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JP2006007100A - Exhaust gas purification filter - Google Patents

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JP2006007100A
JP2006007100A JP2004187913A JP2004187913A JP2006007100A JP 2006007100 A JP2006007100 A JP 2006007100A JP 2004187913 A JP2004187913 A JP 2004187913A JP 2004187913 A JP2004187913 A JP 2004187913A JP 2006007100 A JP2006007100 A JP 2006007100A
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JP
Japan
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cell
exhaust gas
outer peripheral
gas purification
cordierite
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Pending
Application number
JP2004187913A
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Japanese (ja)
Inventor
Tatsuji Mizuno
達司 水野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress cracks due to erosion or thermal stress and reduce the combustion residue of PMs at an outer peripheral part. <P>SOLUTION: The cells in the outer peripheral part are formed of a material with higher thermal conductivity than that of the cells in the inner peripheral part. The heat accumulated in the inner peripheral part being transmitted to the outer peripheral part causes the temperature of the outer peripheral part to rise thereby to reduce the combustion residue of the PMs in the outer peripheral part. Further, the heat generated when the PMs are burnt can be effectively released outside and the generation of breakage or cracks due to erosion or thermal stress can be suppressed. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの排気流路などに装着され、排ガス中の粒子状物質(PM)を捕集して排出を抑制する排ガス浄化フィルタに関する。   The present invention relates to an exhaust gas purification filter that is attached to an exhaust passage of a diesel engine or the like and collects particulate matter (PM) in exhaust gas to suppress emission.

ガソリンエンジンについては、排ガスの厳しい規制とそれに対処できる技術の進歩とにより、排ガス中の有害成分は確実に減少している。しかし、ディーゼルエンジンについては、有害成分がPMとして排出されるという特異な事情から、規制も技術の進歩もガソリンエンジンに比べて遅れている。   As for gasoline engines, toxic components in exhaust gas are steadily decreasing due to strict regulations on exhaust gas and technological advances that can cope with it. However, with respect to diesel engines, regulations and technological advances are delayed compared to gasoline engines due to the unique situation that harmful components are discharged as PM.

現在までに開発されているディーゼルエンジン用排ガス浄化装置としては、大きく分けてトラップ型の排ガス浄化装置と、オープン型の排ガス浄化装置とが知られている。このうちトラップ型の排ガス浄化装置としては、コーディエライトなどのセラミック製の目封じタイプのDPFが知られている。このDPFは、セラミックハニカム構造体の複数のセルが、排ガス下流端が目詰めされた流入側セルと、流入側セルに隣接し排ガス上流端が目詰めされた流出側セルと、からなる複数のセルをもつものであり、セル隔壁の細孔で排ガスを濾過してセル隔壁にPMを捕集することで排出を抑制するいわゆるウォールフロー型のものである。   2. Description of the Related Art As an exhaust gas purification device for a diesel engine that has been developed so far, a trap type exhaust gas purification device and an open type exhaust gas purification device are known. Among these, as a trap type exhaust gas purifying apparatus, a ceramic plugged DPF such as cordierite is known. In this DPF, a plurality of cells of the ceramic honeycomb structure are composed of an inflow side cell in which the exhaust gas downstream end is clogged and an outflow side cell adjacent to the inflow side cell and clogged in the exhaust gas upstream end. It has a cell, and is a so-called wall flow type that suppresses discharge by filtering exhaust gas through the pores of the cell partition and collecting PM in the cell partition.

しかしDPFでは、PMの堆積によって圧損が上昇するため、何らかの手段で堆積したPMを定期的に除去して再生する必要がある。そこで従来は、圧損が上昇した場合にバーナや電気ヒータ等で加熱して、あるいは高温の排ガスを供給して、堆積したPMを燃焼させることでDPFを再生することが行われている。しかしながらこの場合には、PMの堆積量が多いほど燃焼時の温度が上昇し、それによってDPFが溶損したり、熱応力によって破損やクラックが生じる場合があった。   However, in the DPF, the pressure loss increases due to the accumulation of PM. Therefore, it is necessary to periodically remove and regenerate PM accumulated by some means. Thus, conventionally, when the pressure loss increases, the DPF is regenerated by burning the accumulated PM by heating with a burner, an electric heater or the like, or by supplying high-temperature exhaust gas. However, in this case, as the amount of accumulated PM increases, the temperature at the time of combustion rises, which may cause the DPF to melt or break or crack due to thermal stress.

またDPFのセル隔壁にアルミナなどからコート層を形成し、そのコート層に白金族貴金属などを担持した連続再生式DPFが開発されている。この連続再生式DPFによれば、セル隔壁の細孔中に捕集されたPMが貴金属の触媒活性によって酸化燃焼するため、捕集と同時にあるいは捕集に連続して燃焼させることでDPFを再生することができる。そして触媒活性は比較的低温で生じること、及び捕集量が少ないうちに燃焼できることから、DPFに作用する熱応力が小さく破損が防止されるという利点がある。   A continuous regeneration type DPF has been developed in which a coating layer is formed of alumina or the like on the cell partition of the DPF, and a platinum group noble metal is supported on the coating layer. According to this continuous regeneration type DPF, the PM collected in the pores of the cell partition wall is oxidized and burned by the catalytic activity of the noble metal, so that the DPF is regenerated by burning simultaneously with the collection or continuously in the collection. can do. Since the catalytic activity occurs at a relatively low temperature and can be burned while the amount collected is small, there is an advantage that the thermal stress acting on the DPF is small and damage is prevented.

ところが連続再生式DPFにおいては、低温時には貴金属の活性が発現されないために、低温域でPMがセル隔壁に堆積し、高温となった時点で一気に燃焼するという現象がある。このような場合には、コージェライトなどから形成されたDPFでは、熱応力によって微視的にクラックが生じる場合があった。この原因は以下のように考えられている。   However, in the continuous regeneration type DPF, since the activity of the noble metal is not expressed at a low temperature, there is a phenomenon that PM accumulates on the cell partition wall in a low temperature region and burns at a time when the temperature becomes high. In such a case, the DPF formed from cordierite or the like may crack microscopically due to thermal stress. This cause is considered as follows.

堆積したPMの燃焼は、DPF全体で一様に起こるわけではなく、先ず温度が最も高くなった部分から燃焼しその燃焼が伝播する。また微視的にも燃焼部と非燃焼部で温度差が生じる。しかしコージェライトは熱伝導性が低いために温度差が大きい部分が生じ、熱応力によってクラックが生じるのである。   Combustion of the deposited PM does not occur uniformly throughout the DPF, but first, combustion occurs from the portion where the temperature is highest, and the combustion propagates. Microscopically, a temperature difference is generated between the combustion part and the non-combustion part. However, since cordierite has low thermal conductivity, a portion with a large temperature difference is generated, and cracks are generated due to thermal stress.

そこで、 SiCなどのセラミックスを用いることが考えられる。例えば SiCは、コージェライトに比べて溶融温度が約 800℃高く、熱伝導率がコージェライトの約24倍であるのでPM燃焼時の熱を外部へ速やかに逃がすことができる。したがって、コージェライトから形成されたDPFに生じる上記した不具合を防止することができる。   Therefore, it is conceivable to use ceramics such as SiC. For example, SiC has a melting temperature about 800 ° C higher than that of cordierite, and its thermal conductivity is about 24 times that of cordierite, so heat from PM combustion can be quickly released to the outside. Therefore, it is possible to prevent the above-described problems occurring in the DPF formed from cordierite.

ところが SiCは嵩密度が高いために、同じ体積で比較すると、 SiCから形成されたDPFはコージェライトから形成されたものに比べて重量が大きくなり、軽量化による燃費の低減という流れに対して逆行してしまう。また堆積したPMを燃焼除去する際には、PMの燃焼は外周から内部まで均一に生じるわけではなく、外周部は中心部に比べてPM燃え残りが生じやすい。 SiCから形成されたDPFは熱伝導性が高いために、コージェライトから形成されたものに比べて熱が逃げやすく、外周部のPM燃え残りがさらに多くなってしまう。   However, because SiC has a high bulk density, the DPF made of SiC is heavier than the one made of cordierite when compared at the same volume, and it goes against the trend of reducing fuel consumption by reducing weight. Resulting in. Further, when the accumulated PM is burned and removed, the combustion of PM does not occur uniformly from the outer periphery to the inner portion, and the PM residue is more likely to occur in the outer peripheral portion than in the central portion. Since DPF formed from SiC has high thermal conductivity, heat easily escapes compared to that formed from cordierite, and more PM remains on the outer periphery.

なお特開2003−321280号公報には、セル隔壁の細孔表面に SiC又は SiNから選ばれる熱伝導層を形成したディーゼルパティキュレートフィルタが開示されている。このフィルタによれば、PM燃焼時の熱が熱伝導層を介して速やかに拡散されるので、熱応力によるクラックの発生を抑制することができる。また大部分がコージェライトから形成されているため、全体としては嵩密度が低くなり軽量化が可能である。しかしこのフィルタでも、外周部のPM燃え残りが多くなるという問題を解決することは困難であった。
特開2003−321280号
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-321280 discloses a diesel particulate filter in which a heat conductive layer selected from SiC or SiN is formed on the pore surface of a cell partition wall. According to this filter, heat at the time of PM combustion is quickly diffused through the heat conductive layer, so that generation of cracks due to thermal stress can be suppressed. In addition, since most of the cordierite is formed, the bulk density is low as a whole, and the weight can be reduced. However, even with this filter, it has been difficult to solve the problem of a large amount of unburned PM in the outer periphery.
JP2003-321280

本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、溶損や熱応力によるクラックを抑制するとともに、外周部のPM燃え残りを低減することを解決すべき課題とする。   This invention is made | formed in view of an above-described situation, and makes it the problem which should be solved while suppressing the crack by melting damage and a thermal stress, and reducing PM unburned residue of an outer peripheral part.

上記課題を解決する本発明の排ガス浄化フィルタの特徴は、排ガス下流側で目詰めされた流入側セルと、流入側セルに隣接し排ガス上流側で目詰めされた流出側セルと、流入側セルと流出側セルを区画し多数の細孔を有する多孔質のセル隔壁と、をもつハニカム形状の排ガス浄化フィルタであって、
外周部のセルを内周部のセルの材質より熱伝導率が高い材質から形成したことにある。
The features of the exhaust gas purification filter of the present invention that solves the above-described problems include an inflow side cell that is clogged on the exhaust gas downstream side, an outflow side cell that is adjacent to the inflow side cell and clogged on the exhaust gas upstream side, and an inflow side cell A honeycomb-shaped exhaust gas purification filter having a porous cell partition wall partitioning an outflow side cell and having a large number of pores,
The outer peripheral cell is made of a material having higher thermal conductivity than the material of the inner peripheral cell.

内周部のセルはコージェライトから形成され、外周部のセルは炭化ケイ素及び窒化ケイ素から選ばれる少なくとも一種から形成されていることが好ましい。   Preferably, the inner peripheral cell is made of cordierite, and the outer peripheral cell is made of at least one selected from silicon carbide and silicon nitride.

また外周部のセルは、全セル数の30〜90%の範囲を占めることが望ましい。   Further, it is desirable that the outer peripheral cells occupy a range of 30 to 90% of the total number of cells.

さらに、セル隔壁の細孔の表面には、多孔質酸化物と貴金属を含む触媒層を形成してもよい。   Furthermore, a catalyst layer containing a porous oxide and a noble metal may be formed on the surface of the pores of the cell partition wall.

本発明の排ガス浄化フィルタによれば、外周部のセルを、内周部のセルの材質より熱伝導率が高い材質から形成しているので、PM燃焼時の熱を外部へ効果的に逃がすことができ、溶損及び熱応力による破損やクラックの発生を抑制することができる。   According to the exhaust gas purification filter of the present invention, the outer peripheral cells are made of a material having a higher thermal conductivity than the inner peripheral cell material, so that heat during PM combustion can be effectively released to the outside. It is possible to suppress the occurrence of breakage and cracks due to melting damage and thermal stress.

また内周部のセルは外周部のセルより熱伝導率が低い材質から形成されているので、内周部に蓄熱された熱が外周部に伝達されることで外周部の温度が上昇し、外周部におけるPM燃え残りが減少する。したがって再生後のPM捕集効率が向上する。   In addition, since the inner peripheral cell is formed of a material having a lower thermal conductivity than the outer peripheral cell, the temperature of the outer peripheral portion rises by transferring the heat stored in the inner peripheral portion to the outer peripheral portion, PM unburned residue on the outer periphery decreases. Therefore, PM collection efficiency after regeneration is improved.

そして内周部のセルをコージェライトなどから形成すれば、全体としての嵩密度を低くすることができ軽量とすることができる。また排ガスは中心部ほど流速が大きいので、PMは大部分が内周部に捕集される。したがって内周部のセルをコージェライトなどから形成すれば、セル隔壁の細孔径の制御も容易であり、DPFとしての特性を容易に満足させることができる。   If the inner peripheral cell is made of cordierite or the like, the bulk density as a whole can be lowered and the weight can be reduced. Further, since the exhaust gas has a higher flow rate toward the center, most of the PM is collected in the inner periphery. Therefore, if the inner peripheral cell is formed of cordierite or the like, the pore diameter of the cell partition wall can be easily controlled, and the characteristics as a DPF can be easily satisfied.

本発明の排ガス浄化フィルタでは、外周部のセルが、内周部のセルの材質より熱伝導率が高い材質から形成されている。内周部のセルの材質としては、従来のDPFと同様のものを用いることができ、アルミナ、ジルコニア、セリア、チタニア、シリカ、シリカ−アルミナ、コージェライトなどが例示される。中でも実績があり、嵩密度が低いコージェライトが特に好ましい。   In the exhaust gas purification filter of the present invention, the outer peripheral cell is formed of a material having a higher thermal conductivity than the material of the inner peripheral cell. As the material of the inner peripheral cell, the same material as the conventional DPF can be used, and examples thereof include alumina, zirconia, ceria, titania, silica, silica-alumina, cordierite and the like. Of these, cordierite, which has a proven record and has a low bulk density, is particularly preferred.

外周部のセルの材質は、内周部のセルの材質より相対的に熱伝導率が高いものであればよく、 SiC、 SiN、金属、アルミナ、ジルコニア、セリア、チタニア、シリカ、シリカ−アルミナ、コージェライトなどから選択して用いることができる。例えば内周部のセルがコージェライトから形成されている場合には、外周部のセルの材質としては SiC及び SiNから選ばれる少なくとも一種を用いることが望ましい。また、内周部から外周部に向かって徐々に熱伝導率が高くなるように構成することも可能である。このようにするには、例えば SiCとコージェライトとの混合粉末からセルを形成するに当たり、内周部から外周部に向かって両者の比率を徐々に変化させることで行うことができる。   The material of the outer peripheral cell is only required to have a relatively higher thermal conductivity than the material of the inner peripheral cell. SiC, SiN, metal, alumina, zirconia, ceria, titania, silica, silica-alumina, It can be used by selecting from cordierite. For example, when the inner peripheral cell is made of cordierite, it is desirable to use at least one selected from SiC and SiN as the material of the outer peripheral cell. Moreover, it is also possible to comprise so that heat conductivity may become high gradually from an inner peripheral part toward an outer peripheral part. This can be done, for example, by gradually changing the ratio of both from the inner periphery to the outer periphery when forming a cell from a mixed powder of SiC and cordierite.

熱伝導率が高い外周部の構成割合は特に制限されないが、一般のディーゼルエンジンの排気流路に配置されるフィルタにおいては、外周部のセルが全セル数の30〜90%の範囲を占めることが望ましい。外周部のセル数の割合がこの範囲を外れると、本発明の効果が得られない場合がある。   The composition ratio of the outer peripheral portion with high thermal conductivity is not particularly limited, but in the filter arranged in the exhaust passage of a general diesel engine, the outer peripheral cell occupies a range of 30 to 90% of the total number of cells. Is desirable. If the ratio of the number of cells in the outer peripheral portion is outside this range, the effect of the present invention may not be obtained.

セル隔壁に細孔を形成するには、カーボン粉末、木粉、澱粉、樹脂粉末などの可燃物粉末などを混合したスラリーからセル及びセル隔壁を成形し、焼成時に可燃物粉末が焼失することで細孔を形成することができる。可燃物粉末の粒径及び添加量を調整することで、表面空孔及び内部細孔の径の分布と開口面積を制御することができる。本発明の場合には、表面空孔及び内部細孔の径の分布と開口面積は特に制限されない。   In order to form pores in the cell partition walls, the cells and cell partition walls are formed from a slurry in which combustible powders such as carbon powder, wood powder, starch and resin powder are mixed, and the combustible powders are burned off during firing. Pore can be formed. By adjusting the particle size and addition amount of the combustible powder, it is possible to control the distribution of the surface pores and the diameters of the internal pores and the opening area. In the case of the present invention, the diameter distribution and opening area of the surface vacancies and internal pores are not particularly limited.

本発明の排ガス浄化フィルタは、流入側セルと流出側セルを区画するセル隔壁の細孔の表面に、多孔質酸化物と貴金属を含む触媒層を有することも好ましい。これにより連続再生式DPFとすることができる。触媒層に用いられる多孔質酸化物としては、アルミナ,ジルコニア,セリア,チタニアなどの酸化物あるいはこれらの複数種からなる複合酸化物などを用いることができる。   The exhaust gas purification filter of the present invention preferably has a catalyst layer containing a porous oxide and a noble metal on the surface of the pores of the cell partition walls that partition the inflow side cell and the outflow side cell. Thereby, it can be set as a continuous regeneration type DPF. As the porous oxide used in the catalyst layer, oxides such as alumina, zirconia, ceria, and titania, or composite oxides composed of a plurality of these can be used.

触媒層の形成量は、隔壁の細孔径にもよるが、厚さが1〜20μmの範囲、あるいはフィルタ体積1リットルあたり60〜 200gの範囲とすることが好ましい。触媒層の形成量がこの範囲より少なくなると、貴金属が高密度に担持されるため高温に晒されると貴金属の粒成長が生じて活性が低下する場合がある。また触媒層の形成量がこの範囲より多くなると、細孔の径及び開口面積が低下し圧損が増大してしまう。   The formation amount of the catalyst layer is preferably in the range of 1 to 20 μm, or in the range of 60 to 200 g per liter of filter volume, although it depends on the pore diameter of the partition walls. When the formation amount of the catalyst layer is less than this range, the noble metal is supported at a high density, so that when exposed to a high temperature, grain growth of the noble metal may occur and the activity may decrease. Moreover, when the formation amount of the catalyst layer is larger than this range, the pore diameter and the opening area are reduced, and the pressure loss is increased.

触媒層を形成するには、多孔質酸化物粉末をアルミナゾルなどのバインダ成分及び水とともにスラリーとし、そのスラリーをセル隔壁に含浸させた後に焼成し、その後少なくとも貴金属を担持すればよい。スラリーをセル隔壁に含浸させるには通常の浸漬法を用いることができるが、エアブローあるいは吸引によって細孔内に入ったスラリーの余分なものを除去することが望ましい。   In order to form the catalyst layer, the porous oxide powder may be made into a slurry together with a binder component such as alumina sol and water, impregnated into the cell partition wall, fired, and then loaded with at least a noble metal. A normal dipping method can be used to impregnate the cell partition walls with the slurry, but it is desirable to remove excess slurry that has entered the pores by air blowing or suction.

触媒層には少なくとも貴金属が担持されている。この貴金属としては、触媒反応によってPMの酸化を促進するものであれば用いることができるが、Pt、Rh、Pdなどの白金族の貴金属から選ばれた一種又は複数種を担持することが特に好ましい。貴金属の担持量は、フィルタ堆積1リットルあたり 0.5〜10gの範囲とすることが好ましい。担持量がこれより少ないと活性が低すぎて実用的でなく、この範囲より多く担持しても活性が飽和するとともにコストアップとなってしまう。   At least a noble metal is supported on the catalyst layer. The noble metal can be used as long as it promotes the oxidation of PM by a catalytic reaction, but it is particularly preferable to support one or more selected from platinum group noble metals such as Pt, Rh, and Pd. . The amount of noble metal supported is preferably in the range of 0.5 to 10 g per liter of filter deposition. If the loading amount is less than this, the activity is too low to be practical, and if the loading amount exceeds this range, the activity is saturated and the cost is increased.

また貴金属に加えて、Ba,Ca,Srなどのアルカリ土類金属、Na,K,Li,Csなどのアルカリ金属、あるいはLa,Nd,Sc,Yなどの希土類元素から選ばれるNOx 吸蔵材をさらに担持することが好ましい。NOx 吸蔵材を担持することでNOx 吸蔵放出能が発現され、NOx 浄化能が向上する。このNOx 吸蔵材の担持量は、フィルタ堆積1リットルあたり0.01〜2モルの範囲とすることが好ましい。担持量がこれより少ないとNOx 吸蔵放出能が発現されず、これより多く担持するとPtなどの貴金属を覆って酸化能が低下するようになる。 In addition to precious metals, NO x occlusion materials selected from alkaline earth metals such as Ba, Ca and Sr, alkali metals such as Na, K, Li and Cs, or rare earth elements such as La, Nd, Sc and Y Furthermore, it is preferable to carry. By supporting the NO x storage material, the NO x storage and release ability is expressed, and the NO x purification ability is improved. The amount of the NO x storage material supported is preferably in the range of 0.01 to 2 mol per liter of filter deposition. If the supported amount is less than this, the NOx occlusion / release ability is not expressed, and if it is supported more than this, the noble metal such as Pt is covered and the oxidizing ability is lowered.

貴金属及びNOx 吸蔵材を担持するには、貴金属又はNOx 吸蔵元素の硝酸塩などを溶解した溶液を用い、吸着担持法、吸水担持法などによって多孔質酸化物層に担持すればよい。また多孔質酸化物粉末に予め貴金属を担持しておき、その触媒粉末を用いて触媒層を形成した後にNOx 吸蔵材を担持することもできる。 In order to support the noble metal and the NO x storage material, a solution in which nitrate of the noble metal or the NO x storage element is dissolved may be supported on the porous oxide layer by an adsorption support method, a water absorption support method, or the like. Alternatively, a noble metal may be supported on the porous oxide powder in advance, and the catalyst layer may be formed using the catalyst powder, and then the NO x storage material may be supported.

本発明の排ガス浄化フィルタを製造するには、外周部を形成するためのスラリーと内周部を形成するためのスラリーを用い、2色押出成形法によって、内周部を形成するためのスラリーから内周部を形成するとともに、その外周に外周部を形成するためのスラリーから外周部を形成し、それを焼成した後、従来と同様に両端を目封じすることで製造することができる。また実施例に示すように、外周部を形成するためのスラリーと内周部を形成するためのスラリーからそれぞれ独立したセルユニットを形成し、複数のセルユニットどうしを接合することで内周部及び外周部を形成することもできる。なお目詰め部の形成は、従来と同様に行うことができる。   In order to manufacture the exhaust gas purification filter of the present invention, the slurry for forming the outer peripheral portion and the slurry for forming the inner peripheral portion are used, and the slurry for forming the inner peripheral portion is formed by a two-color extrusion molding method. It can be manufactured by forming the inner peripheral portion, forming the outer peripheral portion from the slurry for forming the outer peripheral portion on the outer periphery, firing the outer peripheral portion, and sealing both ends in the same manner as in the prior art. Further, as shown in the examples, each of the cell units independent from the slurry for forming the outer peripheral portion and the slurry for forming the inner peripheral portion is formed, and the inner peripheral portion and the plurality of cell units are joined together. An outer periphery can also be formed. The clogging portion can be formed in the same manner as in the past.

以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples.

先ずアルミナ,タルク,カオリン,シリカからなるコージェライト組成の粉末に所定量の有機バインダと水及びカーボン粉末を混合したペーストを用い、複数のセル通路をもつ角筒形状に押出成形後、複数のセルの一端と他端を交互に目詰めして流入側セルと流出側セルとを形成し、1300℃で焼成して、図1に示すように、断面20mm角の正方形、長さ 100mm、壁厚 300μmのコージェライトセルユニット1を形成した。このコージェライトセルユニット1には、1cm2 当たり 300個のセルが形成されている。 First, using a paste in which a predetermined amount of an organic binder, water, and carbon powder are mixed with a powder of a cordierite composition made of alumina, talc, kaolin, and silica, and then extruded into a rectangular tube shape having a plurality of cell passages, a plurality of cells One end and the other end are alternately packed to form an inflow side cell and an outflow side cell, fired at 1300 ° C., and as shown in FIG. 1, a 20 mm square, 100 mm length, wall thickness A 300 μm cordierite cell unit 1 was formed. In this cordierite cell unit 1, 300 cells are formed per 1 cm 2 .

また、 SiC粉末に所定量の有機バインダと水及びカーボン粉末を混合したペーストを用い、複数のセル通路をもつ角筒形状に押出成形後、複数のセルの一端と他端を交互に目詰めして流入側セルと流出側セルとを形成し、2000℃で焼成して、図1に示すように、コージェライトセルユニット1と同一形状の SiCセルユニット2を形成した。この SiCセルユニット2には、1cm2 当たり 300個のセルが形成されている。 Also, using a paste in which a predetermined amount of organic binder, water, and carbon powder are mixed in SiC powder, after extrusion into a rectangular tube shape with multiple cell passages, one end and the other end of multiple cells are alternately plugged. Then, an inflow side cell and an outflow side cell were formed and fired at 2000 ° C. to form an SiC cell unit 2 having the same shape as the cordierite cell unit 1 as shown in FIG. In this SiC cell unit 2, 300 cells are formed per 1 cm 2 .

なおコージェライトと SiCの特性値を表1に示す。   Table 1 shows the characteristic values of cordierite and SiC.

Figure 2006007100
Figure 2006007100

(実施例1)
図2に示すように、コージェライトセルユニット1を縦4個、横4個となるように、セラミック製セグメント材(イビデン社製)を用いて貼り合わせ、その周囲に SiCセルユニット2を一重に貼り合わせた。 SiCセルユニット2は、コージェライトセルユニット1より太い線で表している。そして、図3の左側に示す形状とした後、外周を切削加工して円柱形状のフィルタとし、図3の左側に示すように、外筒3に収納して触媒コンバータ化した。
Example 1
As shown in Fig. 2, the cordierite cell units 1 are bonded together using ceramic segment material (made by Ibiden) so that they are 4 in length and 4 in width. Pasted together. The SiC cell unit 2 is represented by a thicker line than the cordierite cell unit 1. Then, after forming the shape shown on the left side of FIG. 3, the outer periphery was cut to form a cylindrical filter, and the filter was housed in the outer cylinder 3 as shown on the left side of FIG.

この排ガス浄化フィルタでは、内周部のセルがコージェライトから形成され、外周部のセルが SiCから形成されている。 SiCから形成された外周部のセル数は、全セル数の43.4%である。   In this exhaust gas purification filter, the inner peripheral cell is made of cordierite, and the outer peripheral cell is made of SiC. The number of cells in the outer periphery formed from SiC is 43.4% of the total number of cells.

(実施例2)
コージェライトセルユニット1を縦2個、横2個となるように、実施例1と同様のセグメント材を用いて貼り合わせ、その周囲に SiCセルユニット2を二重に貼り合わせた。そして図4の左側に示す形状とした後、外周を切削加工して円柱形状のフィルタとし、外筒3に収納して触媒コンバータ化した。
(Example 2)
The cordierite cell units 1 were bonded together using the same segment material as in Example 1 so that they were two in length and two in width, and the SiC cell unit 2 was double bonded around the periphery. Then, after making the shape shown on the left side of FIG. 4, the outer periphery was cut into a cylindrical filter, which was housed in the outer cylinder 3 to form a catalytic converter.

この排ガス浄化フィルタでは、内周部のセルがコージェライトから形成され、外周部のセルが SiCから形成されている。 SiCから形成された外周部のセル数は、全セル数の85.9%である。   In this exhaust gas purification filter, the inner peripheral cell is made of cordierite, and the outer peripheral cell is made of SiC. The number of cells in the outer periphery formed from SiC is 85.9% of the total number of cells.

(比較例1)
SiCセルユニット2を縦4個、横4個となるように、実施例1と同様のセグメント材を用いて貼り合わせ、その周囲にコージェライトセル1を一重に貼り合わせた。そして図5の左側に示す形状とした後、外周を切削加工して円柱形状のフィルタとし、外筒3に収納して触媒コンバータ化した。
(Comparative Example 1)
The SiC cell units 2 were bonded using the same segment material as in Example 1 so as to be 4 in length and 4 in width, and the cordierite cell 1 was bonded in a single layer around the same. Then, after making the shape shown on the left side of FIG. 5, the outer periphery was cut into a cylindrical filter, which was housed in the outer cylinder 3 to form a catalytic converter.

この排ガス浄化フィルタでは、内周部のセルが SiCから形成され、外周部のセルがコージェライトから形成されている。コージェライトから形成された外周部のセル数は、全セル数の43.4%である。   In this exhaust gas purification filter, the inner peripheral cell is made of SiC, and the outer peripheral cell is made of cordierite. The number of outer peripheral cells formed from cordierite is 43.4% of the total number of cells.

(比較例2)
コージェライトセルユニット1を用いず、全て SiCセルユニット2を用いたこと以外は実施例1と同様にして円柱形状のフィルタとし、外筒3に収納して触媒コンバータ化した。
(Comparative Example 2)
Except for not using the cordierite cell unit 1 but using all the SiC cell units 2, a cylindrical filter was formed in the same manner as in Example 1 and housed in the outer cylinder 3 to form a catalytic converter.

(比較例3)
SiCセルユニット2を用いず、全てコージェライトセルユニット1を用いたこと以外は実施例1と同様にして円柱形状のフィルタとし、外筒3に収納して触媒コンバータ化した。
(Comparative Example 3)
Except for using the cordierite cell unit 1 without using the SiC cell unit 2, a cylindrical filter was formed in the same manner as in Example 1 and housed in the outer cylinder 3 to form a catalytic converter.

<試験・評価>
それぞれの触媒コンバータを、2L直噴ディーゼルエンジンを搭載したエンジンベンチの排気系に取付け、1500 rpm×30Nmで運転した。PM堆積量が6gとなった時点で、3800 rpm× 200Nmにて10分間運転する再生処理を行った。その後触媒コンバータを取り外してフィルタの重量を測定し、再生処理前後の重量変化量からPM酸化率を算出した。また取り外された各フィルタについて、外周表面から10mmの深さ部分の外周部のセルにおけるPM燃え残りの有無を目視で観察した。結果を表2に示す。
<Test and evaluation>
Each catalytic converter was attached to the exhaust system of an engine bench equipped with a 2 L direct injection diesel engine and operated at 1500 rpm × 30 Nm. When the PM deposition amount reached 6 g, regeneration treatment was performed by operating at 3800 rpm × 200 Nm for 10 minutes. Thereafter, the catalytic converter was removed, the weight of the filter was measured, and the PM oxidation rate was calculated from the amount of weight change before and after the regeneration treatment. Further, for each removed filter, the presence or absence of PM unburned residue in the cell at the outer peripheral portion 10 mm deep from the outer peripheral surface was visually observed. The results are shown in Table 2.

Figure 2006007100
Figure 2006007100

各実施例のフィルタによれば、再生処理時に各比較例に比べて高い酸化率でPMを除去でき、かつ外周部のPM燃え残りもない。これは、外周部に SiCセル2を配置した効果であることが明らかである。このようになる原因を調査すべく、上記再生処理時における各フィルタの温度分布を測定した。測定位置は、フィルタの排ガス流入側端面から僅かに内部へ入った位置で、図6に示すNo.1〜No.4の4点の位置であり、それぞれの位置における温度をそれぞれ測定した。結果を図7に示す。   According to the filter of each example, PM can be removed at a higher oxidation rate than that of each comparative example during the regeneration process, and there is no PM remaining on the outer peripheral portion. This is clearly an effect of arranging the SiC cell 2 on the outer peripheral portion. In order to investigate the cause of this, the temperature distribution of each filter during the regeneration process was measured. The measurement positions were positions slightly entering the inside from the exhaust gas inflow side end face of the filter, and were the positions of four points No. 1 to No. 4 shown in FIG. 6, and the temperature at each position was measured. The results are shown in FIG.

図7より、実施例1のフィルタでは外周部と内周部とでほぼ同等の温度となり、外周部の温度が比較例のフィルタに比べて高いことがわかる。一方、比較例2のフィルタでは、全てのセルが SiCから形成されているために熱伝導性が高すぎて、外周部及び内周部ともに実施例に比べて温度が低い。また比較例3のフィルタでは、全てのセルがコージェライトから形成されているために、蓄熱性が高いものの熱伝導性が低く、内周部の温度は実施例1より高いものの外周部の温度が著しく低い。そして比較例1のフィルタでは、外周部の熱伝導性が低いため内周部の温度は比較例2より高いものの、外周部の温度は比較例2と比較例3の中間の値となり実施例1に比べて著しく低い。   FIG. 7 shows that the filter of Example 1 has substantially the same temperature at the outer peripheral portion and the inner peripheral portion, and the temperature of the outer peripheral portion is higher than that of the filter of the comparative example. On the other hand, in the filter of Comparative Example 2, since all the cells are made of SiC, the thermal conductivity is too high, and both the outer peripheral portion and the inner peripheral portion have a lower temperature than the embodiment. Further, in the filter of Comparative Example 3, since all the cells are made of cordierite, the heat conductivity is high, but the thermal conductivity is low, and the inner peripheral temperature is higher than that of Example 1, but the outer peripheral temperature is higher. Remarkably low. In the filter of Comparative Example 1, the temperature of the inner peripheral part is higher than that of Comparative Example 2 because the thermal conductivity of the outer peripheral part is low, but the temperature of the outer peripheral part is an intermediate value between Comparative Example 2 and Comparative Example 3. Is significantly lower than

また実施例1のフィルタは実施例2のフィルタに比べてPM酸化率が高いが、これは SiC製のセルとコージェライト製のセルとの構成比率に起因すると考えられ、 SiCから形成された外周部のセル数は、全セル数の85.9%より43.4%の方が好ましいことがわかる。   In addition, the PM oxidation rate of the filter of Example 1 is higher than that of the filter of Example 2. This is considered to be due to the composition ratio of the SiC cell and the cordierite cell, and the outer periphery formed from SiC. It can be seen that the number of cells in the part is more preferably 43.4% than 85.9% of the total number of cells.

すなわち実施例1のフィルタが高いPM酸化率を示し、外周部のPM燃え残りが無いのは、内周部からの熱伝導によって外周部の温度が上昇し、内周部及び外周部共に高い温度となっていることに起因している。そしてこれは、内周部をコージェライトから形成し、外周部を SiCから形成したことに起因していることが明らかである。   That is, the filter of Example 1 shows a high PM oxidation rate, and there is no PM burning residue in the outer peripheral part. The temperature of the outer peripheral part rises due to heat conduction from the inner peripheral part, and both the inner peripheral part and the outer peripheral part have high temperatures. This is due to the fact that This is clearly due to the fact that the inner periphery is made of cordierite and the outer periphery is made of SiC.

本発明の排ガス浄化フィルタは、ディーゼルエンジンの排気、ボイラーの排気など、PMを含む排ガス中で用いられる。そしてセル隔壁の細孔の表面に多孔質酸化物と貴金属を含む触媒層を形成すれば、PMを捕集と同時にあるいは捕集直後に燃焼除去できるので、特別な再生処理を不要とすることができ、特に有用である。   The exhaust gas purification filter of the present invention is used in exhaust gas containing PM, such as exhaust from a diesel engine and exhaust from a boiler. If a catalyst layer containing a porous oxide and a noble metal is formed on the surface of the pores of the cell partition walls, PM can be burned and removed at the same time or immediately after collection, so that no special regeneration treatment is required. And is particularly useful.

本発明の一実施例で形成したセルユニットの斜視図である。It is a perspective view of the cell unit formed in one example of the present invention. 本発明の一実施例において、セルユニットどうしを接合する際の配置状態を示す説明図である。In one Example of this invention, it is explanatory drawing which shows the arrangement | positioning state at the time of joining cell units. 本発明の一実施例のフィルタの端面を切削加工前後の状態で示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the end surface of the filter of one Example of this invention in the state before and behind cutting. 本発明の第2の実施例のフィルタの端面を切削加工前後の状態で示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the end surface of the filter of the 2nd Example of this invention in the state before and behind cutting. 比較例1のフィルタの端面を切削加工前後の状態で示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the end surface of the filter of the comparative example 1 in the state before and behind cutting. フィルタの温度測定位置を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the temperature measurement position of a filter. 各測定位置における温度分布を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature distribution in each measurement position.

符号の説明Explanation of symbols

1:コージェライトセルユニット 2: SiCセルユニット
3:外筒
1: Cordierite cell unit 2: SiC cell unit 3: Outer cylinder

Claims (4)

排ガス下流側で目詰めされた流入側セルと、該流入側セルに隣接し排ガス上流側で目詰めされた流出側セルと、該流入側セルと該流出側セルを区画し多数の細孔を有する多孔質のセル隔壁と、をもつハニカム形状の排ガス浄化フィルタであって、
外周部のセルを内周部のセルの材質より熱伝導率が高い材質から形成したことを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
An inflow side cell clogged on the exhaust gas downstream side, an outflow side cell adjacent to the inflow side cell and clogged on the exhaust gas upstream side, the inflow side cell and the outflow side cell are partitioned, and a large number of pores are formed. A honeycomb-shaped exhaust gas purification filter having a porous cell partition wall,
An exhaust gas purification filter, wherein the outer peripheral cell is made of a material having a higher thermal conductivity than the inner peripheral cell.
前記内周部のセルはコージェライトから形成され、前記外周部のセルは炭化ケイ素及び窒化ケイ素から選ばれる少なくとも一種から形成されている請求項1に記載の排ガス浄化フィルタ。   2. The exhaust gas purification filter according to claim 1, wherein the inner peripheral cell is made of cordierite, and the outer peripheral cell is made of at least one selected from silicon carbide and silicon nitride. 前記外周部のセルは、全セル数の30〜90%の範囲を占める請求項1に記載の排ガス浄化フィルタ。   The exhaust gas purification filter according to claim 1, wherein the cells in the outer peripheral portion occupy a range of 30 to 90% of the total number of cells. 前記セル隔壁の細孔の表面には、多孔質酸化物と貴金属を含む触媒層をもつ請求項1に記載の排ガス浄化フィルタ。   The exhaust gas purification filter according to claim 1, wherein a catalyst layer containing a porous oxide and a noble metal is provided on the surface of the pores of the cell partition wall.
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