本發(fā)明涉及蜂窩結構體。更詳細而言，涉及使用于對汽油發(fā)動機的廢氣進行凈化用的廢氣凈化裝置且能夠防止該廢氣的凈化性能的降低的蜂窩結構體。

背景技術：

近年來，根據省資源化、節(jié)能化等各種要求，推進了抑制汽油等化石燃料的燃料消耗，進一步抑制廢氣的產生量，并且發(fā)揮低油耗性能的發(fā)動機的開發(fā)。特別地，在通常用作汽車的驅動源的汽油發(fā)動機中，為了滿足上述低油耗化的要求，推進了使汽油向缸內直噴化而進行驅動的直噴式汽油發(fā)動機的技術的開發(fā)。

直噴式汽油發(fā)動機與以往的“進氣口噴射式”的汽油發(fā)動機相比，能夠實現(xiàn)低油耗化。另一方面，存在如下情況，在發(fā)動機的啟動時、加速時，灰塵等粒狀物質(pm：particulatematter)的產生量與以往的汽油發(fā)動機相比過多。因此，對包含所產生的粒狀物質的廢氣進行適當的處理而將其釋放至大氣中。

在柴油發(fā)動機的情況下，以除去因發(fā)動機的運轉而產生的廢氣中的粒狀物質為目的，安裝有使用了蜂窩結構體的捕集過濾器(廢氣凈化裝置)。捕集過濾器所使用的蜂窩結構體使用封孔蜂窩結構體，該封孔蜂窩結構體具備兩端面按照預定的配設基準進行封孔的封孔部(例如，參照專利文獻1)。由此，廢氣流入封孔蜂窩結構體的內部，通過由多孔質性的陶瓷材料形成的封孔蜂窩結構體的隔壁，從而使粒狀物質捕集在隔壁。

與上述柴油發(fā)動機用的捕集過濾器相同地，進行了適合使用了蜂窩結構體的汽油發(fā)動機的捕集過濾器的開發(fā)。其結果，能夠從廢氣除去粒狀物質，將清潔化的凈化氣體釋放至大氣。此處，在汽油發(fā)動機安裝上述捕集過濾器，存在增大壓力損失，對行駛性能帶來影響的可能性。

因此，因搭載汽油發(fā)動機的車輛的規(guī)格不同，而存在進行稍微降低粒狀物質的捕集效率來抑制壓力損失的設計的情況。在該情況下，提出了將僅在蜂窩結構體的一端面?zhèn)纫灶A定的配設基準設置封孔的單側封孔結構的蜂窩結構體用作捕集過濾器。

現(xiàn)有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2003-254034號公報

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的課題

使用為捕集過濾器的蜂窩結構體存在利用向由陶瓷材料形成的多孔質性的隔壁內部含浸催化劑的蜂窩催化體的情況。通過含浸于隔壁內部的催化劑的作用，能夠顯著地提高廢氣的凈化性能。此時，在對一端面?zhèn)纫约傲硪欢嗣鎮(zhèn)确謩e進行封孔的通常的封孔蜂窩結構體的情況下，通過隔壁的廢氣必然與催化劑接觸。

然而，為了抑制壓力損失，在僅在一端面?zhèn)仍O置封孔的單側封孔結構的蜂窩結構體的情況下，廢氣的一部分進入在雙方的端面未設置封孔的隔室，在該隔室內沿著蜂窩結構體的軸向流動。其結果，存在廢氣與催化劑不接觸，廢氣從另一端面排出的情況。因此，存在未接受催化劑的凈化作用，而使廢氣的凈化效率降低的情況。即，在將相同劑量的催化劑分別涂覆于通常的封孔結構以及單側封孔結構的蜂窩結構體的情況下，廢氣的凈化性能存在單側封孔結構的蜂窩結構體顯著地降低的可能性。

因此，本發(fā)明鑒于上述實際情況，課題在于提供一種即使為單側封孔結構的蜂窩結構體，也能夠抑制壓力損失，并且增加廢氣與催化劑的接觸機會，發(fā)揮良好的廢氣的凈化性能的蜂窩結構體。

根據本發(fā)明，提供一種解決了上述課題的蜂窩結構體。

[1]一種蜂窩結構體具備：蜂窩基材，其具有劃分形成多個隔室的多孔質的隔壁，所述多個隔室從一端面延伸至另一端面；以及單側封孔部，其按照預定的配設基準對所述一端面的所述隔室進行封孔，所述隔壁具備：催化劑含浸隔壁，其形成于從設置有所述單側封孔部的所述一端面沿著所述蜂窩基材的軸向延伸的第一長度的第一區(qū)域，并且形成為在隔壁內部含浸有催化劑；以及催化劑層隔壁，其形成于從所述另一端面沿著所述蜂窩基材的軸向延伸的第二長度的第二區(qū)域，并且在隔壁表面具有以層狀涂覆所述催化劑的催化劑層。

[2]根據上述[1]所記載的蜂窩結構體，所述第一區(qū)域的第一長度相對于所述蜂窩基材的軸向的全長的比率在1/3～2/3的范圍內，所述第二區(qū)域的第二長度相對于所述蜂窩基材的軸向的全長的比率在1/3～2/3的范圍內。

[3]根據上述[1]或[2]所記載的蜂窩結構體，在所述第一區(qū)域以及所述第二區(qū)域之間進一步具有沿著所述蜂窩基材的軸向延伸的第三長度的第三區(qū)域，所述第三區(qū)域構成為均包含所述催化劑含浸隔壁以及所述催化劑層隔壁，或者構成為均不包含所述催化劑含浸隔壁以及所述催化劑層隔壁。

[4]根據上述[1]～[3]中任一項所記載的蜂窩結構體，所述催化劑使用三元催化劑。

本發(fā)明的效果如下。

根據本發(fā)明的蜂窩結構體，在具備單側封孔部的蜂窩結構體中，能夠抑制壓力損失的上升，并且通過含浸于隔壁內部以及涂布于隔壁表面的各個催化劑來防止廢氣的凈化性能的降低。

附圖說明

圖1是示意性地表示本發(fā)明的一實施方式的蜂窩結構體的一端面?zhèn)鹊暮喴獦嫵傻牧Ⅲw圖。

圖2是示意性地表示本實施方式的蜂窩結構體的另一端面?zhèn)鹊暮喴獦嫵傻牧Ⅲw圖。

圖3是示意性地表示與本實施方式的蜂窩結構體的軸向平行的剖面的說明圖。

圖4是示意性地表示與本發(fā)明的蜂窩結構體的其他例子構成的軸向平行的剖面的局部放大說明圖。

圖5是示意性地表示與本發(fā)明的蜂窩結構體的其他例子構成的軸向平行的剖面的局部放大說明圖。

圖中：

1—蜂窩結構體，2a—一端面，2b—另一端面，3—隔室，4—隔壁，4a—隔壁內部，4b—隔壁表面，10—蜂窩基材，11—單側封孔部，12—催化劑含浸隔壁，13—催化劑層隔壁，14—催化劑層，15—催化劑共享部，16—非催化劑部，c—催化劑，eg—廢氣，l1—蜂窩基材的全長，r1—第一區(qū)域，r2—第二區(qū)域，r3—第三區(qū)域。

具體實施方式

以下，參照附圖對本發(fā)明的蜂窩結構體的實施方式進行詳述。此外，本發(fā)明的蜂窩結構體不特別地限定于以下的實施方式，只要不脫離本發(fā)明的主旨，則能夠施加各種設計的變更、修正以及改進等。

[1]蜂窩結構體

主要如圖1以及圖2所示，本實施方式的蜂窩結構體1主要構成為具備：大致圓柱狀的蜂窩基材10，該蜂窩基材10具有劃分形成多個隔室3的多孔質性的由陶瓷材料形成的格子狀的隔壁4，所述多個隔室3從一端面2a延伸至另一端面2b蜂窩基材10；以及單側封孔部11，該單側封孔部11按照預先預定的配設基準對一端面2a的隔室3進行封孔。

對于本實施方式的蜂窩結構體1的單側封孔部11而言，對蜂窩基材10的一端面2a側的隔室3每隔一個交替地進行封孔，作為整體按照交錯格子狀(或者方格花紋，或者棋盤圖案)的配設基準進行配設(參照圖1)。此外，在另一端面2b側未進行上述的封孔，全部的隔室3均開口(參照圖2)。由此，在廢氣eg從蜂窩結構體1的一端面2a側朝向另一端面2b側流動的情況下，與在一端面2a以及另一端面2b交替地進行封孔的通常的封孔蜂窩結構體(未圖示)相比，具有抑制壓力損失的上升的優(yōu)點。由此，在進行廢氣eg的凈化的情況下，不存在使用本實施方式的蜂窩結構體1而形成的廢氣凈化裝置的搭載車輛的行駛性能降低的擔憂。

如圖3示意性地表示的那樣，本實施方式的蜂窩結構體1在蜂窩基材10的內部具有催化劑含浸隔壁12以及催化劑層隔壁13。若更詳細地進行說明，則具備：催化劑含浸隔壁12，該催化劑含浸隔壁12形成于從設置有單側封孔部11的一端面2a沿著蜂窩基材10的軸向(相當于圖3的從紙面左方向朝向右方向)延伸的預定長度的第一區(qū)域r1，并且形成為催化劑c含浸于隔壁4的隔壁內部4a；以及催化劑層隔壁13，該催化劑層隔壁13形成于從另一端面2b沿著蜂窩基材10的軸向(相當于圖3的從紙面右方向朝向左方向)延伸的預定長度的第二區(qū)域r2，并且具有在隔壁4的隔壁表面4b以呈層狀涂覆催化劑c的催化劑層14。

此處，催化劑含浸隔壁12定義為在沿著隔壁4的厚度方向的剖面中，“承載于細孔內的催化劑的質量”為80％以上的情況。另外，具有在隔壁表面4b以層狀涂覆催化劑的催化劑層14的催化劑層隔壁13定義為承載于細孔內的“催化劑的質量”為“構成催化劑層14的催化劑的質量”的30％以下的情況。此外，基于這些質量比的催化劑含浸隔壁12以及催化劑層隔壁13能夠根據對利用掃描式電子顯微鏡(sem)拍攝沿著隔壁4的厚度方向的剖面的sem圖像進行圖像處理的面積比來決定。

從一端面2a側開口的隔室3流入蜂窩基材10的內部(圖3的從紙面左側朝向右側)的廢氣eg的一部分向與蜂窩基材10的軸向正交的方向擴展，并且通過形成于一端面2a的附近的第一區(qū)域r1的隔壁內部4a。然后，在通過隔壁內部4a后，朝向另一端面2b側流動(參照圖3箭頭)。由此，在通過隔壁內部4a時，含浸于隔壁4的催化劑c與廢氣eg接觸，灰塵等粒狀物質(未圖示)被多孔質性的隔壁4捕集，并且能夠利用接觸的催化劑的凈化性能對廢氣eg進行凈化。

另一方面，未通過隔壁4的剩余的廢氣eg從一端面2a側開口的隔室3侵入蜂窩基材10的內部，沿著蜂窩基材10的軸向通過第一區(qū)域r1，進一步相同地沿著軸向進入第二區(qū)域r2的隔室3的內部。此時，在隔壁表面4b形成有以層狀涂覆的催化劑層14。因此，進入第二區(qū)域r2的廢氣eg與隔壁表面4b的催化劑層14接觸。由此，能夠對廢氣eg發(fā)揮催化劑作用。因此，與以往的封孔蜂窩結構體相比，能夠抑制壓力損失，獲得基于隔壁4的粒狀物質的捕集與基于隔壁內部4a以及催化劑層14的催化劑c的廢氣eg的凈化效果。

[2]催化劑、催化劑含浸隔壁以及催化劑層隔壁的形成

在本實施方式的蜂窩結構體1中，作為含浸于隔壁內部4a以及涂覆于隔壁表面4b的催化劑c，例如，能夠使用“三元催化劑”。三元催化劑是主要對烴(hc)、一氧化碳(co)以及氮氧化物(nox)進行凈化的催化劑，例如，也可以包含鉑(pt)、鈀(pd)、銠(rh)。通過三元催化劑，將烴氧化或者還原反應成水與二氧化碳，將一氧化碳氧化或者還原反應成二氧化碳，將氮氧化物氧化或者還原反應成氮氣而進行凈化。

另外，對蜂窩基材10形成催化劑含浸隔壁12以及催化劑層隔壁13的方法能夠利用公知的方法。例如，將上述的催化劑c添加于水、乙醇等溶劑，生成粘度比較低的催化劑溶液。然后，將一端面2a側向下，使蜂窩基材10從上方逐漸接近催化劑溶液，將蜂窩基材10浸漬(dipping)至預定的深度(相當于第一區(qū)域r1)。在經過預定的含浸時間后，從催化劑溶液撈起蜂窩基材10，使其干燥。由此，形成催化劑c含浸于第一區(qū)域r1的隔壁內部4a的催化劑含浸隔壁12。隔壁4由多孔質性的陶瓷材料形成，因此催化劑溶液浸入至隔壁4的細孔，能夠含浸催化劑c。

另一方面，對于形成催化劑層隔壁13的方法而言，例如，準備粘度高于用于形成上述催化劑含浸隔壁12的催化劑溶液的催化劑層14用的催化劑溶液，將另一端面2b側向下，使蜂窩基材10從上方逐漸接近該催化劑溶液，而將蜂窩基材10浸漬(dipping)至預定的深度(相當于第二區(qū)域r2)。在經過預定的含浸時間后，從催化劑溶液撈起蜂窩基材10，使其干燥。由此，能夠獲得在第二區(qū)域r2的隔壁表面4b形成有催化劑層14的催化劑層隔壁13。

使用粘度高于催化劑含浸隔壁12的催化劑溶液，從而該催化劑溶液僅浸入隔壁4的隔壁表面4b的細孔，直至隔壁4的隔壁內部4a的浸入被限制。由此，在隔壁表面4b形成有層狀的催化劑層14。在本發(fā)明的蜂窩結構體中，上述催化劑含浸隔壁12以及催化劑層隔壁13的形成不限定于下述，也可以以其他各種方法形成。

此處，第一區(qū)域r1的長度相對于蜂窩基材10的全長l1的比率在1/3～2/3(33％～66％)的范圍內，更加優(yōu)選在1/2～2/3(50％～66％)的范圍內。另一方面，第二區(qū)域r2的長度相對于蜂窩基材10的全長l1的比率在1/3～2/3(33％～66％)的范圍內，更加優(yōu)選在1/2～1/3(50％～66％)的范圍內。

即，與第二區(qū)域r2的長度相比，第一區(qū)域r1的長度短。此處，若第一區(qū)域r1過短(換言之，若第二區(qū)域r2過長)，則通過隔壁內部4a的廢氣eg的通過量變小，粒狀物質的捕集效率顯著地降低。另一方面，若第一區(qū)域r1的長度過長(換言之，若第二區(qū)域r2過短)，則不通過隔壁內部4a，沿著軸向在隔室3流經的廢氣eg與催化劑c(催化劑層14)接觸的機會變短，進而無法獲得基于催化劑c的充分的凈化作用。因此，對于本發(fā)明的蜂窩結構體而言，將第一區(qū)域r1以及第二區(qū)域r2的長度的比率相對于蜂窩基材10的全長l1規(guī)定為上述范圍。

[3]第三區(qū)域

另外，本發(fā)明的蜂窩結構體也可以在上述第一區(qū)域r1以及第二區(qū)域r2之間具有第三區(qū)域r3。例如，如圖4所示，本發(fā)明的其他例子構成的蜂窩結構體1’具備第三區(qū)域r3，該第三區(qū)域r3具有以相互重疊的方式形成有催化劑含浸隔壁12以及催化劑層隔壁13的催化劑共享部15。通過具有催化劑共享部15，均能夠起到催化劑含浸隔壁12或催化劑層隔壁13的作用效果。然而，在第三區(qū)域r3中，廢氣eg的隔壁內部4a的通過被形成于隔壁表面4b的催化劑層14阻礙，具有壓力損失上升的可能性。

另一方面，如圖5所示，又一其他例子構成的蜂窩結構體1”具備在第一區(qū)域r1以及第二區(qū)域r2之間具有不是催化劑含浸隔壁12或催化劑層隔壁13的非催化劑部16的第三區(qū)域r3。通過具有非催化劑部16，不起到隔壁內部4a的催化劑c的凈化效果，使廢氣eg通過。

在上述的第三區(qū)域r3分別設置催化劑共享部15或者非催化劑部16，能夠將蜂窩基材10浸漬于催化劑溶液，簡化分別形成催化劑含浸隔壁12以及催化劑層隔壁13的作業(yè)。即，不需要精度良好地進行將蜂窩基材10浸漬于催化劑溶液時的浸漬的位置。因此，用于制造本實施方式的蜂窩結構體的作業(yè)效率變得良好。

以下，對本發(fā)明的蜂窩結構體的實施例進行說明，但本發(fā)明的蜂窩結構體不特別地限定于這些實施方式。

【實施例】

總結本發(fā)明的蜂窩結構體的實施例1～7以及比較例1、2，進一步總結基準蜂窩的各自的蜂窩結構體的直徑、長度(全長)、隔室密度、隔壁厚度、孔隙率、細孔徑、封孔圖案、第一區(qū)域長度、第二區(qū)域長度、第三區(qū)域的有無、催化劑涂覆量，并表示于下述的表1。

此處，實施例、比較例以及基準蜂窩的蜂窩結構體均使用直徑118.4mm、長度127mm、隔室密度46.5個/cm²、隔壁厚度216μm、孔隙率以及細孔徑20μm的相同規(guī)格的蜂窩結構體，且催化劑涂覆量也相同。即，改變了封孔圖案為入口或者出口、第一區(qū)域長度、第二區(qū)域長度以及第三區(qū)域的有無的各參數。

此處，對于基準蜂窩而言，在一端面以及另一端面兩面以預定的配設基準形成封孔部。另外，比較例1僅在入口側(一端面?zhèn)?形成封孔部，并且相對于流路的整體僅實施第一區(qū)域。比較例2僅在入口側形成封孔部，并且相對于流路的整體僅實施第二區(qū)域。

另一方面，實施例1～7改變了第一區(qū)域以及第二區(qū)域相對于蜂窩基材的全長(表1的長度)的長度，使第一區(qū)域長度以及第二區(qū)域長度分別在32mm～95mm(25％～75％)的范圍內變化。另外，實施例3具有第一區(qū)域以及第二區(qū)域重復的第三區(qū)域，重復部分的長度為20mm。

【表1】

針對上述實施例1～7、比較例1、2以及基準蜂窩的蜂窩結構體，按照以下所示的測定方法，分別計測(1)凈化率、(2)pm排出個數以及(3)壓力損失，針對(1)～(3)的項目分別進行了評價。另外，基于(1)～(3)的評價，進行針對廢氣凈化裝置的(4)綜合評價。

(1)凈化率的測定方法

將安裝了上述的實施例、比較例以及基準蜂窩的蜂窩結構體的廢氣凈化裝置分別安裝于搭載了排氣量2.0升的直噴式汽油發(fā)動機的轎車的排氣系統(tǒng)。然后，作為基于底盤測功機的車輛試驗，根據國際協(xié)調廢氣試驗模式(wltc)的運轉條件測定運轉時的廢氣中的一氧化碳(co)、烴(hc)以及氮氧化物(nox)的排放，獲得排放值。將所獲得的排放值與基準體的蜂窩結構體的值對比，將一氧化碳、烴以及氮氧化物的全部的成分的上升值0～小于10％的情況設為“a”，將10％～小于20％的范圍內的情況設為“b”，將20％以上的情況設為“c”。此外，在表2中，凈化率的測定的評價項目表示為“凈化率(co、hc、nox)”。

(2)pm排出個數的測定方法

將安裝了實施例、比較例以及基準蜂窩的蜂窩結構體的廢氣凈化裝置安裝于搭載了排氣量2.0升的直噴式汽油發(fā)動機的轎車的排氣系統(tǒng)。然后，作為基于底盤測功機的車輛試驗，根據國際協(xié)調廢氣試驗模式(wltc)的運轉條件，并基于按照歐洲euro6法規(guī)草案的方法測定運轉時的廢氣中的pm排出個數。此處，將pm排出個數為3×10¹¹個/km以下的情況設為“a”，將3×10¹¹個/km～小于6×10¹¹個/km的范圍內的情況設為“b”，將6×10¹¹個/km以上設為“c”。

(3)壓力損失的測定方法

在排氣量2.0升的直噴式汽油發(fā)動機的臺架試驗中，首先，在排氣系統(tǒng)安裝對隔室密度：46.5個/cm²、隔壁厚度：216μm、蜂窩直徑：118.4mm、蜂窩長度：127mm、催化劑涂覆量：100g/l的兩端進行了封孔的蜂窩結構體(基準蜂窩)。測定此時的發(fā)動機滿載運轉時的壓力損失，將該值設為壓力損失的基準值。將使用了實施例以及比較例的蜂窩結構體的廢氣凈化裝置相同地安裝于搭載了排氣量2.0升的直噴式汽油發(fā)動機的轎車的排氣路徑上，測定與上述相同條件的發(fā)動機滿載運轉時的壓力損失。然后，相對于由基準體獲得的壓力損失的基準值，將壓力損失的減少量為40％以上的情況設為“a”，將壓力損失的減少量20％～小于40％的情況設為“b”，將壓力損失的減少量為20％以下的情況設為“c”。

(4)綜合判斷

在上述(1)凈化率(co、hc、nox)、(2)pm排出個數以及(3)壓力損失的各評價項目中，將全部的評價項目為“a”或者兩個以上為“a”的情況綜合判斷為“a”，將兩個評價項目中存在“b”的情況綜合判斷為“b”，將其一項目為“c”的情況綜合判斷為“c”。在綜合判斷中，“a”、“b”為合格，“c”為不合格。

【表2】

如表2所示，在第一區(qū)域的長度相對于蜂窩基材的全長為100％的比較例1的情況下，雖存在壓力損失的減少效果，但確認了凈化率(co、hc、nox)顯著地劣化。另一方面，在第二區(qū)域的長度相對于蜂窩基材的全長為100％的比較例2的情況下，pm排出個數的評價特別地降低。由此，相對于蜂窩基材的全長僅100％地設置第一區(qū)域以及第二區(qū)域的任一個的情況在綜合判斷中成為較低的評價。

與此相對，本發(fā)明中滿足預定的條件的實施例1～7的蜂窩結構體在各個項目中獲得至少b以上的評價。例如，在入口側(一端面?zhèn)?設置單側封孔部，使第一區(qū)域以及第二區(qū)域的長度分別變化的情況下，相對于第二區(qū)域增長第一區(qū)域的蜂窩結構體表示良好的結果的情況根據實施例1以及實施例2的對比變得明確。特別地，實施例2的蜂窩結構體在三個評價項目的全部中獲得a判定。此外，若第一區(qū)域過長，則確認凈化率的降低(實施例4)。

另一方面，在出口側(另一端面?zhèn)?設置單側封孔部的情況下，認為是與上述相反的趨勢，相對于第一區(qū)域增長第二區(qū)域的蜂窩結構體表示良好的結果的情況根據實施例6以及實施例7的對比變得明確。另外，能夠確認即使是具有第一區(qū)域以及第二區(qū)域重復的第三區(qū)域的蜂窩結構體(實施例3)，也發(fā)揮實用方面的充分的功能。

工業(yè)上的利用可能性

本發(fā)明的蜂窩結構體能夠特別地適當利用于用于從汽油發(fā)動機的廢氣捕集粒狀物質來進行凈化的捕集過濾器(廢氣凈化裝置)。