，壓力損失比為1.05～1.1，壓力損失不易增加。還有，實(shí)施例8～11的蜂窩式過濾器在封堵壓力試驗(yàn)中被判斷為(○)，與此相對(duì)，實(shí)施例12中的蜂窩式過濾器的判斷是(△)，因此，封堵和隔板的接合長(zhǎng)度優(yōu)選為2mm以上。
實(shí)施例13中的陶瓷蜂窩式過濾器的初始?jí)毫p失是比較例1中的蜂窩式過濾器的1.05倍。另外，在相當(dāng)于行駛10000km的耐久試驗(yàn)中，都被判斷為合格(○)，壓力損失比為1.02，壓力損失不易增加。另外，耐久試驗(yàn)的壓力損失比最小，為1.02，耐熱沖擊溫度為575℃，耐熱沖擊性優(yōu)越。這被認(rèn)為是由于排氣流入側(cè)隔板擔(dān)載促進(jìn)燃料的氧化反應(yīng)的催化劑，排氣流出側(cè)隔板擔(dān)載促進(jìn)微粒的燃燒的催化劑。
就比較例9中的蜂窩式過濾器而言，初始?jí)毫p失、在相當(dāng)于行駛10000km的耐久試驗(yàn)、壓力損失比都良好。但是，耐熱沖擊溫度為500℃，偏低，而且使用的催化劑的量為實(shí)施例13的1.2倍，存在高價(jià)催化劑的使用量偏多的不妥善情況。這被認(rèn)為是由于排氣流入側(cè)隔板和排氣流出側(cè)隔板之間不存在間隙。
權(quán)利要求
1.一種陶瓷蜂窩式過濾器，其在流路方向上接合有具有由隔板分隔的多個(gè)流路的多個(gè)多孔質(zhì)陶瓷蜂窩式結(jié)構(gòu)體，且需要的流路被封堵，排氣通過在所述隔板上形成的細(xì)孔，其中，至少一個(gè)蜂窩式結(jié)構(gòu)體的隔板、和與該蜂窩式結(jié)構(gòu)體鄰接的蜂窩式結(jié)構(gòu)體的隔板在封堵部處以在流路方向上具有間隙的方式接合，在所述隔板和/或封堵部的至少一部分上擔(dān)載有催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷蜂窩式過濾器，其中，所述間隙為0.1～10mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的陶瓷蜂窩式過濾器，其中，在相對(duì)所述封堵部位于所述排氣的流入側(cè)的所述多孔質(zhì)陶瓷蜂窩式結(jié)構(gòu)體的所述隔板的至少一部分上，擔(dān)載有所述催化劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任意一項(xiàng)所述的陶瓷蜂窩式過濾器，其中，在相對(duì)所述封堵部位于所述排氣的流入側(cè)的隔板的至少一部分、和位于所述排氣的流出側(cè)的隔板的至少一部分上，擔(dān)載有特性不同的催化劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任意一項(xiàng)所述的陶瓷蜂窩式過濾器，其中，接合所述多個(gè)多孔質(zhì)陶瓷蜂窩式結(jié)構(gòu)體的封堵部的端面，距所述陶瓷蜂窩式過濾器的流入側(cè)端面的距離在所述陶瓷蜂窩式過濾器的全長(zhǎng)的0.5倍以下的長(zhǎng)度范圍之內(nèi)。
6.一種排氣凈化裝置，具有陶瓷蜂窩式過濾器、和設(shè)置在所述陶瓷蜂窩式過濾器的上游的燃料添加機(jī)構(gòu)，所述陶瓷蜂窩式過濾器在流路方向上接合有具有由隔板分隔的多個(gè)流路的多個(gè)多孔質(zhì)陶瓷蜂窩式結(jié)構(gòu)體，且需要的流路被封堵，排氣通過在所述隔板上形成的細(xì)孔，其中，至少一個(gè)蜂窩式結(jié)構(gòu)體的隔板、和與該蜂窩式結(jié)構(gòu)體鄰接的蜂窩式結(jié)構(gòu)體的隔板在封堵部處以在流路方向上具有間隙的方式接合，在所述隔板和/或封堵部的至少一部分上擔(dān)載有催化劑。
7.一種排氣凈化方法，使排氣流入到具有由隔板分隔的多個(gè)流路的陶瓷蜂窩式過濾器的所述流路，其中，作為所述陶瓷蜂窩式過濾器，使用的是至少一個(gè)蜂窩式結(jié)構(gòu)體的隔板、和與該蜂窩式結(jié)構(gòu)體鄰接的蜂窩式結(jié)構(gòu)體的隔板在封堵部處以在流路方向上具有間隙的方式接合，需要的流路被封堵，在所述隔板和/或封堵部的至少一部分上擔(dān)載有催化劑的陶瓷蜂窩式過濾器，在所述陶瓷蜂窩式過濾器的上游側(cè)向所述排氣中添加燃料，使所述陶瓷蜂窩式過濾器的封堵部、和位于所述封堵部的排氣流出側(cè)的多孔質(zhì)陶瓷蜂窩式結(jié)構(gòu)體中的至少一部分的溫度處在所述催化劑的活性下限溫度以上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種陶瓷蜂窩式過濾器、由陶瓷蜂窩式過濾器和設(shè)置在其上游的燃料供給裝置構(gòu)成的排氣凈化裝置、以及使用陶瓷蜂窩式過濾器的排氣凈化方法，該陶瓷蜂窩式過濾器在流路方向上接合有具有由隔板(30)分隔的多個(gè)流路(41)、(42)、(43)的多個(gè)多孔質(zhì)陶瓷蜂窩式結(jié)構(gòu)體(1A)、(1b)，需要的流路被封堵，排氣通過形成在隔板(30)的細(xì)孔，至少一個(gè)蜂窩式結(jié)構(gòu)體(1A)的隔板(31)、和與該蜂窩式結(jié)構(gòu)體(1A)鄰接的蜂窩式結(jié)構(gòu)體(1b)的隔板(32)在封堵部(50)處以在流路方向上具有間隙(54)的方式接合，在隔板(30)和/或封堵部(50)、(52)的至少一部分上，擔(dān)載有催化劑。
文檔編號(hào)B01D39/14GK1875173SQ20048003256
公開日2006年12月6日 申請(qǐng)日期2004年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月6日
發(fā)明者諏訪部博久, 渡邊一豐, 杉原啟之, 高倉(cāng)隆, 中込惠一 申請(qǐng)人:日立金屬株式會(huì)社, 日野自動(dòng)車株式會(huì)社