JPH1181983A - Particulate filter - Google Patents
Particulate filterInfo
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- JPH1181983A JPH1181983A JP10135204A JP13520498A JPH1181983A JP H1181983 A JPH1181983 A JP H1181983A JP 10135204 A JP10135204 A JP 10135204A JP 13520498 A JP13520498 A JP 13520498A JP H1181983 A JPH1181983 A JP H1181983A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 圧力損失が少なく、かつパティキュレートの
捕集効率に優れ、しかも、エンジン始動時等、排ガス温
度が低い場合であっても、捕集されたパティキュレート
を高い効率で無炎燃焼させることが可能なパティキュレ
ートフィルタを提供すること。
【解決手段】 排ガス中のパティキュレートを捕集し、
燃焼除去するためのパティキュレートフィルタにおい
て、該パティキュレートフィルタの基材の平均表面粗さ
Rzを30〜1000μmとした。また、基材32内部
に、複数のトラップ室34と、該トラップ室34をつな
ぐ連通孔36を設けるようにした。さらに、基材62、
72表面の少なくとも一部、例えば、基材62表面の凹
部やトラップ室64内壁面、あるいは基材72のガス流
出側部分に、断熱層66、76を設けるようにした。
(57) [Summary] [PROBLEMS] To reduce the pressure loss and to excel in the particulate collection efficiency, and to increase the collected particulates even when the exhaust gas temperature is low, such as when starting the engine. To provide a particulate filter capable of performing flameless combustion with the filter. SOLUTION: Particulates in exhaust gas are collected,
In the particulate filter for burning and removing, the average surface roughness Rz of the base material of the particulate filter was set to 30 to 1000 μm. Further, a plurality of trap chambers 34 and communication holes 36 connecting the trap chambers 34 are provided inside the base material 32. Further, the base material 62,
The heat insulating layers 66 and 76 are provided on at least a part of the surface of the substrate 72, for example, on the concave portion of the surface of the substrate 62, the inner wall surface of the trap chamber 64, or the gas outlet side portion of the substrate 72.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、パティキュレート
フィルタに関し、さらに詳しくは、ディーゼルエンジン
や自動車のエンジンなどから排出される排ガス中に含ま
れるパティキュレートを排気系で捕集し、燃焼除去する
パティキュレートフィルタに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a particulate filter, and more particularly, to a particulate filter which collects particulate matter contained in exhaust gas discharged from a diesel engine or an automobile engine in an exhaust system and burns and removes the particulate matter. It relates to a curated filter.
【0002】[0002]
【従来の技術】ディーゼルエンジンや自動車のエンジン
から排出される排ガス中には、煤、煤に吸着している炭
化水素、サルフェート、金属酸化物等から構成されるパ
ティキュレート(微粒子)が含まれている。このパティ
キュレートは、ディーゼルエンジンの排ガス中に特に多
く含まれ、主に燃料が空気の少ない高温域で分解あるい
は不完全燃焼することによって生成するといわれている
ものである。2. Description of the Related Art Exhaust gas emitted from diesel engines and automobile engines contains particulates (fine particles) composed of soot, hydrocarbons, sulfates, metal oxides and the like adsorbed on the soot. I have. The particulates are particularly contained in the exhaust gas of the diesel engine, and it is said that the particulates are mainly generated by decomposition or incomplete combustion in a high-temperature region where air is low.
【0003】そこで、このようなパティキュレートをそ
の排ガスの排気系において捕集するために、各種のパテ
ィキュレートフィルタが既に提示されている。これを材
料によって大別すれば、セラミックス材料系と金属材料
系とがあり、またセラミックス材料系は、その形状に応
じて、ハニカムフィルタ、フォームフィルタ、ファイバ
ーフィルタ等に分類される。[0003] In order to collect such particulates in an exhaust gas exhaust system, various particulate filters have already been proposed. These can be roughly classified into ceramic materials and metal materials based on the material, and the ceramic materials are classified into honeycomb filters, foam filters, fiber filters, and the like according to their shapes.
【0004】特に、コージェライト、炭化珪素等のセラ
ッミックス材料からなるハニカムフィルタは、耐熱性及
び耐熱衝撃性に優れていることから、過酷な条件下で使
用されるディーゼルエンジンや自動車エンジン用のパテ
ィキュレートフィルタとして注目されている。In particular, since honeycomb filters made of ceramics materials such as cordierite and silicon carbide have excellent heat resistance and thermal shock resistance, particulates for diesel engines and automobile engines used under severe conditions are used. It is attracting attention as a filter.
【0005】ハニカムフィルタは、セラミックス材料を
ハニカム状に押出成形し、所定の長さに切断することに
より得られるものである。ハニカムフィルタの主要部分
を構成する基材内には多数のセルが形成され、各セル間
は薄肉の隔壁で仕切られた構造になっている。さらに、
ハニカムフィルタは、セルの両端を開口させた状態で使
用するストレートフロータイプと、セル入口とセル出口
を交互に目封じしたウォールフロータイプに分けられ
る。[0005] The honeycomb filter is obtained by extruding a ceramic material into a honeycomb shape and cutting it into a predetermined length. A large number of cells are formed in a base material constituting a main part of the honeycomb filter, and the cells are separated from each other by thin partition walls. further,
Honeycomb filters are classified into a straight flow type in which both ends of a cell are opened, and a wall flow type in which a cell inlet and a cell outlet are alternately plugged.
【0006】図10は、ストレートフロータイプのハニ
カムフィルタ10を排ガス流路18内に配設した状態を
示す断面図である。この状態で、パティキュレート1
6、16…を含む排ガスを流すと、基材12内に形成さ
れたセル14、14…内を排ガスが貫流する間に、パテ
ィキュレート16、16…は、基材12の一部である隔
壁12a、12a…と接触し、隔壁12a、12a…表
面上に捕集される。FIG. 10 is a sectional view showing a state in which a honeycomb filter 10 of a straight flow type is disposed in an exhaust gas passage 18. In this state, Particulate 1
When the exhaust gas containing 6, 16, ... flows, the particulates 16, 16, ... are part of the base material 12 while the exhaust gas flows through the cells 14, 14, ... formed in the base material 12. Contact with the surface of the partition walls 12a, 12a.
【0007】また、図11は、ウォールフロータイプの
ハニカムフィルタ20を排ガス流路18内に配設した状
態を示す断面図である。ウォールフロータイプの場合、
基材22は多孔質材料からなっているので、この状態
で、パティキュレート16、16…を含む排ガスを流す
と、排ガスはセル24、24…の隔壁22a、22a…
を通過し、その際にパティキュレート16、16は、隔
壁22a、22a…表面及び隔壁22a、22a…内部
の気孔に捕集される。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a state in which a wall-flow type honeycomb filter 20 is disposed in the exhaust gas passage 18. For wall flow type,
Since the base material 22 is made of a porous material, in this state, when the exhaust gas containing the particulates 16, 16,... Flows, the exhaust gas is separated from the partition walls 22a, 22a,.
, And at that time, the particulates 16, 16 are collected on the surface of the partition walls 22a, 22a... And the pores inside the partition walls 22a, 22a.
【0008】ウォールフロータイプのハニカムフィルタ
の場合、捕集効率及び圧力損失は、基材の気孔径に依存
する。すなわち、基材の気孔径が小さすぎると、パティ
キュレートの捕集効率は高くなるが、排ガスが隔壁を通
過する際の圧力損失が大きくなる。逆に、気孔径が大き
すぎると、圧力損失は小さいが、パティキュレートの捕
集効率が低下する。そのため、通常は適当な気孔径や気
孔径分布が選択される。In the case of a wall flow type honeycomb filter, the collection efficiency and pressure loss depend on the pore diameter of the substrate. That is, if the pore diameter of the base material is too small, the trapping efficiency of the particulates increases, but the pressure loss when the exhaust gas passes through the partition walls increases. Conversely, if the pore diameter is too large, the pressure loss will be small, but the particulate collection efficiency will decrease. Therefore, usually, an appropriate pore diameter or pore diameter distribution is selected.
【0009】ハニカムフィルタの基材の気孔径や気孔径
分布を制御する方法については、種々の方法が知られて
いる。例えば、特開平5−23512号公報には、平均
粒径11μmのα型炭化珪素粉末に平均粒径0.3μm
のβ型炭化珪素粉末を加え、所定の条件下で焼成するこ
とにより、気孔径が1〜15μm、気孔径分布の偏差値
が0.20以下であるディーゼルパティキュレートフィ
ルタを得る技術が開示されている。Various methods are known for controlling the pore size and pore size distribution of the base material of the honeycomb filter. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-23512 discloses that α-type silicon carbide powder having an average particle size of 11 μm has an average particle size of 0.3 μm.
A technique of obtaining a diesel particulate filter having a pore diameter of 1 to 15 μm and a deviation value of a pore diameter distribution of 0.20 or less by adding β-type silicon carbide powder and firing under predetermined conditions. I have.
【0010】また、特開平5−139861号公報に
は、平均粒径が0.1μmのβ型炭化珪素にこれよりも
粒径の大きい0.5〜100μmの粉末(例えばα型炭
化珪素)を混ぜ、所定の温度で焼成することにより1〜
60μmの気孔径を有する多孔質炭化珪素焼結体を得る
技術が開示されている。Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-139861 discloses that β-type silicon carbide having an average particle size of 0.1 μm is mixed with a powder having a larger particle size of 0.5 to 100 μm (for example, α-type silicon carbide). By mixing and firing at a predetermined temperature,
A technique for obtaining a porous silicon carbide sintered body having a pore diameter of 60 μm is disclosed.
【0011】さらに、パティキュレートフィルタに捕集
されたパティキュレートは、一定量捕集された段階でこ
れを除去し、パティキュレートフィルタを再生する必要
がある。捕集されたパティキュレートの大半は煤等の可
燃物であることから、通常は、パティキュレートを燃焼
除去することによりパティキュレートフィルタの再生が
行われる。Further, it is necessary to remove the particulates collected by the particulate filter at a stage where a certain amount is collected, and to regenerate the particulate filter. Since most of the collected particulates are combustibles such as soot, the particulate filter is usually regenerated by burning and removing the particulates.
【0012】パティキュレートフィルタの再生手段とし
ては、具体的には、パティキュレートフィルタに捕集さ
れたパティキュレートをエンジン停止中にブロワで空気
を送りながら電気ヒータ又はバーナ等により燃焼除去す
る方法が公知である(特開平7−133713号公報参
照)。As a means for regenerating the particulate filter, specifically, a method of burning and removing a particulate collected by the particulate filter by an electric heater or a burner while blowing air with a blower while the engine is stopped is known. (See JP-A-7-133713).
【0013】また、パティキュレートフィルタの気孔径
と気孔径分布を適正に制御してパティキュレートと基材
との接触面積を増大させ、エンジンの排ガス温度がある
一定値以上に達した時に、基材に捕集されたパティキュ
レートを排ガス中に残存する酸素により比較的低い温度
にて無炎で燃焼除去させるという方法も知られている。Further, the pore size and pore size distribution of the particulate filter are appropriately controlled to increase the contact area between the particulate and the base material, and when the exhaust gas temperature of the engine reaches a certain value or more, the base material There is also known a method of burning and removing particulates collected at a relatively low temperature without flame using oxygen remaining in exhaust gas.
【0014】[0014]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
方法では、パティキュレートの着火及び燃焼温度が高く
なり、コージェライト等で構成されるパティキュレート
フィルタの基材が溶損したり、あるいは割れるという問
題がある。そのため、この方法は、自動車用のパティキ
ュレートフィルタに広く採用されるまでに至っていない
のが現状である。However, in the former method, there is a problem that the ignition and burning temperatures of the particulates increase, and the base material of the particulate filter composed of cordierite or the like is damaged or broken. is there. For this reason, at present, this method has not been adopted widely for particulate filters for automobiles.
【0015】これに対し後者の方法は、堆積したパティ
キュレートを比較的低温で燃焼除去させるために、基材
の溶損や割れが生じないという利点がある。しかし、エ
ンジン始動時、低速時、低負荷運転時などエンジンの排
ガス温度が低い時には、パティキュレートの燃焼が行わ
れないという欠点がある。On the other hand, the latter method has an advantage in that the deposited particulates are burned and removed at a relatively low temperature, so that the base material is not melted or cracked. However, when the exhaust gas temperature of the engine is low, such as at the time of starting the engine, at a low speed, and at a low load, there is a disadvantage that particulate combustion is not performed.
【0016】そのため、例えばストレートフロータイプ
のハニカムフィルタをパティキュレートフィルタとして
用いた場合には、エンジン始動時等において発生したパ
ティキュレートがセル内壁面に厚く堆積し、セルが閉塞
して圧力損失が増大したり、捕集しきれなかったパティ
キュレートがそのままエンジン外に排出されるという問
題がある。Therefore, for example, when a straight-flow type honeycomb filter is used as a particulate filter, the particulates generated at the time of starting the engine and the like thickly accumulate on the inner wall surface of the cell, and the cell is closed to increase the pressure loss. There is a problem that the particulates that cannot be collected and collected are discharged out of the engine as they are.
【0017】また、例えばウォールフロータイプのハニ
カムフィルタをパティキュレートフィルタとして用いた
場合には、基材の気孔径が小さすぎると、パティキュレ
ートが基材表面に層状に堆積し、基材が目詰まりを起こ
して圧力損失が増大する。これを避けるために気孔径を
増大させると、パティキュレートの捕集効率が低下す
る。また、パティキュレートと基材との接触面積が小さ
くなるために燃焼効率が低下し、パティキュレートの浄
化が困難になるという問題があった。そのため、単に気
孔径等を制御する従来の方法では、十分な性能を有する
フィルタが得られなかった。Further, for example, when a wall flow type honeycomb filter is used as a particulate filter, if the pore size of the substrate is too small, the particulates are deposited in a layer on the surface of the substrate and the substrate is clogged. And the pressure loss increases. If the pore diameter is increased to avoid this, the trapping efficiency of the particulates decreases. In addition, there is a problem in that the contact area between the particulates and the base material is reduced, so that the combustion efficiency is reduced and it becomes difficult to purify the particulates. Therefore, the conventional method of simply controlling the pore diameter or the like cannot obtain a filter having sufficient performance.
【0018】本発明が解決しようとする課題は、圧力損
失が小さく、かつパティキュレートの捕集効率に優れ、
しかも、エンジン始動時等、排ガス温度が低い場合であ
っても、捕集されたパティキュレートを高い効率で無炎
燃焼させることが可能なパティキュレートフィルタを提
供することにある。The problem to be solved by the present invention is that the pressure loss is small and the particulate collection efficiency is excellent.
In addition, it is an object of the present invention to provide a particulate filter capable of causing the collected particulates to be flamelessly burned with high efficiency even when the temperature of the exhaust gas is low, such as when the engine is started.
【0019】[0019]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、排ガス中のパティキュレートを捕集し、燃
焼除去するためのパティキュレートフィルタにおいて、
該パティキュレートフィルタを構成する基材の平均表面
粗さRzが30〜1000μmであることを要旨とする
ものである。SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention relates to a particulate filter for collecting and burning off particulates in exhaust gas.
The gist is that the average surface roughness Rz of the base material constituting the particulate filter is 30 to 1000 μm.
【0020】パティキュレートフィルタを構成する基材
の平均表面粗さRzを30〜1000μmとし、基材表
面に所定の凹凸を形成すると、パティキュレートフィル
タに排ガスを流した時に、基材表面近傍を流れる排ガス
の流れに乱れが生じ、パティキュレートと基材の接触頻
度が増加する。そのため、基材表面を平滑面とした場合
に比べて、パティキュレートの捕集効率が向上する。When the average surface roughness Rz of the base material constituting the particulate filter is set to 30 to 1000 μm and predetermined irregularities are formed on the base material surface, when exhaust gas flows through the particulate filter, the exhaust gas flows near the base material surface. The flow of the exhaust gas is disturbed, and the frequency of contact between the particulates and the substrate increases. Therefore, the collection efficiency of particulates improves as compared with the case where the surface of the base material is a smooth surface.
【0021】また、パティキュレートと基材表面との接
触面積が増大することにより、パティキュレートが燃焼
しやすくなり、パティキュレートの着火温度が低下す
る。そのため、エンジン始動時等、排ガス温度が低い場
合であっても、パティキュレートの燃焼が進行し、排ガ
スが浄化される。In addition, the increase in the contact area between the particulates and the surface of the base material makes it easier for the particulates to burn and lowers the ignition temperature of the particulates. Therefore, even when the temperature of the exhaust gas is low, such as when starting the engine, the particulate combustion proceeds and the exhaust gas is purified.
【0022】また、前記パティキュレートフィルタは、
前記基材内に、複数のトラップ室と該トラップ室をつな
ぐ連通孔とを有していることが望ましい。基材内部に複
数のトラップ室と該トラップ室をつなぐ連通孔を設ける
と、排ガスがパティキュレートフィルタを通過する際、
排ガス中に含まれるパティキュレートは、連通孔を介し
て、一つのトラップ室から次のトラップ室に搬送され
る。Further, the particulate filter includes:
It is desirable that the base material have a plurality of trap chambers and a communication hole connecting the trap chambers. When a plurality of trap chambers and a communication hole connecting the trap chambers are provided inside the base material, when exhaust gas passes through the particulate filter,
The particulates contained in the exhaust gas are conveyed from one trap chamber to the next via a communication hole.
【0023】この時、基材表面で捕集されなかったパテ
ィキュレートは、順次、基材内部に形成されたトラップ
室に捕集されるので、パティキュレートフィルタの出口
側に抜けるパティキュレートは極めて少なくなる。ま
た、パティキュレートを捕集する表面積が大きくなるの
で、基材の目詰まりによる圧力損失の増大が起きにく
い。さらに、パティキュレートと基材との接触面積が増
大するので、パティキュレートの着火温度も低下し、燃
焼効率が向上する。At this time, the particulates not collected on the surface of the base material are sequentially collected in a trap chamber formed inside the base material, so that the amount of the particulates that escape to the outlet side of the particulate filter is extremely small. Become. Further, since the surface area for collecting particulates becomes large, an increase in pressure loss due to clogging of the base material does not easily occur. Further, since the contact area between the particulates and the base material increases, the ignition temperature of the particulates also decreases, and the combustion efficiency improves.
【0024】また、前記パティキュレートフィルタは、
前記基材表面の少なくとも一部に、断熱層が設けられて
いることが望ましい。基材表面の一部に断熱層を設ける
と、パティキュレートの燃焼により生じる熱の散逸が防
止されるので、さらにパティキュレートの着火温度が低
下し、燃焼効率が向上する。Further, the particulate filter is
It is preferable that a heat insulating layer is provided on at least a part of the surface of the base material. When a heat insulating layer is provided on a part of the surface of the base material, the dissipation of heat generated by the burning of the particulates is prevented, so that the ignition temperature of the particulates is further reduced and the combustion efficiency is improved.
【0025】ここで、断熱層は、パティキュレートの燃
焼反応場となる部分が断熱されるように設けると効果的
である。具体的には、所定の平均表面粗さRzが付与さ
れた基材表面の凹部に断熱層を設けるとよい。また、基
材内部に形成されたトラップ室内壁面も「基材表面」に
該当し、断熱層を設けることができる。また、特に、ウ
ォールフロータイプのハニカムフィルタの場合には、基
材のガス流出側部分に、ガス流入側部分の気孔率より高
い気孔率を有する断熱層を設けてもよい。Here, it is effective that the heat insulating layer is provided so that a portion serving as a combustion reaction field of the particulates is insulated. Specifically, it is preferable to provide a heat insulating layer in a concave portion of the substrate surface having a predetermined average surface roughness Rz. Further, the inner wall surface of the trap chamber formed inside the substrate also corresponds to the “substrate surface”, and a heat insulating layer can be provided. In particular, in the case of a wall flow type honeycomb filter, a heat insulating layer having a porosity higher than that of the gas inflow side portion may be provided in the gas outflow side portion of the substrate.
【0026】なお、上記のように構成されたパティキュ
レートフィルタの基材表面、基材内部に形成されたトラ
ップ室内壁面、あるいは基材表面に形成された断熱層の
表面に、酸化物触媒、貴金属触媒等を担持させると、パ
ティキュレートの着火温度をさらに低下させることがで
きる。また、酸化物触媒、貴金属触媒に加え、NOxを
還元する触媒や、NOx吸蔵材、熱特性制御材料等を担
持させれば、パティキュレートの燃焼効率が向上するの
みならず、NOxの低減等も可能となる。An oxide catalyst, a noble metal, or the like is formed on the surface of the base material of the particulate filter having the above-described structure, the inner wall surface of the trap chamber formed inside the base material, or the surface of the heat insulating layer formed on the base material surface. When a catalyst or the like is carried, the ignition temperature of the particulates can be further reduced. In addition to the oxide catalyst and the noble metal catalyst, if a NOx reducing catalyst, a NOx storage material, a thermal property control material, etc. are supported, not only can the particulate combustion efficiency be improved, but also the NOx reduction can be achieved. It becomes possible.
【0027】具体的には、酸化物触媒としては、CeO
2、Fe2O3、Pr2O3、Pr 6O11等の単相あ
るいは複相を用いることができる。また、貴金属触媒と
しては、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム等の
単相あるいは複相を用いることができる。さらに、単相
あるいは複相の酸化物触媒と、単相あるいは複相の貴金
属触媒との複合触媒を用いてもよい。Specifically, the oxide catalyst may be CeO
2, Fe2O3, Pr2O3, Pr 6O11Single phase
Alternatively, multiple phases can be used. Also, with precious metal catalysts
Of platinum, palladium, rhodium, iridium, etc.
Single or multiple phases can be used. In addition, single phase
Alternatively, a multi-phase oxide catalyst and a single-phase or multi-phase precious metal
A composite catalyst with a metal catalyst may be used.
【0028】[0028]
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を詳細
に説明する。本発明に係るパティキュレートフィルタに
おいて、基材の平均表面粗さRzを30〜1000μm
に限定したのは、以下の理由による。Embodiments of the present invention will be described below in detail. In the particulate filter according to the present invention, the average surface roughness Rz of the substrate is 30 to 1000 μm.
Is limited to the following reasons.
【0029】すなわち、基材の平均表面粗さRzを30
μm未満とすると、例えば、ストレートフロータイプの
ハニカムフィルタの場合、パティキュレートの捕集効率
が低下する。平均表面粗さRzが小さすぎると、排ガス
が基材内部に形成されたセルの隔壁近傍を通過する際、
排ガスの流れの乱れが少なくなり、パティキュレートと
基材との接触頻度が減少するためである。That is, the average surface roughness Rz of the substrate is 30
If it is less than μm, for example, in the case of a honeycomb filter of a straight flow type, the collection efficiency of particulates is reduced. If the average surface roughness Rz is too small, when the exhaust gas passes near the partition walls of cells formed inside the substrate,
This is because the turbulence of the flow of the exhaust gas is reduced, and the frequency of contact between the particulates and the base material is reduced.
【0030】また、ウォールフロータイプのハニカムフ
ィルタの場合には、基材の平均表面粗さRzが小さすぎ
ると、排ガスが隔壁を通過する際に、隔壁表面でパティ
キュレートの大半が捕捉され、パティキュレートが隔壁
表面に層状に密に堆積するためである。In the case of a wall flow type honeycomb filter, if the average surface roughness Rz of the substrate is too small, most of the particulates are trapped on the partition wall surface when exhaust gas passes through the partition wall, and This is because the curate is densely deposited in a layer on the partition wall surface.
【0031】これに対し、基材の平均表面粗さRzが1
000μmを越えると、例えば、ストレートフロータイ
プのハニカムフィルタの場合、セルの開口面積が減少す
ることにより圧力損失が増大する問題がある。また、例
えば、ウォールフロータイプのハニカムフィルタの場
合、圧力損失を増大させずに基材表面に凹凸を形成する
ことが困難になる。On the other hand, the average surface roughness Rz of the substrate is 1
If it exceeds 000 μm, for example, in the case of a honeycomb filter of a straight flow type, there is a problem that the pressure loss increases due to a decrease in the cell opening area. Further, for example, in the case of a honeycomb filter of a wall flow type, it becomes difficult to form irregularities on the substrate surface without increasing the pressure loss.
【0032】以上の理由から、基材の平均表面粗さRz
は、30〜1000μmとする必要がある。なお、スト
レートフロータイプのハニカムフィルタの場合、平均表
面粗さRzが大きくなるほど、パティキュレートの捕集
効率及び燃焼効率は向上する傾向がある。しかし、平均
表面粗さRzが小さすぎると、捕集効率が急激に低下す
ると共に、着火温度も上昇する。一方、平均表面粗さR
zが大きすぎると、圧力損失が増加する。これらの点を
勘案すると、捕集効率及び燃焼効率が高く、しかも圧力
損失の小さいストレートフロータイプのパティキュレー
トフィルタを得るには、基材の平均表面粗さRzは、1
70〜700μmの範囲が特に好適である。For the above reasons, the average surface roughness Rz of the substrate
Should be 30 to 1000 μm. In the case of a straight-flow type honeycomb filter, as the average surface roughness Rz increases, the particulate collection efficiency and the combustion efficiency tend to increase. However, when the average surface roughness Rz is too small, the trapping efficiency is sharply reduced and the ignition temperature is increased. On the other hand, the average surface roughness R
If z is too large, the pressure loss will increase. Considering these points, in order to obtain a straight flow type particulate filter having a high collection efficiency and a high combustion efficiency and a small pressure loss, the average surface roughness Rz of the base material must be 1
A range of 70 to 700 μm is particularly preferred.
【0033】なお、パティキュレートフィルタを構成す
る基材の材質や、フィルタの形状は、特に限定されるも
のではない。例えば、基材には、コージェライト、炭化
珪素、窒化珪素、ムライト等のセラミックス材料や金属
材料等、各種の材料を用いることができる。また、基材
の形状は、ハニカムフィルタ、フォームフィルタ、ファ
イバーフィルタのいずれであってもよい。また、基材表
面には、触媒を担持させても良い。The material of the base material constituting the particulate filter and the shape of the filter are not particularly limited. For example, various materials such as a ceramic material such as cordierite, silicon carbide, silicon nitride, and mullite and a metal material can be used for the base material. Further, the shape of the base material may be any of a honeycomb filter, a foam filter, and a fiber filter. Further, a catalyst may be supported on the surface of the base material.
【0034】さらに、基材をストレートフロータイプの
ハニカム形状とする場合には、基材は、緻密質な材料あ
るいは多孔質材料のいずれで構成してもよい。また、基
材をウォールフロータイプのハニカム形状とする場合
は、平均表面粗さRzを上記範囲内とする以外は特に限
定されるものではなく、基材の気孔率、平均気孔径、気
孔径分布等は、フィルタが使用される環境に応じて適宜
選択することができる。Further, when the substrate has a honeycomb shape of a straight flow type, the substrate may be made of either a dense material or a porous material. When the substrate is formed into a wall flow type honeycomb shape, there is no particular limitation except that the average surface roughness Rz is within the above range, and the porosity, the average pore diameter, and the pore diameter distribution of the substrate. Can be appropriately selected according to the environment in which the filter is used.
【0035】次に、基材表面に所定の表面粗さを付与し
たパティキュレートフィルタによるパティキュレートの
捕集過程及び燃焼過程について説明する。所定の平均表
面粗さRzを有するパティキュレートフィルタを排ガス
流路に配設し、排ガス流路にパティキュレートを含む排
ガスを流すと、例えばストレートフロータイプのパティ
キュレートフィルタの場合には、排ガスは隔壁で仕切ら
れたセル内部を貫流する。また、ウォールフロータイプ
のパティキュレートフィルタの場合には、排ガスはガス
流入側からガス流出側に向かって隔壁内部を通過する。Next, the process of collecting and burning particulates by a particulate filter having a predetermined surface roughness on the surface of the substrate will be described. When a particulate filter having a predetermined average surface roughness Rz is disposed in the exhaust gas flow path, and the exhaust gas containing particulates flows in the exhaust gas flow path, for example, in the case of a straight flow type particulate filter, the exhaust gas Flows through the inside of the cell partitioned by. In the case of a particulate filter of the wall flow type, the exhaust gas passes through the inside of the partition wall from the gas inflow side to the gas outflow side.
【0036】この時、基材の平均表面粗さRzを30〜
1000μmとし、表面粗さに対応する凹凸を基材の表
面に形成すると、排ガスが基材の一部である隔壁表面近
傍を通過する際、あるいは、排ガスが隔壁を通過する際
に、排ガスの流れに乱れが生じ、排ガス中に含まれるパ
ティキュレートと基材表面との接触頻度が増加する。そ
のため、基材表面を平滑面とした場合と比べて、基材表
面におけるパティキュレートの捕集効率が向上する。At this time, the average surface roughness Rz of the substrate is 30 to
When the unevenness corresponding to the surface roughness is formed on the surface of the substrate at 1000 μm, the flow of the exhaust gas when the exhaust gas passes near the partition wall surface which is a part of the substrate or when the exhaust gas passes through the partition wall And the frequency of contact between the particulates contained in the exhaust gas and the surface of the substrate increases. Therefore, the collection efficiency of particulates on the substrate surface is improved as compared with the case where the substrate surface is a smooth surface.
【0037】また、パティキュレートと基材表面との接
触面積が増大することにより、パティキュレートが燃焼
しやすくなり、パティキュレートの着火温度が低下す
る。そのため、エンジン始動時等、排ガス温度が低い場
合であっても排ガスを浄化することができる。さらに、
低温域からパティキュレートの燃焼が進行するので、セ
ルが閉塞したり、基材が目詰まりを起こしにくくなり、
圧力損失の増加が抑制される。Further, the increase in the contact area between the particulate and the surface of the base material facilitates the burning of the particulate and lowers the ignition temperature of the particulate. Therefore, even when the temperature of the exhaust gas is low, such as when starting the engine, the exhaust gas can be purified. further,
As the burning of particulates progresses from the low temperature range, the cells are less likely to be clogged and the substrate is less likely to be clogged,
An increase in pressure loss is suppressed.
【0038】次に、基材の平均表面粗さRzが30〜1
000μmであるパティキュレートフィルタの製造方法
について説明する。パティキュレートフィルタの平均表
面粗さRzを上記範囲とする製造方法には、種々の方法
がある。基材としてセラミックス材料を用いる場合に
は、例えば、原料粉末中に粗大造孔材を添加する方法、
あるいは基材表面に粗大造孔材を含むスラリーを塗布す
る方法が好適である。Next, the average surface roughness Rz of the substrate is 30 to 1
A method for manufacturing a particulate filter having a size of 000 μm will be described. There are various methods for producing the particulate filter having the average surface roughness Rz within the above range. When a ceramic material is used as the base material, for example, a method of adding a coarse pore former to the raw material powder,
Alternatively, a method of applying a slurry containing a coarse pore-forming material to the surface of the base material is preferable.
【0039】原料粉末中に粗大造孔材を添加する方法
(以下、「方法A」という)によるパティキュレートフ
ィルタの製造は、具体的には、以下の手順に従って行わ
れる。すなわち、まず、コージェライト、炭化珪素等の
セラミックス原料粉末に対し、所定の粒度を有する黒鉛
粒子、カーボンブラック、樹脂粒子等からなる可燃性の
粗大造孔材及びバインダーを添加し、これらを均一に混
練する。次いで、混練された原料を所定の形状に成形
し、得られた成形体を所定の温度で焼成する。The production of a particulate filter by a method of adding a coarse pore former to the raw material powder (hereinafter referred to as "method A") is specifically performed according to the following procedure. That is, first, to a ceramic raw material powder such as cordierite and silicon carbide, a flammable coarse pore former made of graphite particles having a predetermined particle size, carbon black, resin particles, etc. and a binder are added, and these are uniformly mixed. Knead. Next, the kneaded raw material is formed into a predetermined shape, and the obtained molded body is fired at a predetermined temperature.
【0040】原料粉末中に添加された粗大造孔材の一部
は、成形体内部に均一に分散し、他の一部は成形体表面
に露出した状態になっている。そのため、得られた成形
体を所定の温度で焼成すると、粗大造孔材が燃焼・ガス
化して揮散し、基材内部には気孔が形成されると共に、
基材表面には所望の平均表面粗さRzが付与される。A part of the coarse pore-forming material added to the raw material powder is uniformly dispersed inside the molded body, and the other part is exposed on the surface of the molded body. Therefore, when the obtained molded body is fired at a predetermined temperature, the coarse pore forming material is burned and gasified and volatilized, and pores are formed inside the base material,
A desired average surface roughness Rz is given to the substrate surface.
【0041】なお、ハニカムフィルタを製造する場合に
は、混練された原料をハニカム形状に押出成形した後、
所定の長さにカットすればよい。また、焼成は、一般
に、粗大造孔材の燃焼除去及び脱脂を行う仮焼工程と、
セラミックスを焼結させる焼結工程からなる。焼成温度
は、粗大造孔材の燃焼特性、セラミックス原料の焼結特
性等を考慮して適宜選択することができる。In the case of manufacturing a honeycomb filter, the kneaded raw material is extruded into a honeycomb shape and then extruded.
What is necessary is just to cut to predetermined length. Further, the firing is generally a calcining step of burning and removing the coarse pore former and degreasing,
It comprises a sintering step for sintering ceramics. The firing temperature can be appropriately selected in consideration of the combustion characteristics of the coarse pore former, the sintering characteristics of the ceramic raw material, and the like.
【0042】さらに、基材の平均表面粗さRzは、原料
粉末に添加する粗大造孔材の粒径、配合比、及びセラミ
ックスの焼結収縮によって決まる。一般に、粗大造孔材
の粒径及び配合比が大きくなるほど、平均表面粗さRz
は大きくなるので、セラミックスの収縮率を考慮し、所
望の平均表面粗さRzが得られるような粗大造孔材の粒
径及び配合比を選択すればよい。Further, the average surface roughness Rz of the base material is determined by the particle size of the coarse pore former added to the raw material powder, the compounding ratio, and the sintering shrinkage of the ceramic. Generally, the larger the particle size and the mixing ratio of the coarse pore former, the larger the average surface roughness Rz.
Therefore, the particle size and the mixing ratio of the coarse pore former may be selected so as to obtain a desired average surface roughness Rz in consideration of the contraction rate of the ceramic.
【0043】また、基材表面に粗大造孔材を含むスラリ
ーを塗布する方法(以下、「方法B」という)によるパ
ティキュレートフィルタの製造は、具体的には以下の手
順に従って行われる。すなわち、まず、フィルタの主要
部分を構成する基材を予め作製する。基材の材質、形状
等は、特に限定されるものではない。The production of a particulate filter by a method of applying a slurry containing a coarse pore-forming material to the surface of a substrate (hereinafter referred to as "method B") is specifically performed according to the following procedure. That is, first, a base material constituting a main part of the filter is prepared in advance. The material and shape of the substrate are not particularly limited.
【0044】例えば、ストレートフロータイプのハニカ
ムフィルタの場合には、基材は、緻密質の材料からなる
ものでもよく、あるいは、多孔質の材料からなるもので
もよい。また、例えば、ウォールフロータイプのハニカ
ムフィルタの場合には、用途に応じた平均気孔径、気孔
率等を備えた基材を用意する。さらに、基材は、焼結工
程を経た焼結体でもよく、仮焼工程のみを行った仮焼体
でもよい。For example, in the case of a straight flow type honeycomb filter, the substrate may be made of a dense material, or may be made of a porous material. Further, for example, in the case of a honeycomb filter of a wall flow type, a base material having an average pore diameter, a porosity, and the like according to a use is prepared. Furthermore, the substrate may be a sintered body that has undergone a sintering step, or may be a calcined body that has undergone only a calcination step.
【0045】次に、基材との接合性が良好な原料粉末
(例えば、基材と同一組成を有する粉末)に、所定の粒
度を有する黒鉛粒子、カーボンブラック等からなる可燃
性の粗大造孔材及びバインダーを加えてスラリー状とす
る。得られたスラリー中に前述の基材を浸漬し、基材表
面にスラリーをコーティングする。Next, a raw material powder (for example, powder having the same composition as the substrate) having good bondability with the substrate is provided with flammable coarse pores made of graphite particles having a predetermined particle size, carbon black, or the like. The material and the binder are added to form a slurry. The above-described substrate is immersed in the obtained slurry, and the surface of the substrate is coated with the slurry.
【0046】さらに、基材表面に形成されたコーティン
グ層を乾燥させた後、これを所定温度で焼成する。これ
により、基材表面に塗布したスラリー中に含まれる原料
粉末と基材とが焼結して一体化すると共に、スラリー中
に含まれる粗大造孔材が燃焼・ガス化して揮散し、基材
表面に所望の平均表面粗さRzが付与される。Further, after drying the coating layer formed on the surface of the substrate, it is fired at a predetermined temperature. As a result, the raw material powder contained in the slurry applied to the surface of the substrate and the substrate are sintered and integrated, and the coarse pore-forming material contained in the slurry is burned and gasified and volatilized. A desired average surface roughness Rz is imparted to the surface.
【0047】上記方法Aによれば、1回の焼成工程によ
り、基材内部に気孔が形成されると同時に、基材表面に
所望の平均表面粗さRzが付与されるので、特に、ウォ
ールフロータイプのパティキュレートフィルタの製造方
法として好適である。また、方法Aと方法Bとを併用す
れば、基材内部の平均気孔径と基材表面の平均表面粗さ
Rzとを独立に制御することができるという利点があ
る。According to the above-mentioned method A, the pores are formed inside the base material and the desired average surface roughness Rz is given to the base material surface by one baking step. It is suitable as a method for producing a particulate filter of a type. Further, when the method A and the method B are used together, there is an advantage that the average pore diameter inside the substrate and the average surface roughness Rz of the substrate surface can be independently controlled.
【0048】さらに、基材がガラス質を含む材料からな
る場合には、上述のようにして得られた基材をオートク
レーブに入れ、高温高圧の水蒸気で処理してもよい。オ
ートクレーブ処理すると、表面のガラス質が軟化または
溶解するので、基材の平均表面粗さRzをさらに粗くす
ることができる。When the substrate is made of a material containing glass, the substrate obtained as described above may be placed in an autoclave and treated with high-temperature and high-pressure steam. The autoclave treatment softens or melts the vitreous surface, so that the average surface roughness Rz of the substrate can be further increased.
【0049】次に、基材内に複数のトラップ室と、該ト
ラップ室をつなぐ連通孔とを備えたパティキュレートフ
ィルタの構成を図面を参照しながら説明する。図3は、
このようなパティキュレートフィルタの拡大断面図であ
り、パティキュレートフィルタ30は、基材32の表面
及び内部に多数のトラップ室34、34…が設けられ、
各トラップ室は、複数の連通孔36、36…によりつな
がれている。Next, the structure of a particulate filter having a plurality of trap chambers in a base material and a communication hole connecting the trap chambers will be described with reference to the drawings. FIG.
It is an enlarged sectional view of such a particulate filter. In the particulate filter 30, a large number of trap chambers 34, 34,...
Each of the trap chambers is connected by a plurality of communication holes 36.
【0050】ここで、トラップ室34、34…の大きさ
は、30〜300μmであることが望ましい。トラップ
室34、34…の大きさが30μm未満であると、トラ
ップ室34、34…におけるパティキュレートの捕集効
率及び燃焼効率が低下するので好ましくない。また、ト
ラップ室34、34…の大きさが300μmを越える
と、パティキュレートとトラップ室34、34…との接
触頻度が減少し、燃焼効率が低下するので好ましくな
い。さらに、トラップ室34、34…の大きさが過大に
なると、構造上、パティキュレートフィルタ30の製造
が困難になる。Here, the size of the trap chambers 34, 34,... Is desirably 30 to 300 μm. If the size of the trap chambers 34, 34 is less than 30 μm, the trapping efficiency and the burning efficiency of the particulates in the trap chambers 34, 34 decrease. If the size of the trap chambers 34, 34... Exceeds 300 μm, the frequency of contact between the particulates and the trap chambers 34, 34. Further, if the size of the trap chambers 34, 34,... Becomes excessively large, it becomes difficult to manufacture the particulate filter 30 structurally.
【0051】また、連通孔36、36…の径は、5〜1
00μmの範囲であることが望ましい。連通孔36、3
6…の径が5μm未満では連通孔36、36…が目詰ま
りを起こし、圧力損失が増大するので好ましくない。ま
た、連通孔36、36…の径が100μmを越えると、
トラップ室34、34…内部におけるパティキュレート
の捕集効率及び燃焼効率が低下するので好ましくない。The diameter of the communication holes 36, 36,.
It is desirable to be in the range of 00 μm. Communication holes 36, 3
If the diameter of 6 is less than 5 μm, the communication holes 36 are undesirably clogged and the pressure loss increases. When the diameter of the communication holes 36, 36 ... exceeds 100 μm,
It is not preferable because the trapping efficiency and the burning efficiency of the particulates in the trap chambers 34, 34 ... decrease.
【0052】また、連通孔36、36…の径がトラップ
室34、34…の大きさと同等以上になると、単に3次
元的に連結された気孔を均一に分散させた構造に等しく
なり、連通孔36、36…を設けることにより得られる
種々の効果が得られなくなる。従って、連通孔36、3
6…の径は、当然、トラップ室34、34…の大きさよ
り小さくすることが必要である。When the diameter of the communication holes 36 is equal to or greater than the size of the trap chambers 34, 34, the communication holes 36 become equal to a structure in which the three-dimensionally connected pores are uniformly dispersed. Various effects obtained by providing 36, 36... Cannot be obtained. Therefore, the communication holes 36, 3
Of course, it is necessary to make the diameter of 6 ... smaller than the size of the trap chambers 34, 34 ....
【0053】なお、基材32の材質及び形状は、特に限
定されるものではなく、各種の材料及び形状を用いるこ
とができる点は、基材表面を粗面とした前述のパティキ
ュレートフィルタと同様である。中でも、コージェライ
トは、連通孔の形成が容易であるので、基材の材質とし
て特に好適である。また、ウォールフロータイプのハニ
カムフィルタは、基材内部にトラップ室と連通孔とを設
けることにより得られる諸効果が顕著に現れるので、基
材の形状として特に好適である。The material and shape of the substrate 32 are not particularly limited, and various materials and shapes can be used as in the case of the above-described particulate filter having a rough substrate surface. It is. Above all, cordierite is particularly suitable as the material of the base material because the formation of the communication hole is easy. The wall flow type honeycomb filter is particularly suitable as the shape of the base material because various effects obtained by providing the trap chamber and the communication hole inside the base material are remarkable.
【0054】次に、図3に示すトラップ室と連通孔とを
有するパティキュレートフィルタによるパティキュレー
トの捕集過程及び燃焼過程について説明する。複数のト
ラップ室34、34…と、該トラップ室34、34…を
つなぐ連通孔36、36…とを有するパティキュレート
フィルタ30を排ガス流路に配設し、パティキュレート
を含む排ガスを流すと、排ガスの一部は、基材32表面
に開口したトラップ室34の内部に侵入する。Next, the process of collecting and burning particulates by the particulate filter having the trap chamber and the communication hole shown in FIG. 3 will be described. When a particulate filter 30 having a plurality of trap chambers 34, 34, and communication holes 36, 36 ... connecting the trap chambers 34, 34 ... is disposed in the exhaust gas flow path, and when the exhaust gas containing the particulates flows, Part of the exhaust gas enters the trap chamber 34 opened on the surface of the substrate 32.
【0055】該トラップ室34に排ガスが侵入すると、
排ガス中に含まれるパティキュレートの一部は、該トラ
ップ室34の内壁面に捕集される。残りのパティキュレ
ートは、該トラップ室34内をしばらく滞留した後、連
通孔36を介して順次、基材32内部に設けられたトラ
ップ室34、34…内へと搬送される。この時、基材3
2表面で捕集されなかったパティキュレートは、搬送さ
れる間に、順次トラップ室34、34…内壁面で捕集さ
れるので、パティキュレートフィルタの出口側へ抜ける
パティキュレートは極めて少なくなる。When exhaust gas enters the trap chamber 34,
Part of the particulates contained in the exhaust gas is collected on the inner wall surface of the trap chamber 34. After the remaining particulates stay in the trap chamber 34 for a while, they are sequentially conveyed through the communication holes 36 into the trap chambers 34, 34. At this time, the substrate 3
Since the particulates not collected on the two surfaces are sequentially collected on the inner wall surfaces of the trap chambers 34, 34,... While being conveyed, the amount of particulates that escape to the outlet side of the particulate filter is extremely small.
【0056】また、トラップ室34、34…を設けたこ
とによりパティキュレートを捕集する表面積が大きくな
るので、パティキュレートが基材32表面やトラップ室
34内壁面に厚く堆積することがない。しかも、各トラ
ップ室34、34…は、複数の連通孔36、36…によ
り連結されているので、一つの連通孔36が目詰まりを
起こしても、未燃焼のパティキュレートは、他の連通孔
36を介して次のトラップ室34に搬送される。その結
果、パティキュレートフィルタ30は、目詰まりをおこ
しにくくなり、圧力損失の増加が抑制される。Since the trap chambers 34, 34,... Are provided with a large surface area for trapping particulates, the particulates do not accumulate thickly on the surface of the base material 32 or the inner wall surface of the trap chamber 34. Moreover, since each of the trap chambers 34, 34,... Is connected by the plurality of communication holes 36, 36,. It is conveyed to the next trap chamber 34 via. As a result, the particulate filter 30 is less likely to be clogged, and an increase in pressure loss is suppressed.
【0057】さらに、連通孔36、36…の径は、トラ
ップ室34、34…の径より小さいので、パティキュレ
ートが連通孔36、36…を高速で通過し、次のトラッ
プ室34に放出されると、パティキュレートの流速が小
さくなり、そこでしばらく滞留することとなる。そのた
め、気孔を均一に分散させた従来型のフィルタと比べ
て、排ガスがパティキュレートフィルタを通過するまで
に、パティキュレートがトラップ室34内壁面に衝突す
る頻度が多くなる。その結果、パティキュレートの着火
温度が低下し、パティキュレートの燃焼効率が向上す
る。Since the diameters of the communication holes 36 are smaller than the diameters of the trap chambers 34, the particulates pass through the communication holes 36 at a high speed and are discharged to the next trap chamber 34. Then, the flow rate of the particulates decreases, and the particulates stay there for a while. Therefore, as compared with the conventional filter in which the pores are uniformly dispersed, the frequency at which the particulates collide with the inner wall surface of the trap chamber 34 before the exhaust gas passes through the particulate filter increases. As a result, the ignition temperature of the particulates decreases, and the combustion efficiency of the particulates improves.
【0058】次に、トラップ室及び連通孔を備えたパテ
ィキュレートフィルタの製造方法について説明する。ト
ラップ室及び連通孔は、基材の材質に応じて、種々の方
法により形成することができる。特に、基材としてコー
ジェライトを用いる場合には、コージェライトを合成す
る段階でコージェライト粒子内部に連通孔を形成するこ
とができるという利点がある。コージェライトを合成す
る段階で連通孔を生成する方法には、粗大なタルクを用
いる方法と、造粒粉を用いる方法とがある。Next, a method of manufacturing a particulate filter having a trap chamber and a communication hole will be described. The trap chamber and the communication hole can be formed by various methods according to the material of the base material. In particular, when cordierite is used as a base material, there is an advantage that communication holes can be formed inside cordierite particles at the stage of synthesizing cordierite. Methods for forming the communication holes at the stage of synthesizing cordierite include a method using coarse talc and a method using granulated powder.
【0059】粗大なタルクを用いる方法(以下、「方法
C」という)によるパティキュレートフィルタの製造
は、具体的には以下の手順に従って行われる。すなわ
ち、まず、出発原料として、アルミナ、カオリン、タル
クを準備する。この場合、タルクの粒径は、アルミナ及
びカオリンより粗くする。The production of a particulate filter by a method using coarse talc (hereinafter referred to as “method C”) is specifically performed according to the following procedure. That is, first, alumina, kaolin, and talc are prepared as starting materials. In this case, the particle size of talc is coarser than that of alumina and kaolin.
【0060】次いで、アルミナ、カオリン及びタルクの
粉末を、各々15、40及び45wt%の比率で秤量
し、混合する。さらに、この混合粉末に、可燃性の粗大
造孔材(例えば、平均粒径約200μmのカーボンブラ
ック粒子や樹脂粒子等の低温燃焼物)、成形用バインダ
及び水を所定量加えて混合し、成形を行う。配合比は、
成型方法に応じて適宜選択することができる。押出成形
を行う場合には、配合比は、例えば、混合粉末49wt
%、粗大造孔材20wt%、成型用バインダ13wt
%、水18wt%とすればよい。Next, alumina, kaolin and talc powders are weighed and mixed at a ratio of 15, 40 and 45 wt%, respectively, and mixed. Further, a predetermined amount of a combustible coarse pore-forming material (for example, low-temperature combustible material such as carbon black particles or resin particles having an average particle diameter of about 200 μm), a molding binder and water are added to the mixed powder and mixed. I do. The compounding ratio is
It can be appropriately selected according to the molding method. When performing extrusion molding, the compounding ratio is, for example, 49 wt% of the mixed powder.
%, Coarse pore former 20wt%, molding binder 13wt
% And 18 wt% of water.
【0061】図4(a)は、得られた成形体の断面図を
模式的に示したものである。成形体40の内部には、粗
大造孔材42、42…が分散している。また、タルクの
比率が高いために、粗大造孔材42、42…の周囲に
は、粗大なタルク粒子44、44…による3次元ネット
ワーク構造ができている。さらに、粗大造孔材42、4
2…及びタルク粒子44、44…の隙間には、微細なア
ルミナ及びカオリンの混合粉末46が充填された状態に
なっている。FIG. 4A schematically shows a cross-sectional view of the obtained molded body. Inside the molded body 40, coarse pore-forming materials 42 are dispersed. Also, since the ratio of talc is high, a three-dimensional network structure of coarse talc particles 44, 44,... Is formed around the coarse pore-forming materials 42, 42,. Further, the coarse pores 42, 4
2 and the talc particles 44 are filled with a fine mixed powder 46 of alumina and kaolin.
【0062】次いで、図4(a)に示すような断面組織
を有する成形体を乾燥、脱脂し、さらに粗大造孔材除去
のために、大気中で熱処理(仮焼)を行う。この段階で
は、図4(b)に示すように、粗大造孔材42、42…
が燃焼除去され、後に粗大な気孔42a、42a…が形
成された状態になっている。Next, the compact having a cross-sectional structure as shown in FIG. 4A is dried and degreased, and is further subjected to a heat treatment (calcination) in the air to remove the coarse pore-forming material. At this stage, as shown in FIG.
Are burned out, and coarse pores 42a, 42a,... Are formed later.
【0063】さらに、次の焼成工程では、仮焼した基材
を1400℃前後に加熱し、コージェライトの合成を行
う。この時、基材温度が約1300℃以上になると、図
4(c)に示すように、タルク44、44…が溶融し、
この溶融物が周囲のアルミナ及びカオリンの混合粉末4
6に吸い取られ、タルクが存在していた場所は、気孔4
4a、44a…となる。これにより、粗大気孔42a、
42a間を連結する気孔44a、44a…の3次元ネッ
トワーク、すなわち連通孔が形成される。そして、焼成
の最終段階では、アルミナ及びカオリンの混合物及び溶
融したタルクが反応してコージェライトとなる。In the next firing step, the calcined substrate is heated to about 1400 ° C. to synthesize cordierite. At this time, when the temperature of the base material becomes about 1300 ° C. or higher, the talc 44 melts as shown in FIG.
This melt is mixed powder 4 of the surrounding alumina and kaolin.
The place where talc was sucked by 6 was
4a, 44a... Thereby, the coarse air holes 42a,
A three-dimensional network of pores 44a, 44a,... Connecting between 42a, that is, communicating holes is formed. Then, in the final stage of firing, the mixture of alumina and kaolin and the molten talc react to form cordierite.
【0064】なお、トラップ室の大きさは、原料粉末中
に添加する粗大造孔材の粒径を調整することにより制御
することができ、粗大造孔材の粒径が大きいほど大きな
トラップ室を形成することができる。同様に、連通孔の
大きさは、コージェライトの合成に使用するタルクの粒
度を調整することにより制御することができ、粒径の小
さなタルクを用いるほど、連通孔の径は小さくなる。The size of the trap chamber can be controlled by adjusting the particle diameter of the coarse pore material added to the raw material powder. The larger the coarse pore material, the larger the trap chamber. Can be formed. Similarly, the size of the communication hole can be controlled by adjusting the particle size of talc used for synthesizing cordierite, and the smaller the particle size of talc, the smaller the diameter of the communication hole.
【0065】但し、タルクの粒径が小さすぎると、コー
ジェライト中に形成される連通孔の径が小さくなりすぎ
るので好ましくない。また、タルクの溶融により生成し
た気孔が連通せずに孤立する場合があるので好ましくな
い。一方、タルクの粒径が大きすぎると、連通孔の大き
さがトラップ室の大きさと同等以上になり、連通孔を設
けることによる種々の効果が得られないので好ましくな
い。従って、方法Cに用いるタルクの粒径は、好ましく
は、5〜200μmである。However, if the particle size of talc is too small, the diameter of the communication hole formed in cordierite becomes too small, which is not preferable. Further, it is not preferable because pores generated by melting talc may be isolated without communicating. On the other hand, if the particle size of talc is too large, the size of the communication hole becomes equal to or larger than the size of the trap chamber, and it is not preferable because various effects by providing the communication hole cannot be obtained. Therefore, the particle size of the talc used in the method C is preferably 5 to 200 μm.
【0066】また、造粒粉を用いる方法(以下、「方法
D」という)によるパティキュレートフィルタの製造
は、具体的には以下の手順に従って行われる。すなわ
ち、まず、出発原料として、アルミナ、カオリン、タル
クを準備する。この場合、タルクの粒径は、10〜30
μmとする。なお、方法Dの場合、方法Cと異なり、タ
ルクは、必ずしもアルミナ及びカオリンより粗くする必
要はない。The production of a particulate filter by a method using granulated powder (hereinafter referred to as “method D”) is specifically performed according to the following procedure. That is, first, alumina, kaolin, and talc are prepared as starting materials. In this case, the particle size of talc is 10 to 30.
μm. In the case of the method D, unlike the method C, the talc does not necessarily have to be coarser than the alumina and the kaolin.
【0067】次いで、アルミナ及びカオリンの粉末を、
15:45の比率で混合し、平均粒径40〜100μm
の造粒粉を作製する。なお、この造粒粉中には、僅かの
タルクを添加してもかまわない。Next, the alumina and kaolin powders were
Mix at a ratio of 15:45, average particle size of 40 to 100 μm
To produce granulated powder. Note that a slight amount of talc may be added to the granulated powder.
【0068】また、これとは別に、上述のアルミナ、カ
オリン及びタルクを所定量秤量し、混合する。混合粉末
の配合比率は、造粒粉にこの混合粉末を加えたときに、
アルミナ:カオリン:タルクの比率が全体で15:4
0:45となるようにする。従って、造粒粉中にはタル
クはほとんど含まれていないので、混合粉末中のタルク
の比率は当然高くなる。Separately, predetermined amounts of the above-mentioned alumina, kaolin and talc are weighed and mixed. The mixing ratio of the mixed powder, when this mixed powder is added to the granulated powder,
Alumina: kaolin: talc ratio is 15: 4 in total
0:45. Therefore, since talc is hardly contained in the granulated powder, the ratio of talc in the mixed powder naturally increases.
【0069】次に、造粒粉、混合粉末、可燃性の粗大造
孔材(例えば、平均粒径約200μmのカーボンブラッ
ク粒子や樹脂粒子等の低温燃焼物)、成形用バインダ及
び水を所定量秤量して混合し、押出成形等により成形体
を作製する。なお、これらの混合物に対し、微粒の造孔
材、微粒のカオリン、微粒のタルク等を混入してもよ
い。Next, a predetermined amount of granulated powder, mixed powder, flammable coarse pore forming material (for example, low-temperature combustible material such as carbon black particles and resin particles having an average particle diameter of about 200 μm), a molding binder and water are added. It is weighed and mixed, and a molded body is prepared by extrusion molding or the like. Note that a fine pore former, fine kaolin, fine talc, or the like may be mixed with these mixtures.
【0070】図5(a)は、得られた成形体の断面図を
模式的に示したものである。成形体50の内部には、粗
大造孔材52、52…が分散している。また、アルミナ
とカオリンからなる造粒粉54、54…の比率が高いた
めに、粗大造孔材42、42…の周囲には、造粒粉5
4、54…による3次元ネットワーク構造ができてい
る。さらに、粗大造孔材52、52…及び造粒粉54、
54…の隙間には、アルミナ、カオリン及びタルクの混
合粉末56が充填された状態になっている。FIG. 5 (a) schematically shows a cross-sectional view of the obtained molded body. Inside the molded body 50, coarse pore-forming materials 52 are dispersed. Also, since the ratio of the granulated powders 54, 54... Made of alumina and kaolin is high, the granulated powders 5 around the coarse pores 42, 42.
, A three-dimensional network structure is formed. Further, coarse pore-forming materials 52, 52,.
The gap 54 is filled with a mixed powder 56 of alumina, kaolin and talc.
【0071】次いで、図5(a)に示すような断面組織
を有する成形体を乾燥、脱脂し、さらに粗大造孔材除去
のために、大気中で熱処理(仮焼)を行う。この段階で
は、図5(b)に示すように、粗大造孔材52、52…
が燃焼除去され、後に粗大な気孔52a、52a…が形
成された状態になっている。また、造粒粉54、54の
内部には、微細な気孔(図示せず)が生成した状態にな
っている。Next, the compact having a cross-sectional structure as shown in FIG. 5A is dried and degreased, and further subjected to a heat treatment (calcination) in the air to remove a coarse pore-forming material. At this stage, as shown in FIG.
Are burned off, and coarse pores 52a, 52a,... Are formed later. Further, fine pores (not shown) are generated inside the granulated powders 54, 54.
【0072】さらに、次の焼成工程では、仮焼した基材
を1400℃前後に加熱し、コージェライトの合成を行
う。この時、基材温度が約1300℃以上になると、図
5(c)に示すように、混合粉末56中に多量に含まれ
ているタルクが溶融し、この溶融物が周囲のアルミナ及
びカオリンからなる造粒粉54、54…に吸い取られ、
タルクが存在していた場所は、気孔56a、56a…と
なる。これにより、粗大気孔52a、52a間を連結す
る気孔56a、56a…の3次元ネットワーク、すなわ
ち連通孔が形成される。そして、焼成の最終段階では、
アルミナ及びカオリンの混合物及び溶融したタルクが反
応してコージェライトとなる。Further, in the next firing step, the calcined substrate is heated to about 1400 ° C. to synthesize cordierite. At this time, when the temperature of the base material becomes about 1300 ° C. or more, as shown in FIG. 5C, a large amount of talc contained in the mixed powder 56 is melted, and the melt is removed from the surrounding alumina and kaolin. Are absorbed by the granulated powder 54, 54 ...
The places where the talc existed are the pores 56a, 56a. As a result, a three-dimensional network of pores 56a, 56a... Connecting the coarse atmospheric pores 52a, 52a, that is, communication holes is formed. And in the final stage of firing,
The mixture of alumina and kaolin and the molten talc react to form cordierite.
【0073】以上のように、方法Cあるいは方法Dによ
れば、コージェライトを合成する段階でトラップ室をつ
なぐ複数の連通孔を容易に形成することができるという
利点がある。また、使用するコージェライトの粒径、造
粒粉の粒径等を制御することにより、連通孔の径を容易
に制御することができるという利点がある。また、トラ
ップ室を形成するために粗大造孔材を用いているので、
焼成時にトラップ室が形成されると同時に、基材の平均
表面粗さRzも粗くなり、捕集効率及び燃焼効率の高い
パティキュレートフィルタが得られる。さらに、方法C
又は方法Dと方法Bを併用すれば、基材の平均表面粗さ
Rzをさらに粗くすることもできる。As described above, according to the method C or the method D, there is an advantage that a plurality of communication holes connecting the trap chambers can be easily formed at the stage of synthesizing cordierite. Further, there is an advantage that the diameter of the communication hole can be easily controlled by controlling the particle diameter of the cordierite to be used, the particle diameter of the granulated powder, and the like. In addition, since a large pore material is used to form the trap chamber,
At the same time trap chamber during firing is formed, becomes rough average surface roughness Rz of the substrate, high particulate filters capture efficiency and combustion efficiency. Further, Method C
Alternatively, when the methods D and B are used in combination, the average surface roughness Rz of the substrate can be further increased.
【0074】なお、連通孔を形成する方法は、上記方法
Cあるいは方法Dに限られるものではなく、他の方法を
用いて形成することもできる。例えば、基材の主成分を
なすセラミックス原料粉末の粒度を調整し、該セラミッ
クス原料粉末の各粒子の三重点に形成された気孔を連通
させて連通孔とし、これを用いてトラップ室を連結して
もよい。また、造孔材として添加するカーボンブラッ
ク、黒鉛粒子等の粒度及び配合量を適宜調整することに
より、粗大造孔材の燃焼によって生成したトラップ室
を、微粒の造孔材の燃焼によって生成した連通孔で連結
しても良い。The method of forming the communication hole is not limited to the above method C or D, but may be formed by using another method. For example, the particle size of the ceramic raw material powder, which is the main component of the base material, is adjusted, pores formed at the triple point of each particle of the ceramic raw material powder are connected to form communication holes, and the trap chambers are connected using the communication holes. You may. In addition, by appropriately adjusting the particle size and the amount of carbon black and graphite particles added as a pore-forming material, the trap chamber generated by burning the coarse pore-forming material is connected to the trap chamber formed by burning the fine pore-forming material. It may be connected by a hole.
【0075】次に、基材表面の少なくとも一部に断熱層
を設けたパティキュレートフィルタの構成について図面
を参照しながら説明する。図7は、このようなパティキ
ュレートフィルタの拡大断面図であり、パティキュレー
トフィルタ60は、基材62内に多数のトラップ室6
4、64…を備えている。また、トラップ室64、64
…の一部は、基材62表面で開口しているので、基材6
2に所定の表面粗さが付与された状態になっている。さ
らに、基材62の表面及びトラップ室64、64…の内
壁面には、断熱層66が形成されている。Next, the structure of a particulate filter having a heat insulating layer provided on at least a part of the surface of a substrate will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is an enlarged sectional view of such a particulate filter. The particulate filter 60 has a large number of trap chambers 6 in a base material 62.
4, 64... Further, the trap chambers 64, 64
Are open at the surface of the base material 62,
2 has a predetermined surface roughness. Further, a heat insulating layer 66 is formed on the surface of the base material 62 and the inner wall surfaces of the trap chambers 64, 64.
【0076】ここで、断熱層66は、その熱伝導率及び
熱容量が、基材62の熱伝導率及び熱容量よりも小さい
物質からなることが必要である。具体的には、例えば基
材62としてコージェライトを用いる場合には、断熱層
66としては、チタニア(TiO2)又はシリカ(Si
O2)が好適である。Here, it is necessary that the heat insulating layer 66 be made of a substance having a heat conductivity and a heat capacity smaller than the heat conductivity and the heat capacity of the substrate 62. Specifically, for example, when cordierite is used as the base material 62, the thermal insulation layer 66 may be made of titania (TiO 2 ) or silica (Si
O 2 ) is preferred.
【0077】また、基材62表面に形成する断熱層66
の厚さは、1μm以上50μm以下が望ましい。断熱層
66の厚さが1μm未満では、断熱が不十分となり、パ
ティキュレートの着火温度を低下させることができない
ので好ましくない。また、断熱層66の厚さが50μm
を越えると、基材62表面の平均表面粗さRzが低下し
たり、基材62内部に形成されたトラップ室66、66
…の大きさが小さくなり、燃焼効率を低下させたり、圧
力損失を増大させるので好ましくない。The heat insulating layer 66 formed on the surface of the base material 62
Is preferably 1 μm or more and 50 μm or less. If the thickness of the heat insulating layer 66 is less than 1 μm, heat insulation becomes insufficient, and the ignition temperature of particulates cannot be lowered, which is not preferable. The thickness of the heat insulating layer 66 is 50 μm.
Is exceeded, the average surface roughness Rz of the surface of the substrate 62 is reduced, or the trap chambers 66 and 66 formed inside the substrate 62 are reduced.
Are undesirably reduced in size, resulting in reduced combustion efficiency and increased pressure loss.
【0078】なお、基材62の材質及び形状は、特に限
定されるものではなく、各種の材料及び形状を用いるこ
とができる点は、基材の表面を粗面とする前述のパティ
キュレートフィルタと同様である。また、基材62は、
トラップ室64、64を備えたもののみに限定されるも
のではない。例えば、ストレートフロータイプのハニカ
ムフィルタの場合には、方法Bにより所定の平均表面粗
さRzを付与した緻密質な材料からなるハニカム構造体
を基材62として用いてもよい。The material and shape of the base material 62 are not particularly limited, and various materials and shapes can be used, unlike the above-described particulate filter having a rough surface. The same is true. Further, the base material 62
The invention is not limited to only those having the trap chambers 64, 64. For example, in the case of a honeycomb filter of a straight flow type, a honeycomb structure made of a dense material provided with a predetermined average surface roughness Rz by the method B may be used as the substrate 62.
【0079】次に、基材表面の一部に断熱層を設けた他
の形態に係るパティキュレートフィルタの構成について
説明する。特に、ウォールフロータイプのパティキュレ
ートフィルタの場合には、排ガスは基材の一部である隔
壁を通過するので、隔壁のガス流出側部分に、ガス流入
側部分の気孔率より高い気孔率を有する断熱層を設けて
もよい。図8は、その一例であり、パティキュレートフ
ィルタ70は、基材72の内部に多数のトラップ室7
4、74…が形成されている。また、基材72のガス流
出側部分には、断熱層76が形成されている。Next, the configuration of a particulate filter according to another embodiment in which a heat insulating layer is provided on a part of the surface of the substrate will be described. In particular, in the case of a particulate filter of a wall flow type, since the exhaust gas passes through a partition which is a part of the base material, the gas outflow side portion of the partition has a higher porosity than the gas inflow side portion. A heat insulating layer may be provided. FIG. 8 shows an example of this, in which the particulate filter 70 has a large number of trap chambers 7 inside a base material 72.
4, 74... Are formed. Further, a heat insulating layer 76 is formed on the gas outlet side portion of the base material 72.
【0080】ここで、ガス流出側部分に設ける断熱層7
6の気孔率は、60%以上とすることが望ましい。断熱
層76の気孔率が60%未満では、基材72の断熱が不
十分となり、パティキュレートの着火温度を低下させる
ことができないので好ましくない。なお、断熱層76の
気孔率は、製造可能である限り、高い程良い。Here, the heat insulating layer 7 provided on the gas outflow side portion
The porosity of No. 6 is desirably 60% or more. If the porosity of the heat insulating layer 76 is less than 60%, the heat insulation of the base material 72 becomes insufficient, and the ignition temperature of particulates cannot be lowered, which is not preferable. The higher the porosity of the heat insulating layer 76 is, the better it can be manufactured.
【0081】また、ガス流出側部分に設ける断熱層76
の厚さは、20〜500μmが望ましい。断熱層76の
厚さが20μm未満では、基材72の断熱が不十分とな
り、パティキュレートの着火温度を低下させることがで
きないので好ましくない。また、断熱層76の厚さが5
00μmを越えると、圧力損失の増大を招くので好まし
くない。The heat insulating layer 76 provided on the gas outflow side portion
Is preferably 20 to 500 μm. If the thickness of the heat insulating layer 76 is less than 20 μm, the heat insulation of the base material 72 becomes insufficient, and the ignition temperature of the particulates cannot be lowered, which is not preferable. The thickness of the heat insulating layer 76 is 5
If it exceeds 00 μm, the pressure loss increases, which is not preferable.
【0082】次に、図7及び図8に示す断熱層を有する
パティキュレートフィルタによるパティキュレートの捕
集過程及び燃焼過程について説明する。図7及び図8に
示すように、基材62、72表面の一部に断熱層を設け
たパティキュレートフィルタ60、70を排ガス流路に
配設し、パティキュレートを含む排ガスを流すと、排ガ
スは基材62、72表面の凹部、あるいは基材62、7
2内部に形成されたトラップ室64、74に侵入する。
そして、排ガス中のパティキュレートは、基材62、7
2表面あるいはトラップ室64、74内壁面に捕集され
る。Next, the collecting process and the burning process of the particulate by the particulate filter having the heat insulating layer shown in FIGS. 7 and 8 will be described. As shown in FIGS. 7 and 8, the particulate filters 60, 70 provided with a heat insulating layer on a part of the surfaces of the base materials 62, 72 are disposed in the exhaust gas flow path, and when the exhaust gas containing the particulates flows, the exhaust gas Are recesses on the surfaces of the substrates 62 and 72 or the substrates 62 and 7
2 enter trap chambers 64 and 74 formed therein.
And the particulates in the exhaust gas are
It is collected on two surfaces or the inner wall surfaces of the trap chambers 64 and 74.
【0083】ここで、排ガス中に含まれるパティキュレ
ートを、排ガス中に残存する酸素で無炎燃焼させるため
には、パティキュレートと酸素とを十分に接触させる必
要があると共に、パティキュレートが堆積する基材6
2、72表面やトラップ室64、74内部をパティキュ
レートの着火に必要な温度に加熱する必要がある。Here, in order to burn the particulates contained in the exhaust gas flamelessly with the oxygen remaining in the exhaust gas, it is necessary to bring the particulates and the oxygen into sufficient contact with each other, and the particulates are deposited. Base material 6
It is necessary to heat the surfaces of 2, 72 and the inside of the trap chambers 64, 74 to a temperature required for ignition of particulates.
【0084】しかし、断熱層が形成されていない通常の
フィルタでは、基材62、72表面又は内部に堆積した
パティキュレートが最初に燃焼しても、その燃焼反応熱
が基材62、72を介して系外に散逸するため、排ガス
温度が低い場合にはパティキュレートの燃焼は連続的に
は進行しない。そのため、基材62、72表面又はトラ
ップ室64、74に堆積したパティキュレートを連続的
に燃焼させるためには、排ガス温度の上昇を待つ必要が
あり、系全体としてはパティキュレートの燃焼温度が高
くなる。However, in an ordinary filter having no heat-insulating layer, even if the particulates deposited on or in the base materials 62 and 72 burn first, the heat of combustion reaction passes through the base materials 62 and 72. When the exhaust gas temperature is low, the particulate combustion does not proceed continuously. Therefore, in order to continuously burn the particulates deposited on the surfaces of the substrates 62 and 72 or the trap chambers 64 and 74, it is necessary to wait for the exhaust gas temperature to rise, and the burning temperature of the particulates becomes high as a whole system. Become.
【0085】これに対し、図7に示すように、パティキ
ュレートの燃焼反応場となる基材62表面及びトラップ
室64内壁面に断熱層66を設けるか、あるいは図8に
示すように、基材72のガス流出側部分に断熱層76を
設けた場合には、最初に燃焼したパティキュレートの燃
焼反応熱が基材62、72内に蓄積され、蓄積された燃
焼反応熱は、その上に堆積している次のパティキュレー
トの着火に利用される。その結果、排ガス温度が低い場
合でもパティキュレートの燃焼が連続的に進行し、系全
体のパティキュレートの燃焼温度が低下する。On the other hand, as shown in FIG. 7, a heat insulating layer 66 is provided on the surface of the substrate 62 and the inner wall surface of the trap chamber 64, which serve as a combustion reaction field for particulates, or as shown in FIG. In the case where the heat insulating layer 76 is provided on the gas outlet side portion 72, the combustion reaction heat of the initially burned particulates is accumulated in the substrates 62 and 72, and the accumulated combustion reaction heat is deposited thereon. It will be used to ignite the next particulate. As a result, even when the exhaust gas temperature is low, the burning of the particulates proceeds continuously, and the burning temperature of the particulates in the entire system decreases.
【0086】次に、基材表面の少なくとも一部に断熱層
を有するパティキュレートフィルタの製造方法について
説明する。基材表面及びトラップ室内部に断熱層を設け
る方法としては、例えば、断熱材スラリー中に基材全体
を浸漬する方法(以下、「方法E」という)がある。Next, a method of manufacturing a particulate filter having a heat insulating layer on at least a part of the surface of a substrate will be described. As a method for providing a heat insulating layer on the substrate surface and inside the trap chamber, for example, there is a method of immersing the entire substrate in a heat insulating slurry (hereinafter, referred to as “method E”).
【0087】方法Eによるパティキュレートフィルタの
製造は、具体的には、以下の手順に従って行われる。す
なわち、まず、パティキュレートフィルタの基材を作製
する。基材は、方法A又は方法Bにより得られる所定の
平均表面粗さRzを有する基材でもよく、あるいは方法
C又は方法Dにより得られるトラップ室と連通孔とを有
する基材でもよい。また、方法A〜方法Dを組み合わせ
て得られる基材でもよい。The production of the particulate filter by the method E is specifically performed according to the following procedure. That is, first, the base material of the particulate filter is manufactured. The substrate may be a substrate having a predetermined average surface roughness Rz obtained by the method A or B, or a substrate having a trap chamber and a communication hole obtained by the method C or D. Further, a substrate obtained by combining methods A to D may be used.
【0088】次いで、得られた基材全体を、チタニア
(TiO2)やシリカ(SiO2)などの断熱材のスラ
リーやゾルあるいは金属塩を溶かした水溶液中に浸漬
し、乾燥後、所定の温度で熱処理する。これにより、基
材表面及びトラップ室内壁面に断熱層が形成される。Next, the whole obtained substrate is immersed in an aqueous solution in which a slurry, sol or metal salt of a heat insulating material such as titania (TiO 2 ) or silica (SiO 2 ) is dissolved, dried, and then dried at a predetermined temperature. Heat treatment. Thereby, a heat insulating layer is formed on the surface of the base material and the inner wall surface of the trap chamber.
【0089】ここで、断熱層の形成には、セラミックス
粉末のスラリー、コロイド溶液、アルコキシド、金属塩
の水溶液等を用いることが望ましい。また、断熱材から
なる固体粉末をスラリー状とし、これに基材を浸漬して
断熱層を形成する場合には、粉末の粒度は、基材の気孔
径より小さいことが必要である。具体的には、平均粒径
5μm以下の粉末が好適である。さらに、断熱層の厚さ
は、スラリー濃度や、浸漬回数等を調整することにより
制御することができる。Here, for forming the heat insulating layer, it is desirable to use a slurry of a ceramic powder, a colloid solution, an alkoxide, an aqueous solution of a metal salt, or the like. When a solid powder made of a heat insulating material is formed into a slurry and the substrate is immersed in the slurry to form a heat insulating layer, the particle size of the powder needs to be smaller than the pore diameter of the substrate. Specifically, a powder having an average particle size of 5 μm or less is suitable. Further, the thickness of the heat insulating layer can be controlled by adjusting the slurry concentration, the number of times of immersion, and the like.
【0090】また、基材のガス流出側部分に、ガス流入
側部分の気孔率より高い気孔率を有する断熱層(以下、
「高気孔率断熱層」という)を設ける方法としては、例
えば、基材のガス流出側部分にのみ選択的にスラリーを
塗布し、高気孔率断熱層を形成する方法(以下、「方法
F」という)がある。Further, a heat insulating layer having a porosity higher than the porosity of the gas inflow side portion (hereinafter referred to as “the heat outflow layer”) is provided on the gas outflow side portion of the substrate.
As a method of providing a “high porosity heat insulating layer”, for example, a method of forming a high porosity heat insulating layer by selectively applying slurry only to the gas outlet side portion of the substrate (hereinafter, “method F”) There is).
【0091】方法Fによるパティキュレートフィルタの
製造は、具体的には、以下の手順に従って行われる。す
なわち、まず、ウォールフロータイプの基材を作製す
る。この場合、基材は、例えば、ほぼ大きさの等しい気
孔が均一に分散したものを用いても良いが、方法C又は
方法Dにより得られるトラップ室と連通孔とを有するウ
ォールフロータイプのハニカムフィルタを用いることが
望ましい。The production of the particulate filter by the method F is specifically performed according to the following procedure. That is, first, a wall flow type substrate is prepared. In this case, for example, a substrate in which pores having substantially the same size are uniformly dispersed may be used, but a wall flow type honeycomb filter having a trap chamber and a communication hole obtained by the method C or the method D may be used. It is desirable to use
【0092】次に、基材の作製に用いた粗大造孔材より
粒度の細かい造孔材と、高気孔率断熱層を構成するセラ
ミックス材料をスラリー状とし、基材のガス流出側部分
にのみスラリーを塗布する。ウォールフロータイプのハ
ニカムフィルタの場合には、セルが交互に目封じされて
いるので、容易にガス流出側のセル内壁面のみにスラリ
ーを塗布することができる。さらに、塗布されたスラリ
ーを乾燥、脱脂後、所定の温度で焼成すれば、ガス流出
側に高気孔率断熱層が形成される。Next, a pore-forming material having a finer grain size than the coarse pore-forming material used for preparing the base material and a ceramic material constituting the high-porosity heat-insulating layer were made into a slurry state, and only the gas-outflow-side portion of the base material was formed. Apply slurry. In the case of a wall flow type honeycomb filter, since the cells are plugged alternately, the slurry can be easily applied only to the inner wall surface of the cell on the gas outflow side. Furthermore, if the applied slurry is dried and degreased and then fired at a predetermined temperature, a high porosity heat insulating layer is formed on the gas outflow side.
【0093】なお、高気孔率断熱層の気孔率は、スラリ
ーに添加する造孔材の粒度や配合比、スラリー濃度等に
より制御することができる。また、高気孔率断熱層の厚
さは、スラリー濃度や浸漬回数等により制御することが
できる。The porosity of the high-porosity heat-insulating layer can be controlled by the particle size and the mixing ratio of the pore former added to the slurry, the slurry concentration, and the like. Further, the thickness of the high porosity heat insulating layer can be controlled by the slurry concentration, the number of times of immersion, and the like.
【0094】(実施例1)方法Aを用いて、所定の平均
表面粗さRzを有するウォールフロータイプのパティキ
ュレートフィルタを作製した。すなわち、出発原料とし
て、平均粒径1.2μmのアルミナ、平均粒径1.0μ
mのカオリン、及び平均粒径10μmのタルクを用い、
アルミナが15wt%、カオリンが40wt%、及びタ
ルクが45wt%となるように秤量し、これらを混合し
た(以下、これを「コージェライト組成粉A」とい
う)。(Example 1) A wall flow type particulate filter having a predetermined average surface roughness Rz was produced by using the method A. That is, as a starting material, alumina having an average particle size of 1.2 μm and an average particle size of 1.0 μm were used.
m kaolin and talc with an average particle size of 10 μm,
Alumina was weighed to be 15 wt%, kaolin was to be 40 wt%, and talc was to be 45 wt%, and these were mixed (hereinafter, this is referred to as “cordierite composition powder A”).
【0095】次に、コージェライト組成粉Aが64wt
%、造孔材として平均粒径30〜300μmの黒鉛粒子
が36wt%、これに外添加でバインダー(商品名「セ
ランダー」)を10wt%、及び水を30wt%配合し
た。次いで、この配合物を混練し、押出成形により直径
35mm、長さ50mmのハニカム形状の成形体とし
た。得られた成形体を脱脂した後、大気雰囲気下におい
て、1440℃×2時間の条件で焼成し、その後、セル
入口及びセル出口を交互に目封じして、ウォールフロー
タイプのパティキュレートフィルタを得た。Next, the cordierite composition powder A was 64 wt.
36% by weight of graphite particles having an average particle diameter of 30 to 300 μm as a pore former, 10% by weight of a binder (trade name “Selander”) and 30% by weight of water were externally added thereto. Next, this compound was kneaded and formed into a honeycomb-shaped formed body having a diameter of 35 mm and a length of 50 mm by extrusion molding. After degreased the obtained molded body, it was fired under the condition of 1440 ° C. × 2 hours in the air atmosphere, and thereafter, the cell inlet and the cell outlet were alternately plugged to obtain a wall flow type particulate filter. Was.
【0096】得られたパティキュレートフィルタの基材
の表面粗さを非接触の表面粗さ計で測定したところ、平
均表面粗さRzは170μmであった。また、基材の気
孔径を水銀ポロシメータで測定したところ、平均気孔径
は50μmであった。When the surface roughness of the base material of the obtained particulate filter was measured by a non-contact surface roughness meter, the average surface roughness Rz was 170 μm. When the pore diameter of the substrate was measured with a mercury porosimeter, the average pore diameter was 50 μm.
【0097】(比較例1)造孔材として、粒径5〜50
μmの黒鉛粒子を用いた以外は、実施例1と同様の手順
により、ウォールフロータイプのパティキュレートフィ
ルタを作製した。得られたパティキュレートフィルタの
平均表面粗さRz及び平均気孔径を実施例1と同様の手
順により測定したところ、平均表面粗さRzは20μ
m、平均気孔径は、15μmであった。(Comparative Example 1) As a pore former, a particle size of 5 to 50 was used.
A wall flow type particulate filter was manufactured in the same procedure as in Example 1 except that graphite particles of μm were used. When the average surface roughness Rz and the average pore diameter of the obtained particulate filter were measured by the same procedure as in Example 1, the average surface roughness Rz was 20 μm.
m, and the average pore diameter was 15 μm.
【0098】実施例1及び比較例1で得られたパティキ
ュレートフィルタについて、基材の平均表面粗さRzと
パティキュレートの燃焼特性(燃焼効率)との関係を調
べるために、燃焼試験を行った。燃焼試験は、以下の手
順により行った。すなわち、軽油(ディーゼル油)の燃
焼によって生じた排ガスをパティキュレートフィルタの
セル入口側より流し、基材のセル内壁面に予め煤を捕集
させた。A combustion test was performed on the particulate filters obtained in Example 1 and Comparative Example 1 in order to examine the relationship between the average surface roughness Rz of the substrate and the burning characteristics (burning efficiency) of the particulates. . The combustion test was performed according to the following procedure. That is, the exhaust gas generated by the combustion of light oil (diesel oil) was caused to flow from the cell inlet side of the particulate filter, and soot was previously collected on the cell inner wall surface of the base material.
【0099】次いで、パティキュレートフィルタのセル
入口側には入りガス温度検出計を、また、セル出口側に
はCO、CO2 濃度検出計をそれぞれ設け、セル入口
側よりN2とO2とNOとを混合したモデルガスを昇温
させながら導入し、入りガス温度(℃)と煤の燃焼によ
り発生するCO+CO2 量(ppm)との関係を測定
した。結果を図1に示す。なお、図1の場合、いずれの
パティキュレートフィルタとも、基材表面には、触媒を
担持させていない。Next, an inlet gas temperature detector is provided on the cell inlet side of the particulate filter, and CO and CO 2 concentration detectors are provided on the cell outlet side, respectively. N 2 , O 2 and NO 2 are provided from the cell inlet side. Was introduced while increasing the temperature, and the relationship between the incoming gas temperature (° C.) and the amount of CO + CO 2 (ppm) generated by combustion of the soot was measured. The results are shown in FIG. In addition, in the case of FIG. 1, the catalyst is not carried on the base material surface in any of the particulate filters.
【0100】基材の平均表面粗さRzを20μm(平滑
面)とした比較例1では、パティキュレートフィルタか
ら排出される排ガス中のCO+CO2量は、入りガス温
度が400℃を越えたところで徐々に増加し始めた。ま
た、入りガス温度が500℃を越えると、CO+CO2
量は急増し、入りガス温度が650℃の時にピーク値に
達した。また、この時のCO+CO2量は、52ppm
であった。In Comparative Example 1 in which the average surface roughness Rz of the substrate was 20 μm (smooth surface), the amount of CO + CO 2 in the exhaust gas discharged from the particulate filter gradually increased when the temperature of the incoming gas exceeded 400 ° C. Began to increase. Also, if the incoming gas temperature exceeds 500 ° C., CO + CO 2
The amount increased sharply and peaked at an incoming gas temperature of 650 ° C. At this time, the amount of CO + CO 2 is 52 ppm.
Met.
【0101】これに対し、基材の平均表面粗さRzを1
70μm(粗面)とした実施例1では、排ガス中のCO
+CO2量は、入りガス温度が約300℃の比較的低い
温度から徐々に増加し始めた。また、排ガス中のCO+
CO2量は、入りガス温度が300℃〜550℃の範囲
では、比較例1より高い値を示した。さらに、入りガス
温度が550℃を越えると、逆にCO+CO2量は比較
例1より少なくなり、CO+CO2量がピーク値に達す
る入りガス温度は、620℃に低下した。また、この時
のCO+CO2量も、36ppmまで低下した。On the other hand, the average surface roughness Rz of the substrate was 1
In Example 1 having a thickness of 70 μm (rough surface), CO in the exhaust gas
The amount of + CO 2 started to increase gradually from a relatively low temperature where the incoming gas temperature was about 300 ° C. Also, CO + in exhaust gas
The amount of CO 2 showed a higher value than Comparative Example 1 when the temperature of the incoming gas was in the range of 300 ° C. to 550 ° C. Further, when the inlet gas temperature exceeded 550 ° C., on the contrary, the amount of CO + CO 2 became smaller than that in Comparative Example 1, and the inlet gas temperature at which the amount of CO + CO 2 reached the peak value decreased to 620 ° C. In addition, the amount of CO + CO 2 at this time also dropped to 36 ppm.
【0102】以上の結果から、パティキュレートフィル
タの基材表面を粗面とすると、平滑面とした場合に比較
して、低温域(300℃〜500℃)における煤の燃焼
効率が向上することがわかった。また、捕集された煤の
燃焼が低温域においても進行するために、CO+CO2
量がピーク値に達する温度は低温側にシフトし、ピーク
値も低下することがわかった。From the above results, when the surface of the base material of the particulate filter is roughened, the soot combustion efficiency in the low temperature range (300 ° C. to 500 ° C.) is improved as compared with the case where the surface is smooth. all right. In addition, since combustion of the collected soot proceeds even in a low temperature range, CO + CO 2
It was found that the temperature at which the amount reached the peak value shifted to the lower temperature side, and the peak value also decreased.
【0103】(実施例2)方法Bを用いて、所定の平均
表面粗さRzを有するウォールフロータイプのパティキ
ュレートフィルタを作製した。すなわち、造孔材として
粒径5〜100μmの黒鉛粒子を用いた以外は、実施例
1と同様の手順に従い、コージェライト(2MgO・2
Al2O3・5SiO2 )からなるウォールフロータ
イプのハニカム焼結体を作製した。(Example 2) A wall flow type particulate filter having a predetermined average surface roughness Rz was manufactured by using the method B. That is, cordierite (2MgO.2) was prepared according to the same procedure as in Example 1 except that graphite particles having a particle size of 5 to 100 μm were used as the pore former.
A wall flow type honeycomb sintered body made of Al 2 O 3 .5SiO 2 ) was produced.
【0104】次に、基材の表面を粗くするために、平均
粒径1.2μmのコージェライト粉末が35wt%、ポ
リビニルアルコール系バインダーが10wt%、粒径3
0〜300μmの黒鉛粒子が30wt%、ポリカルボン
酸アンモニウム系分散剤が0.5wt%、残部が水から
なるスラリーを作成した。Next, in order to roughen the surface of the substrate, 35 wt% of cordierite powder having an average particle diameter of 1.2 μm, 10 wt% of a polyvinyl alcohol-based binder, and 3
A slurry comprising 30 wt% of 0 to 300 μm graphite particles, 0.5 wt% of an ammonium polycarboxylate dispersant, and the balance water was prepared.
【0105】次いで、このスラリー中に上述のハニカム
焼結体を浸漬し、基材の表面にスラリーを付着させた。
そして乾燥、脱脂を行った後、大気雰囲気下において1
410℃×1時間の条件で焼成を行うことにより、ウォ
ールフロータイプのパティキュレートフィルタを得た。Next, the above-mentioned honeycomb sintered body was immersed in the slurry, and the slurry was attached to the surface of the substrate.
After drying and degreasing, 1
By baking at 410 ° C. × 1 hour, a wall flow type particulate filter was obtained.
【0106】得られたパティキュレートフィルタの表面
粗さを非接触の表面粗さ計で測定したところ、平均表面
粗さRzは170μmであった。また、実施例1と同様
の手順により、燃焼試験を行ったところ、実施例1と同
様、入りガス温度が300℃〜500℃の低温域で比較
例1より高いCO+CO2 量が検出された。また、前
述の比較例1と比べて、CO+CO2量がピーク値に達
する温度は低温側にシフトし、ピーク値も低下している
ことが確認された。When the surface roughness of the obtained particulate filter was measured by a non-contact surface roughness meter, the average surface roughness Rz was 170 μm. In addition, when a combustion test was performed in the same procedure as in Example 1, as in Example 1, a higher amount of CO + CO 2 than in Comparative Example 1 was detected in a low-temperature region where the inlet gas temperature was 300 ° C. to 500 ° C. Further, as compared with Comparative Example 1 described above, it was confirmed that the temperature at which the amount of CO + CO 2 reached the peak value shifted to a lower temperature side, and the peak value also decreased.
【0107】(実施例3)酸化触媒としてセリア(Ce
O2 )を担持させたパティキュレートフィルタを以下
の手順により作製した。すなわち、実施例1と同様の手
順に従い、ウォールフロータイプのパティキュレートフ
ィルタを作製した。次いで、得られたパティキュレート
フィルタを硝酸セリウムの水溶液に30分間浸漬した
後、大気雰囲気下において500℃×2時間の条件で熱
処理を行った。触媒を担持した後の基材の表面粗さを非
接触の表面粗さ計で測定したところ、平均表面粗さRz
は、170μmであった。Example 3 Ceria (Ce) was used as an oxidation catalyst.
A particulate filter supporting O 2 ) was produced by the following procedure. That is, a wall flow type particulate filter was manufactured according to the same procedure as in Example 1. Next, the obtained particulate filter was immersed in an aqueous solution of cerium nitrate for 30 minutes, and then heat-treated at 500 ° C. × 2 hours under an air atmosphere. When the surface roughness of the substrate after supporting the catalyst was measured by a non-contact surface roughness meter, the average surface roughness Rz
Was 170 μm.
【0108】得られたパティキュレートフィルタについ
て、実施例1と同様の手順により、燃焼試験を行い、入
りガス温度400℃における排ガス中のCO+CO2
量(ppm)を測定した。結果を図2に示す。なお、図
2においては、実施例1及び比較例1で得られたパティ
キュレートフィルタの結果も合わせて示してある。The obtained particulate filter was subjected to a combustion test in the same procedure as in Example 1, and CO + CO 2 in the exhaust gas at an inlet gas temperature of 400 ° C.
The amount (ppm) was measured. The results are shown in FIG. FIG. 2 also shows the results of the particulate filters obtained in Example 1 and Comparative Example 1.
【0109】入りガス温度400℃における排ガス中の
CO+CO2 量(ppm)は、基材表面を平滑面とし
た比較例1が最も低く、わずか3ppmであった。これ
に対し、基材表面を粗面とした実施例1では、8ppm
となり、さらに、基材表面に触媒を担持させた実施例3
では、20ppmまで増加した。以上の結果から、基材
表面を粗面とすると共に、基材表面に触媒を担持させる
と、低温域におけるパティキュレートの燃焼効率がさら
に向上することがわかった。The amount (ppm) of CO + CO 2 in the exhaust gas at an inlet gas temperature of 400 ° C. was the lowest in Comparative Example 1 in which the substrate surface was smooth, and was only 3 ppm. On the other hand, in Example 1 in which the substrate surface was rough, 8 ppm was used.
Example 3 in which a catalyst was supported on the substrate surface
Increased to 20 ppm. From the above results, it was found that when the surface of the base material was roughened and the catalyst was supported on the surface of the base material, the burning efficiency of particulates in the low temperature range was further improved.
【0110】(実施例4)方法Bを用いて、所定の平均
表面粗さRzを有するストレートフロータイプのパティ
キュレートフィルタを作製した。すなわち、まず、実施
例1で用いたコージェライト組成粉Aに対して、外添加
でバインダー(商品名「セランダー」)を10wt%、
及び水を30wt%配合した。なお、ストレートフロー
タイプの場合は、基材の気孔径を制御する必要はないの
で、造孔材は添加しなかった。(Example 4) A straight flow type particulate filter having a predetermined average surface roughness Rz was produced by using the method B. That is, first, 10 wt% of a binder (trade name “Serander”) was added to the cordierite composition powder A used in Example 1 by external addition.
And 30 wt% of water. In the case of the straight flow type, since it was not necessary to control the pore diameter of the substrate, no pore former was added.
【0111】次いで、この配合物を混練し、押出成形す
ることにより、直径35mm、長さ50mmのハニカム
形状の成形体とした。得られた成形体を脱脂し、さらに
大気雰囲気下において1440℃×2時間の条件で焼成
し、ハニカム焼結体を得た。Next, this mixture was kneaded and extruded to obtain a honeycomb-shaped formed body having a diameter of 35 mm and a length of 50 mm. The obtained molded body was degreased and further fired under the condition of 1440 ° C. × 2 hours in an air atmosphere to obtain a honeycomb sintered body.
【0112】次に、基材の表面粗さを粗くするために、
コージェライト組成粉Aが35wt%、粒径10〜50
μmの黒鉛粒子が30wt%、バインダーが10wt
%、ポリカルボン酸アンモニウム系分散剤が0.5wt
%、残部が水からなるスラリーを作製した。このスラリ
ーに上述のハニカム焼結体を浸漬し、ハニカム焼結体の
表面にスラリーを付着させた。そして、乾燥を行った
後、大気雰囲気下において1410℃×1時間の条件で
焼成を行うことにより、ストレートフロータイプのパテ
ィキュレートフィルタを得た。得られたパティキュレー
トフィルタの表面粗さを非接触の表面粗さ計で測定した
ところ、平均表面粗さRzは30μmであった。Next, in order to increase the surface roughness of the substrate,
35 wt% cordierite composition powder A, particle size 10-50
30% by weight of μm graphite particles and 10% by weight of binder
%, 0.5 wt% of ammonium polycarboxylate dispersant
%, And the balance was made up of water. The above-mentioned honeycomb sintered body was immersed in this slurry, and the slurry was attached to the surface of the honeycomb sintered body. Then, after drying, baking was performed under the condition of 1410 ° C. × 1 hour in an air atmosphere to obtain a straight flow type particulate filter. When the surface roughness of the obtained particulate filter was measured with a non-contact surface roughness meter, the average surface roughness Rz was 30 μm.
【0113】(実施例5)スラリーに添加する黒鉛粒子
の粒径を30〜300μmとした以外は、実施例4と同
様の手順に従い、ストレートフロータイプのパティキュ
レートフィルタを作製した。得られたパティキュレート
フィルタの表面粗さを非接触の表面粗さ計で測定したと
ころ、平均表面粗さRzは170μmであった。Example 5 A straight flow type particulate filter was manufactured in the same procedure as in Example 4 except that the particle size of the graphite particles added to the slurry was 30 to 300 μm. When the surface roughness of the obtained particulate filter was measured with a non-contact surface roughness meter, the average surface roughness Rz was 170 μm.
【0114】(実施例6)スラリーに添加する黒鉛粒子
の粒径を100〜800μmとした以外は、実施例4と
同様の手順に従い、ストレートフロータイプのパティキ
ュレートフィルタを作製した。得られたパティキュレー
トフィルタの表面粗さを非接触の表面粗さ計で測定した
ところ、平均表面粗さRzは550μmであった。(Example 6) A straight flow type particulate filter was produced in the same procedure as in Example 4, except that the particle size of the graphite particles added to the slurry was 100 to 800 µm. When the surface roughness of the obtained particulate filter was measured with a non-contact surface roughness meter, the average surface roughness Rz was 550 μm.
【0115】(実施例7)スラリーに添加する黒鉛粒子
の粒径を300〜900μmとした以外は、実施例4と
同様の手順に従い、ストレートフロータイプのパティキ
ュレートフィルタを作製した。得られたパティキュレー
トフィルタの表面粗さを非接触の表面粗さ計で測定した
ところ、平均表面粗さRzは700μmであった。Example 7 A straight flow type particulate filter was manufactured in the same procedure as in Example 4 except that the particle size of the graphite particles added to the slurry was 300 to 900 μm. When the surface roughness of the obtained particulate filter was measured with a non-contact surface roughness meter, the average surface roughness Rz was 700 μm.
【0116】(実施例8)スラリーに添加する黒鉛粒子
の粒径を500〜1100μmとした以外は、実施例4
と同様の手順に従い、ストレートフロータイプのパティ
キュレートフィルタを作製した。得られたパティキュレ
ートフィルタの表面粗さを非接触の表面粗さ計で測定し
たところ、平均表面粗さRzは1000μmであった。Example 8 Example 4 was repeated except that the particle size of the graphite particles added to the slurry was 500 to 1100 μm.
According to the same procedure as described above, a straight flow type particulate filter was produced. When the surface roughness of the obtained particulate filter was measured with a non-contact surface roughness meter, the average surface roughness Rz was 1000 μm.
【0117】(比較例2)黒鉛粒子を含むスラリーを基
材表面に塗布して焼成する処理を行わなかった以外は、
実施例4と同様の手順に従い、ストレートフロータイプ
のパティキュレートフィルタを作製した。得られたパテ
ィキュレートフィルタの表面粗さを非接触の表面粗さ計
で測定したところ、平均表面粗さRzは20μmであっ
た。(Comparative Example 2) [0117] A slurry containing graphite particles was applied to the surface of a base material, and sintering was not performed.
In accordance with the same procedure as in Example 4, a straight flow type particulate filter was produced. When the surface roughness of the obtained particulate filter was measured with a non-contact surface roughness meter, the average surface roughness Rz was 20 μm.
【0118】(比較例3)スラリーに添加する黒鉛粒子
の粒径を700〜1200μmとした以外は、実施例4
と同様の手順に従い、ストレートフロータイプのパティ
キュレートフィルタを作製した。得られたパティキュレ
ートフィルタの表面粗さを非接触の表面粗さ計で測定し
たところ、平均表面粗さRzは1100μmであった。Comparative Example 3 Example 4 was repeated except that the particle size of the graphite particles added to the slurry was 700 to 1200 μm.
According to the same procedure as described above, a straight flow type particulate filter was produced. When the surface roughness of the obtained particulate filter was measured with a non-contact surface roughness meter, the average surface roughness Rz was 1100 μm.
【0119】実施例4〜8及び比較例2〜3で得られた
各パティキュレートフィルタについて、煤の捕集効率
(%)、入りガス温度400℃におけるCO+CO2量
(ppm)、煤の燃焼ピーク温度(℃)、及び圧力損失
(mmH2O)を測定した。For each of the particulate filters obtained in Examples 4 to 8 and Comparative Examples 2 to 3, soot collection efficiency (%), CO + CO 2 amount (ppm) at an inlet gas temperature of 400 ° C., soot combustion peak Temperature (° C.) and pressure loss (mmH 2 O) were measured.
【0120】なお、煤の捕集効率は、フィルタに流入さ
せた煤の量に対するフィルタから排出される煤の量の割
合(%)で表した。煤の排出量は、フィルタの表面温度
を約200℃に保持した状態で、軽油を燃焼させて生じ
た煤をフィルタの上流側から流し、フィルタの下流側に
取り付けたスモークメータを用いて測定した。The soot collection efficiency was represented by the ratio (%) of the amount of soot discharged from the filter to the amount of soot that had flowed into the filter. The soot emission was measured using a smoke meter attached to the downstream side of the filter, with the soot generated by burning light oil flowing from the upstream side of the filter while the surface temperature of the filter was maintained at about 200 ° C. .
【0121】また、圧力損失は、フィルタの入口側と出
口側の圧力差(mmH2O)で表した。圧力差は、フィ
ルタの入口側から室温のエアーを圧力1.5kg/mm
2、流量2l/minの条件で流し、フィルタの入口側
と出口側に取り付けた差圧計により測定した。さらに、
CO+CO2量(ppm)及び燃焼ピーク温度(℃)
は、実施例1と同様の手順により測定した。結果を表1
に示す。The pressure loss was represented by the pressure difference (mmH 2 O) between the inlet side and the outlet side of the filter. The pressure difference is 1.5 kg / mm of room temperature air from the inlet side of the filter.
2. Flow was performed at a flow rate of 2 l / min, and the measurement was performed using a differential pressure gauge attached to the inlet side and the outlet side of the filter. further,
CO + CO 2 amount (ppm) and combustion peak temperature (° C)
Was measured by the same procedure as in Example 1. Table 1 shows the results
Shown in
【0122】[0122]
【表1】 [Table 1]
【0123】平均表面粗さRzを20μmとした比較例
2では、煤の捕集効率は40%であった。これに対し、
平均表面粗さを30μmとした実施例4及び170μm
とした実施例5では、煤の捕集効率は、それぞれ55%
及び65%に向上した。また、平均表面粗さRzを55
0〜1000μmとした実施例6〜8では、煤の捕集効
率は70%に向上し、さらに平均表面粗さRzを110
0μmとした比較例3では、煤の捕集効率は72%に達
した。In Comparative Example 2 in which the average surface roughness Rz was 20 μm, the soot collection efficiency was 40%. In contrast,
Examples 4 and 170 μm in which the average surface roughness was 30 μm
In Example 5, the soot collection efficiency was 55%, respectively.
And 65%. Further, the average surface roughness Rz is 55
In Examples 6 to 8 where the thickness was 0 to 1000 μm, the soot collection efficiency was improved to 70%, and the average surface roughness Rz was 110%.
In Comparative Example 3 in which 0 μm was set, the soot collection efficiency reached 72%.
【0124】また、平均表面粗さRzを20μmとした
比較例2は、入りガス温度の低い温度領域ではCO+C
O2はほとんど検出されず、入りガス温度400℃にお
けるCO+CO2量は、3ppmであった。これに対
し、平均表面粗さRzを30μm以上とすると、入りガ
ス温度の低い温度領域でCO+CO2が少しではあるが
検出された。また、入りガス温度400℃におけるCO
+CO2量は、実施例4で8ppm、実施例5で10p
pmとなり、実施例6〜8及び比較例3では、いずれも
13ppmまで増加した。In Comparative Example 2 in which the average surface roughness Rz was 20 μm, CO + C
Almost no O 2 was detected, and the amount of CO + CO 2 at an inlet gas temperature of 400 ° C. was 3 ppm. On the other hand, when the average surface roughness Rz was set to 30 μm or more, CO + CO 2 was detected, albeit a little, in a low temperature region of the incoming gas. Further, CO at an incoming gas temperature of 400 ° C
The amount of + CO 2 was 8 ppm in Example 4 and 10 p in Example 5.
pm and increased to 13 ppm in Examples 6 to 8 and Comparative Example 3.
【0125】また、煤の燃焼ピーク温度(℃)は、平均
表面粗さRzを20μmとした比較例2が最も高く、6
50℃を示した。平均表面粗さRzを30μmとした実
施例4では630℃となり、さらに、平均表面粗さRz
を170μm以上とした実施例5〜8及び比較例3で
は、いずれも620℃まで低下した。The combustion peak temperature (° C.) of the soot was highest in Comparative Example 2 in which the average surface roughness Rz was 20 μm.
50 ° C was indicated. In Example 4 in which the average surface roughness Rz was 30 μm, the temperature was 630 ° C., and further the average surface roughness Rz was
In each of Examples 5 to 8 and Comparative Example 3 in which the temperature was 170 μm or more, the temperature was lowered to 620 ° C.
【0126】さらに、圧力損失は、平均表面粗さRzを
20μmとした比較例1では、僅か1mmH2Oであっ
た。また、平均表面粗さRzを30μmとした実施例4
及び170μmとした実施例5では、圧力損失は、それ
ぞれ2mmH2O及び3mmH2Oであり、圧力損失に
大きな変化はなかった。Further, the pressure loss was only 1 mmH 2 O in Comparative Example 1 in which the average surface roughness Rz was 20 μm. Example 4 where the average surface roughness Rz was 30 μm
In Examples 5 and was 170 [mu] m, the pressure loss are each 2mmH 2 O and 3mmH 2 O, there was no significant change in the pressure loss.
【0127】平均表面粗さRzが550μm(実施例
6)、700μm(実施例7)及び1000μmと(実
施例8)増加するに伴い、圧力損失は、それぞれ、10
mmH 2O、20mmH2O及び30mmH2Oまで増
加したが、この程度の圧力損失では、エンジンの性能に
影響はなかった。しかしながら、平均表面粗さRzを1
100μmとした比較例3では、圧力損失は50mmH
2Oに達し、エンジンの性能が低下した。これは、セル
内を流れるガスの通過面積が小さくなったためである。The average surface roughness Rz is 550 μm (Example
6), 700 μm (Example 7) and 1000 μm (actual
Example 8) As the pressure increases, the pressure loss increases by 10
mmH 2O, 20mmH2O and 30mmH2Increase to O
However, at this level of pressure loss, engine performance
There was no effect. However, the average surface roughness Rz is 1
In Comparative Example 3 having 100 μm, the pressure loss was 50 mmH.
2O, and the engine performance decreased. This is the cell
This is because the passage area of the gas flowing through the inside is reduced.
【0128】以上の結果から、平均表面粗さRzが30
μm未満では、圧力損失は小さいが煤の燃焼特性が低下
することがわかった。また、平均表面粗さRzが100
0μmを越えると、煤の燃焼特性は良好であるが、圧力
損失が大きくなることがわかった。すなわち、煤の燃焼
特性が良く、かつ圧力損失が小さいストレートフロータ
イプのパティキュレートフィルタが得られる基材の平均
表面粗さRzは、30μmから1000μmの範囲であ
った。また、表1より、平均表面粗さRzは、170〜
700μmの範囲が特に好適であることがわかる。From the above results, the average surface roughness Rz was 30
When it is less than μm, it was found that the pressure loss was small but the combustion characteristics of soot decreased. Further, the average surface roughness Rz is 100
When it exceeds 0 μm, it has been found that the combustion characteristics of soot are good, but the pressure loss increases. That is, the average surface roughness Rz of the substrate from which a soot combustion characteristic was good and a straight flow type particulate filter having a small pressure loss was obtained was in the range of 30 μm to 1000 μm. Also, from Table 1, the average surface roughness Rz is 170 to
It turns out that the range of 700 μm is particularly suitable.
【0129】また、実施例4〜8及び比較例2〜3で得
られた各パティキュレートフィルタに対し、実施例3と
同様の手順に従い、酸化物触媒としてセリアを担持させ
た。得られた各パティキュレートフィルタについて、上
述と同様の手順に従い、平均表面粗さRz(μm)、煤
の捕集効率(%)、入りガス温度400℃におけるCO
+CO2量(ppm)、煤の燃焼ピーク温度(℃)及び
圧力損失(mmH2O)を測定した。結果を表2に示
す。Further, ceria was supported as an oxide catalyst on each of the particulate filters obtained in Examples 4 to 8 and Comparative Examples 2 to 3 according to the same procedure as in Example 3. For each of the obtained particulate filters, the average surface roughness Rz (μm), soot collection efficiency (%), CO
The amount of + CO 2 (ppm), the combustion peak temperature of soot (° C.), and the pressure loss (mmH 2 O) were measured. Table 2 shows the results.
【0130】[0130]
【表2】 [Table 2]
【0131】表2より、触媒を担持させたことにより、
煤の捕集効率及び圧力損失に影響はないが、煤の燃焼効
率が向上していることがわかる。すなわち、平均表面粗
さRzが550μm以上になると、入りガス温度400
℃におけるCO+CO2量は30ppmまで増加し、煤
の燃焼ピーク温度は、500℃まで低下した。これは、
フィルタの表面粗さが粗いほど、煤と触媒との接触面積
が大きくなり、触媒の効果が大きく表れるためである。From Table 2, it can be seen that by supporting the catalyst,
Although there is no effect on soot collection efficiency and pressure loss, it can be seen that soot combustion efficiency is improved. That is, when the average surface roughness Rz is 550 μm or more, the incoming gas temperature 400
The amount of CO + CO 2 at 0 ° C. increased to 30 ppm, and the combustion peak temperature of the soot decreased to 500 ° C. this is,
This is because the rougher the surface roughness of the filter, the larger the contact area between the soot and the catalyst, and the greater the effect of the catalyst.
【0132】(実施例9)方法Cを用いて、トラップ室
と連通孔とを有するウォールフロータイプのパティキュ
レートフィルタを作製した。すなわち、出発原料とし
て、平均粒径1.2μmのアルミナ、平均粒径1.0μ
mのカオリン、及び平均粒径40μmのタルクを用い、
アルミナが15wt%、カオリンが40wt%、タルク
が45wt%となるように秤量し、これらを混合した
(以下、これを「コージェライト組成粉B」という)。(Example 9) A wall flow type particulate filter having a trap chamber and a communication hole was produced by using the method C. That is, as a starting material, alumina having an average particle size of 1.2 μm and an average particle size of 1.0 μm were used.
m kaolin and talc with an average particle size of 40 μm,
Alumina was weighed to be 15 wt%, kaolin was to be 40 wt%, and talc was to be 45 wt%, and these were mixed (hereinafter, this will be referred to as “cordierite composition powder B”).
【0133】次に、コージェライト組成粉Bが64wt
%、造孔材として平均粒径200μmの黒鉛粒子が36
wt%、これに外添加でバインダー(商品名「セランダ
ー」)を10wt%、及び水を30wt%配合して混練
し、押出成形により直径35mm、各ハニカムの断面積
6.25mm2、長さ50mmのハニカム形状の成形体
とした。次いで、この成形体を脱脂し、大気圧雰囲気下
において1440℃x2時間の条件で焼成を行った。さ
らに、セル入口とセル出口を交互に目封じし、ウォール
フロータイプのパティキュレートフィルタを得た。Next, the cordierite composition powder B was 64 wt.
%, 36% of graphite particles having an average particle diameter of 200 μm as a pore-forming material.
wt%, this 10 wt% binder (trade name "Seranda") outside the addition, and water was 30 wt% blended and kneaded, 35mm diameter by extrusion molding, the cross-sectional area 6.25 mm 2 of the honeycomb, length 50mm Was obtained. Next, this molded body was degreased and fired at 1440 ° C. for 2 hours under an atmospheric pressure atmosphere. Further, the cell inlet and the cell outlet were plugged alternately to obtain a wall flow type particulate filter.
【0134】得られたパティキュレートフィルタの基材
内部には、図3に示すように、黒鉛粒子の燃焼によって
生じた平均径180μmのトラップ室34、34…が多
数形成されており、各トラップ室34、34…は、トラ
ップ室34、34…同士が三次元的に連結しているのみ
ならず、粗大なタルクの溶融によって形成された平均径
20μmの複数の連通孔36、36…により相互に連結
されていた。As shown in FIG. 3, a number of trap chambers 34, 34... Having an average diameter of 180 μm generated by the combustion of graphite particles are formed inside the base material of the obtained particulate filter. Are not only three-dimensionally connected to each other, but also mutually connected by a plurality of communication holes 36, 36 having an average diameter of 20 μm formed by melting coarse talc. Had been linked.
【0135】(比較例4)平均粒径1.4μmのタルク
を用いた以外は、実施例9と同様の手順により、ウォー
ルフロータイプのパティキュレートフィルタを作製し
た。得られたパティキュレートフィルタの基材内部に
は、黒鉛粒子の燃焼によって生じた平均径180μmの
トラップ室34、34…が多数形成されていたが、コー
ジェライトからなる基材32内部には連通孔36、36
…は形成されておらず、各トラップ室34、34…同士
が三次元的に連結しているのみであった。Comparative Example 4 A wall flow type particulate filter was produced in the same procedure as in Example 9 except that talc having an average particle size of 1.4 μm was used. A large number of trap chambers 34, 34... Having an average diameter of 180 μm generated by the combustion of graphite particles were formed inside the base material of the obtained particulate filter, but communication holes were formed inside the base material 32 made of cordierite. 36, 36
Are not formed, and only the trap chambers 34 are connected three-dimensionally.
【0136】実施例9及び比較例4で得られたパティキ
ュレートフィルタについて、燃焼試験を行った。試験条
件は、実施例1と同一とした。結果を図6に示す。A combustion test was performed on the particulate filters obtained in Example 9 and Comparative Example 4. The test conditions were the same as in Example 1. FIG. 6 shows the results.
【0137】連通孔を有しない比較例4では、パティキ
ュレートフィルタから排出される排ガス中のCO+CO
2量は、入りガス温度が400℃を越えたところで徐々
に増加し始めた。また、入りガス温度が500℃を越え
ると、CO+CO2量は急増し、入りガス温度が620
℃の時にピーク値に達した。また、この時のCO+CO
2量は、110ppmであった。In Comparative Example 4 having no communication hole, CO + CO in the exhaust gas discharged from the particulate filter was used.
The two quantities started to increase gradually when the incoming gas temperature exceeded 400 ° C. Further, when the inlet gas temperature exceeds 500 ° C., the amount of CO + CO 2 rapidly increases, and the inlet gas temperature becomes 620 ° C.
The peak value was reached at ℃. Also, CO + CO at this time
The amount was 110 ppm.
【0138】これに対し、連通孔により各トラップ室を
連結した実施例9では、排ガス中のCO+CO2量は、
入りガス温度が約350℃の比較的低い温度から急激に
増加し始めた。また、排ガス中のCO+CO2量は、入
りガス温度が300℃〜550℃の範囲では、比較例4
より高い値を示した。さらに、入りガス温度が550℃
を越えると、逆にCO+CO2量は比較例4より少なく
なり、CO+CO2量がピーク値に達する入りガス温度
は、520℃に低下した。また、この時のCO+CO2
量も、68ppmまで低下した。On the other hand, in the ninth embodiment in which each trap chamber is connected by a communication hole, the amount of CO + CO 2 in the exhaust gas is
The incoming gas temperature began to increase sharply from a relatively low temperature of about 350 ° C. In addition, the amount of CO + CO 2 in the exhaust gas is the same as in Comparative Example 4 when the incoming gas temperature is in the range of 300 ° C. to 550 ° C.
It showed higher values. Furthermore, the incoming gas temperature is 550 ° C
On the contrary, the amount of CO + CO 2 was smaller than that of Comparative Example 4, and the gas temperature at which the amount of CO + CO 2 reached the peak value was lowered to 520 ° C. CO + CO 2 at this time
The amount also dropped to 68 ppm.
【0139】さらに、実施例9及び比較例4で得られた
パティキュレートフィルタについて、実施例4と同様の
手順により、煤の捕集効率及び圧力損失を測定した。そ
の結果、煤の捕集効率は、連通孔を設けた実施例9では
95%であるのに対し、連通孔を設けない比較例4では
98%となった。連通孔を設けたことにより捕集効率が
若干低下したが、この差は実用上問題にならない値であ
る。また、圧力損失は、実施例9では30mmH2Oで
あるのに対し、比較例4では60mmH2Oとなり、連
通孔を設けることにより圧力損失が1/2になることが
わかった。Further, with respect to the particulate filters obtained in Example 9 and Comparative Example 4, soot collection efficiency and pressure loss were measured in the same procedure as in Example 4. As a result, the soot collection efficiency was 95% in Example 9 in which the communication holes were provided, and was 98% in Comparative Example 4 in which the communication holes were not provided. Although the collection efficiency was slightly reduced by providing the communication holes, this difference is a value that does not cause a problem in practical use. Moreover, pressure loss, while the a 30mmH 2 O Example 9, the pressure loss was found to be 1/2 by mmH 2 O next in Comparative Example 4, the communicating hole provided.
【0140】以上の結果から、トラップ室を複数の連通
孔により連結した構造とすると、煤の捕集効率を低下さ
せることなく、煤の燃焼効率を高めることができ、しか
も圧力損失の少ないパティキュレートフィルタが得られ
ることがわかった。From the above results, when the trap chamber is connected by a plurality of communication holes, the combustion efficiency of soot can be increased without lowering the efficiency of trapping soot, and the particulates having less pressure loss can be obtained. It turned out that a filter was obtained.
【0141】(実施例10)方法Eを用いて、基材表面
及びトラップ室内壁面に断熱層を設けたウォールフロー
タイプのパティキュレートフィルタを作製した。すなわ
ち、実施例1と同様の手順に従い、ウォールフロータイ
プのハニカム焼結体を作製した。次いで、得られたハニ
カム焼結体を濃度65wt%のチタニア(TiO2、平
均粒径0.2μm)スラリーに浸漬し、80℃x2時間
で乾燥後、大気雰囲気下で800℃x1時間で焼成を行
うことにより、ウォールフロータイプのパティキュレー
トフィルタを得た。(Example 10) By using the method E, a wall flow type particulate filter having a heat insulating layer on the surface of the base material and the inner wall surface of the trap chamber was manufactured. That is, according to the same procedure as in Example 1, a honeycomb sintered body of a wall flow type was manufactured. Next, the obtained honeycomb sintered body was immersed in a titania (TiO 2 , average particle size: 0.2 μm) slurry having a concentration of 65 wt%, dried at 80 ° C. for 2 hours, and fired at 800 ° C. for 1 hour in an air atmosphere. As a result, a wall flow type particulate filter was obtained.
【0142】得られたパティキュレートフィルタ(以
下、「断熱材コートフィルタ」という)の平均気孔径は
50μm、気孔率は60%であった。また、コージェラ
イトからなる基材62表面及びトラップ室64、64…
内壁面には、図7に示すように、厚さ1.0μmのTi
O2からなる断熱層66が形成されていた。The obtained particulate filter (hereinafter referred to as “heat insulating material coated filter”) had an average pore diameter of 50 μm and a porosity of 60%. Further, the surface of the base material 62 made of cordierite and the trap chambers 64, 64.
As shown in FIG. 7, a 1.0 μm thick Ti
The heat insulating layer 66 made of O 2 was formed.
【0143】(実施例11)方法Fを用いて、基材のガ
ス流出側部分に高気孔率断熱層を設けたウォールフロー
タイプのパティキュレートフィルタを作製した。すなわ
ち、実施例1と同一の原料を用い、押出成形によりハニ
カム成形体を作製し、成形体を脱脂した後、仮焼し、セ
ル入口とセル出口を交互に目封じしてハニカム仮焼体を
得た。(Example 11) A wall flow type particulate filter having a high porosity heat-insulating layer on the gas outflow side portion of a substrate was manufactured by using the method F. That is, using the same raw material as in Example 1, a honeycomb formed body was produced by extrusion molding, the formed body was degreased, then calcined, and the cell inlet and cell outlet were plugged alternately to obtain a honeycomb calcined body. Obtained.
【0144】次いで、実施例1で用いたコージェライト
組成粉Aが35wt%、粒径5〜20μmの黒鉛粒子が
30wt%、バインダが10wt%、ポリカルボン酸ア
ンモニウム系分散剤が0.5wt%、残部が水からなる
スラリーを調整し、これに上述のハニカム仮焼体を浸漬
し、ハニカム仮焼体のガス流出側部分にのみスラリーを
付着させた。これを乾燥後、さらに大気雰囲気下におい
て1400℃x1時間の条件で焼成を行うことにより、
ウォールフロータイプのパティキュレートフィルタを得
た。Next, the cordierite composition powder A used in Example 1 was 35 wt%, the graphite particles having a particle size of 5 to 20 μm were 30 wt%, the binder was 10 wt%, the ammonium polycarboxylate dispersant was 0.5 wt%, A slurry having a balance of water was prepared, and the above-described honeycomb calcined body was immersed in the slurry, and the slurry was attached only to the gas outflow side portion of the honeycomb calcined body. After drying this, it is further baked under the condition of 1400 ° C. × 1 hour in the air atmosphere,
A wall flow type particulate filter was obtained.
【0145】得られたパティキュレートフィルタ(以
下、「高気孔率層形成フィルタ」という)のガス流入側
部分の平均気孔径は50μm、気孔率は60%であっ
た。また、コージェライトからなる基材のガス流出側部
分には、図8に示すように、厚さ50μm、平均気孔径
10μm、気孔率80%の高気孔率断熱層76が形成さ
れていた。The obtained particulate filter (hereinafter, referred to as “high porosity layer forming filter”) had an average pore diameter of 50 μm and a porosity of 60% at the gas inflow side portion. As shown in FIG. 8, a high porosity heat insulating layer 76 having a thickness of 50 μm, an average pore diameter of 10 μm, and a porosity of 80% was formed on the gas outflow side portion of the cordierite substrate.
【0146】(比較例5)チタニアからなる断熱材を基
材表面及びトラップ室内壁面にコーティングしなかった
以外は、実施例10と同様の手順に従い、断熱層を有し
ないウォールフロータイプのパティキュレートフィルタ
(以下、「断熱材非コートフィルタ」という)を作製し
た。(Comparative Example 5) A wall flow type particulate filter having no heat insulating layer was prepared in the same procedure as in Example 10, except that the heat insulating material made of titania was not coated on the substrate surface and the inner wall surface of the trap chamber. (Hereinafter, referred to as “insulation material non-coated filter”).
【0147】実施例10〜11及び比較例5で得られた
パティキュレートフィルタについて、燃焼試験を行い、
煤の着火温度を測定した。なお、燃焼試験は、実施例1
と同一の条件で行った。また、着火温度は、排ガス中の
CO+CO2量が5ppmに達したときの入りガス温度
(℃)で表した。結果を図9に示す。A combustion test was performed on the particulate filters obtained in Examples 10 to 11 and Comparative Example 5,
The soot ignition temperature was measured. The combustion test was performed in Example 1.
Performed under the same conditions as Further, the ignition temperature was represented by an incoming gas temperature (° C.) when the amount of CO + CO 2 in the exhaust gas reached 5 ppm. FIG. 9 shows the results.
【0148】比較例5で得られた断熱材非コートフィル
タの煤の着火温度は、443℃であった。これに対し、
実施例10で得られた断熱材コートフィルタでは、煤の
着火温度は420℃、また、実施例11で得られた高気
孔率層形成フィルタでは、着火温度は425℃であり、
比較例5に比べて、着火温度が約20℃低下した。The ignition temperature of the soot of the non-heat-insulating-coated filter obtained in Comparative Example 5 was 443 ° C. In contrast,
In the heat insulating material coated filter obtained in Example 10, the ignition temperature of soot was 420 ° C., and in the high porosity layer forming filter obtained in Example 11, the ignition temperature was 425 ° C.
The ignition temperature was reduced by about 20 ° C. as compared with Comparative Example 5.
【0149】以上の結果から、基材表面の凹部及びトラ
ップ室内部に断熱層を設けたり、あるいは、基材のガス
流出側部分に基材よりも高い気孔率を有する断熱層を設
けると、煤の燃焼反応場となる基材表面の凹部やトラッ
プ室内部が断熱され、煤の着火温度が低下することがわ
かった。From the above results, if a heat insulating layer is provided in the concave portion on the surface of the base material and the inside of the trap chamber, or a heat insulating layer having a higher porosity than the base material is provided in the gas outflow side portion of the base material, It was found that the depressions on the surface of the base material and the inside of the trap chamber, which are the combustion reaction fields, were insulated and the ignition temperature of the soot decreased.
【0150】以上、本発明の実施の形態について詳細に
説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定される
ものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の
改変が可能である。例えば、上記実施の形態では、ハニ
カムフィルタについて説明したが、基材の平均表面粗さ
Rzを所定範囲内とすること、基材内部にトラップ室及
び連通孔を設けること、及び基材表面の一部に断熱層を
設けることは、フォームフィルタあるいはファイバーフ
ィルタ等にも当然適用でき、これにより上記実施の形態
と同様の効果を得ることができる。Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. . For example, in the above-described embodiment, the description has been given of the honeycomb filter. However, the average surface roughness Rz of the base material is set to be within a predetermined range, the trap chamber and the communication hole are provided inside the base material, and Providing a heat insulating layer in the portion can naturally be applied to a foam filter, a fiber filter, or the like, and the same effect as in the above embodiment can be obtained.
【0151】また、本発明に係るパティキュレートフィ
ルタは、パティキュレートを高い効率で捕集することが
できるので、捕集されたパティキュレートを排ガス中に
残存する酸素で無炎燃焼させるかわりに、エンジン停止
中にブロワで空気を送りながら、電気ヒータ等で燃焼さ
せるようにしても良い。Further, the particulate filter according to the present invention can collect the particulates with high efficiency. Therefore, instead of burning the collected particulates with the oxygen remaining in the exhaust gas without burning the flame, the engine can be used. The air may be burned by an electric heater or the like while the air is being sent by the blower during the stop.
【0152】また、上記実施の形態では、トラップ室及
び連通孔を設けたウオールフロータイプのハニカムフィ
ルタについて説明したが、ストレートフロータイプのハ
ニカムフィルタの基材内部にトラップ室及び連通孔を設
けても良い。In the above embodiment, the wall flow type honeycomb filter provided with the trap chamber and the communication hole has been described. However, the trap chamber and the communication hole may be provided inside the base material of the straight flow type honeycomb filter. good.
【0153】ストレートフロータイプのハニカムフィル
タの基材内部にトラップ室及び連通孔を設けると、排ガ
スが基材表面近傍を通る際に、排ガスの流れに乱れが生
じ、排ガスの一部は、トラップ室内部に侵入する。その
ため、ウォールフロータイプと同様に、トラップ室内壁
面とパティキュレートとの接触頻度が増加し、パティキ
ュレートの捕集効率及び燃焼効率を向上させることがで
きる。If a trap chamber and a communication hole are provided inside the base material of the straight flow type honeycomb filter, when the exhaust gas passes near the surface of the base material, the flow of the exhaust gas is disturbed. Get inside. Therefore, as in the case of the wall flow type, the frequency of contact between the wall surface of the trap chamber and the particulates increases, and the collection efficiency and the combustion efficiency of the particulates can be improved.
【0154】また、上記実施の形態では、方法Eのみを
適用した断熱材コートフィルタと、方法Fのみを適用し
た高気孔率層形成フィルタについて説明したが、ウオー
ルフロータイプのハニカムフィルタの場合には、方法E
及び方法Fを併用したものでもよい。すなわち、基材の
表面あるいはトラップ室内壁面に断熱材をコーティング
し、かつガス流出側部分に高気孔率断熱層を設ても良
く、その場合にはさらに燃焼効率の向上が期待できる。Further, in the above embodiment, the heat insulating material coated filter to which only the method E is applied and the high porosity layer forming filter to which only the method F is applied have been described. However, in the case of the wall flow type honeycomb filter, , Method E
And the method F in combination. That is, a heat insulating material may be coated on the surface of the base material or the inner wall surface of the trap chamber, and a high porosity heat insulating layer may be provided on the gas outflow side. In this case, further improvement in combustion efficiency can be expected.
【0155】また、基材表面及びトラップ室内壁面に基
材よりも熱伝導率及び熱容量の小さい材料からなる断熱
材をコートする代わりに、方法Fを応用し、基材表面及
びトラップ室内壁面に気孔率の高い断熱層を形成するよ
うにしても良い。Instead of coating a heat insulating material made of a material having a smaller thermal conductivity and heat capacity than the substrate on the surface of the substrate and the inner wall of the trap chamber, the method F is applied, and pores are formed on the surface of the substrate and the inner wall of the trap chamber. A heat insulating layer having a high rate may be formed.
【0156】また、上記実施の形態では、コージェライ
ト(熱伝導率:3.0W/(m・K))を基材とし、断
熱層としてチタニア(TiO2、熱伝導率:1.59W
/(m・K))をコーティングした例について説明した
が、基材がコージェライトからなる場合には、シリカ
(SiO2、熱伝導率:1.38W/(m・K))を断
熱層として用いても良い。In the above embodiment, cordierite (thermal conductivity: 3.0 W / (m · K)) is used as a base material, and titania (TiO 2 , thermal conductivity: 1.59 W) is used as a heat insulating layer.
/ (M · K)), but when the substrate is made of cordierite, silica (SiO 2 , thermal conductivity: 1.38 W / (m · K)) is used as the heat insulating layer. May be used.
【0157】さらに、本発明のパティキュレートフィル
タは、平均表面粗さRzを粗くしたり、トラップ室を設
ける等の手段により、基材表面の凹部やトラップ室内部
が燃焼反応場となり、ガスと触媒との接触面積が増加す
る。Further, in the particulate filter of the present invention, the recesses on the substrate surface and the inside of the trap chamber become a combustion reaction field by means of increasing the average surface roughness Rz or providing a trap chamber, so that the gas and the catalyst And the contact area increases.
【0158】そのため、パティキュレートの酸化触媒の
他に、COの酸化触媒、NOxを還元する還元触媒、N
Ox吸蔵材、HC吸蔵材、熱特性制御物質等を基材表面
及びトラップ室内壁面に担持させれば、パティキュレー
トの燃焼除去のみならず、NOx、HC、CO等の浄化
も可能となる。また、燃料中に硫黄分が含まれる場合に
は、硫黄分と反応し難いチタン酸化物あるいはシリカ粉
末を基材として用い、炭化水素(HC)を選択して捕集
する多孔性ゼオライトを添加するようにしても良い。For this reason, in addition to the particulate oxidation catalyst, a CO oxidation catalyst, a reduction catalyst for reducing NOx,
If the Ox storage material, the HC storage material, the thermal property control substance, and the like are carried on the surface of the base material and the inner wall surface of the trap chamber, it becomes possible to purify NOx, HC, CO, etc., as well as to remove and burn the particulates. When the fuel contains sulfur, titanium oxide or silica powder, which hardly reacts with sulfur, is used as a base material, and a porous zeolite for selecting and trapping hydrocarbons (HC) is added. You may do it.
【0159】[0159]
【発明の効果】本発明のパティキュレートフィルタは、
基材の平均表面粗さRzを30〜1000μmとしたの
で、基材表面の凹部に排ガス中のパティキュレートが捕
らえられ、パティキュレートの捕集効率が向上するとい
う効果がある。また、パティキュレートと基材との接触
頻度が増加するので、パティキュレートの燃焼効率が向
上するという効果がある。さらに、基材の平均表面粗さ
Rzを所定の範囲内としたことにより、パティキュレー
トの捕集効率及び燃焼効率を高く維持したまま、圧力損
失の増大を抑制できるという効果がある。As described above, the particulate filter of the present invention comprises:
Since the average surface roughness Rz of the substrate is 30 to 1000 μm, there is an effect that the particulates in the exhaust gas are trapped in the concave portions on the substrate surface, and the collection efficiency of the particulates is improved. Further, since the frequency of contact between the particulates and the base material increases, there is an effect that the burning efficiency of the particulates is improved. Further, by setting the average surface roughness Rz of the base material within a predetermined range, there is an effect that an increase in pressure loss can be suppressed while maintaining a high particulate collection efficiency and a high combustion efficiency.
【0160】また、基材内部に複数のトラップ室と、該
トラップ室を連結する連通孔とを設けると、パティキュ
レートと基材の接触頻度が増大するので、パティキュレ
ートフィルタの燃焼効率が増大するという効果がある。
また、パティキュレートの捕集面積が増大すると共に、
基材が目詰まりを起こしにくくなるので、圧力損失の増
大を招くことなく、捕集効率を向上させることができる
という効果がある。When a plurality of trap chambers and a communication hole connecting the trap chambers are provided inside the base material, the frequency of contact between the particulates and the base material increases, so that the combustion efficiency of the particulate filter increases. This has the effect.
In addition, the collection area of particulates increases,
Since the substrate is less likely to be clogged, there is an effect that the collection efficiency can be improved without increasing the pressure loss.
【0161】さらに、基材表面の一部、例えば、基材表
面に形成された凹部やトラップ室内壁面、あるいは基材
のガス流出側部分に断熱層を設けると、パティキュレー
トの燃焼反応場となる基材表面の凹部やトラップ室内部
が断熱されるので、パティキュレートの燃焼効率を向上
させることができるという効果がある。Further, if a heat insulating layer is provided on a part of the surface of the substrate, for example, a concave portion formed on the surface of the substrate, the inner wall surface of the trap, or the gas outflow side of the substrate, a combustion reaction field of the particulates is formed. Since the concave portion on the base material surface and the inside of the trap chamber are insulated, there is an effect that the burning efficiency of the particulate can be improved.
【0162】以上のように、本発明に係るパティキュレ
ートフィルタによれば、フィルタ形状によらず、排ガス
中のパティキュレートを高い効率で捕集することがで
き、しかも比較的低温域からパティキュレートの無炎燃
焼が行われるものであるから、これを例えば、ディーゼ
ルエンジン用のパティキュレートフィルタに応用すれ
ば、エンジン始動時やエンジンの低負荷運転時等、排ガ
ス温度が低い場合に発生する多量のパティキュレートを
燃焼除去できるばかりでなく、NOx等の浄化も可能と
なるものであり、産業上、その効果の極めて大きい発明
である。As described above, according to the particulate filter of the present invention, the particulates in the exhaust gas can be collected with high efficiency irrespective of the filter shape, and the particulates can be collected from a relatively low temperature range. Since flameless combustion is performed, if this is applied to, for example, a particulate filter for a diesel engine, a large amount of particulates generated when the exhaust gas temperature is low, such as when the engine is started or the engine is under low load operation, is used. It is not only capable of burning and removing curate, but also capable of purifying NOx and the like, and is an invention having an extremely large industrial effect.
【図1】基材の平均表面粗さと煤の燃焼特性との関係を
示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the average surface roughness of a substrate and the combustion characteristics of soot.
【図2】基材の平均表面粗さ及び酸化触媒の有無と、入
りガス温度400℃におけるCO+CO2量との関係を
示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the average surface roughness of a substrate, the presence or absence of an oxidation catalyst, and the amount of CO + CO 2 at an inlet gas temperature of 400 ° C.
【図3】トラップ室と連通孔とを有するパティキュレー
トフィルタの部分断面図である。FIG. 3 is a partial cross-sectional view of a particulate filter having a trap chamber and a communication hole.
【図4】粗大タルクを用いることにより、コージェライ
トからなる基材内に連通孔が形成される過程を示す図で
ある。FIG. 4 is a view showing a process in which a communication hole is formed in a base material made of cordierite by using coarse talc.
【図5】アルミナとカオリンからなる造粒粉を用いるこ
とにより、コージェライトからなる基材内に連通孔が形
成される過程を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a process of forming a communication hole in a base material made of cordierite by using a granulated powder made of alumina and kaolin.
【図6】トラップ室及び連通孔とを有するパティキュレ
ートフィルタ、並びにトラップ室及び連通孔を有しない
パティキュレートフィルタの煤の燃焼特性を示す図であ
る。FIG. 6 is a diagram showing the soot combustion characteristics of a particulate filter having a trap chamber and a communication hole, and a particulate filter having no trap chamber and a communication hole.
【図7】断熱材コートフィルタの部分断面図である。FIG. 7 is a partial sectional view of a heat insulating material coated filter.
【図8】高気孔率層形成フィルタの部分断面図である。FIG. 8 is a partial cross-sectional view of a high porosity layer forming filter.
【図9】図7に示す断熱材コートフィルタ、図8に示す
高気孔率層形成フィルタ、及び断熱材非コートフィルタ
の着火温度を示す図である。9 is a diagram showing the ignition temperature of the heat insulating material coated filter shown in FIG. 7, the high porosity layer forming filter shown in FIG. 8, and the heat insulating material non-coated filter.
【図10】従来一般に用いられるストレートフロータイ
プのパティキュレートフィルタの使用状態を示す断面図
である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a state of use of a straight flow type particulate filter generally used in the related art.
【図11】従来一般に用いられているウォールフロータ
イプのパティキュレートフィルタの使用状態を示す断面
図である。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a state of use of a wall flow type particulate filter conventionally generally used.
30 パティキュレートフィルタ 32 基材 34 トラップ室 36 連通孔 60 パティキュレートフィルタ(断熱材コートフ
ィルタ) 62 基材 64 トラップ室 66 断熱層 70 パティキュレートフィルタ(高気孔率層形成
フィルタ) 72 基材 74 トラップ室 76 断熱層(高気孔率断熱層)Reference Signs List 30 particulate filter 32 base material 34 trap chamber 36 communication hole 60 particulate filter (heat insulating material coated filter) 62 base material 64 trap chamber 66 heat insulating layer 70 particulate filter (high porosity layer forming filter) 72 base material 74 trap chamber 76 Heat insulation layer (high porosity heat insulation layer)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北條 浩 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 山本 幸一郎 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Hiroshi Hojo 41-cho, Yokomichi, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture Inside of Toyota Central Research Laboratory Co., Ltd. (72) Inventor Koichiro Yamamoto 41, Yokomichi, Toyota Central Research Institute, Inc.
Claims (3)
燃焼除去するためのパティキュレートフィルタにおい
て、 該パティキュレートフィルタを構成する基材の平均表面
粗さRzが30〜1000μmであることを特徴とする
パティキュレートフィルタ。1. A method for collecting particulates in exhaust gas,
A particulate filter for burning and removing the particulate filter, wherein a base material constituting the particulate filter has an average surface roughness Rz of 30 to 1000 µm.
トラップ室をつなぐ連通孔とを有していることを特徴と
する請求項1に記載のパティキュレートフィルタ。2. The particulate filter according to claim 1, wherein the base material has a plurality of trap chambers and a communication hole connecting the trap chambers.
層が設けられていることを特徴とする請求項1又は2に
記載のパティキュレートフィルタ。3. The particulate filter according to claim 1, wherein a heat insulating layer is provided on at least a part of the surface of the base material.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP10135204A JPH1181983A (en) | 1997-06-12 | 1998-05-18 | Particulate filter |
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| JP19327597 | 1997-07-02 | ||
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| JP9-205257 | 1997-07-14 | ||
| JP9-172897 | 1997-07-14 | ||
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|---|---|
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ID=27471902
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1181983A (en) |
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